JP5798951B2 - Inverter device - Google Patents

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Description

インバータ装置の実装構造に関し、特に車両に用いられる電力変換装置に適用されるインバータ装置の実装構造に関する。   The present invention relates to a mounting structure of an inverter device, and more particularly to a mounting structure of an inverter device applied to a power conversion device used in a vehicle.

パワー半導体スイッチング素子及びダイオードは、インバータの電力変換効率向上と冷却構造の簡素化の要求から、スイッチング速度の高速化によるスイッチング損失低減が必要とされる。スイッチング時は、電流変化率di/dtと配線浮遊インダクタンスの積によって発生するスイッチングサージ電圧をパワー半導体スイッチング素子及びダイオードの耐圧によって決まる所定の電圧以下にする必要があり、スイッチング損失高速化のためには、配線浮遊インダクタンスが小さい構成が必要になる。   Power semiconductor switching elements and diodes are required to reduce switching loss by increasing the switching speed in order to improve the power conversion efficiency of the inverter and simplify the cooling structure. At the time of switching, the switching surge voltage generated by the product of the current change rate di / dt and the wiring stray inductance needs to be equal to or lower than a predetermined voltage determined by the breakdown voltage of the power semiconductor switching element and the diode. Requires a configuration with small wiring stray inductance.

この構成の一例として、直流電力を供給するための正極バスバーと負極バスバーを重ね合わせたラミネート配線にする構成が考えられており、この構成によれば正極バスバーと負極バスバーを流れる電流により発生する磁束を打消す効果が得られるため、浮遊インダクタンスが低減する(例:特許文献1)。   As an example of this configuration, a configuration in which a positive electrode bus bar for supplying DC power and a negative electrode bus bar are laminated is considered, and according to this configuration, a magnetic flux generated by a current flowing through the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar is considered. As a result, the stray inductance is reduced (eg, Patent Document 1).

従来は、パワー半導体スイッチング素子とダイオード近傍のバスバー及びワイヤボンディング配線は、構造上の制約によりラミネート構造を採用することが困難であり、十分に浮遊インダクタンス低減が考慮されていなかった。   Conventionally, the power semiconductor switching element, the bus bar in the vicinity of the diode, and the wire bonding wiring have difficulty in adopting a laminate structure due to structural limitations, and reduction of stray inductance has not been sufficiently considered.

特開2006−156476号公報JP 2006-156476 A

本発明の課題は、スイッチングサージ電圧が発生する電流経路の浮遊インダクタンスを低減することである。   An object of the present invention is to reduce stray inductance in a current path in which a switching surge voltage is generated.

上記課題を解決するために本発明に係るインバータ装置は、インバータ回路の上アーム回路を構成する第1IGBTと、前記インバータ回路の前記上アーム回路を構成するとともに前記第1IGBTと電気的に並列に接続された第1ダイオードと、前記インバータ回路の下アーム回路を構成する第2IGBTと、前記インバータ回路の前記下アーム回路を構成するとともに前記第2IGBTと電気的に並列に接続された第2ダイオードと、前記第1IGBTのコレクタ電極側と前記第1ダイオードのカソード電極側とはんだ材を介して接続される第1導体部と、前記第2IGBTのエミッタ電極側と前記第2ダイオードのアノード電極側とはんだ材を介して接続されるとともに前記第1導体部と隣合って配置される第2導体部と、前記第1導体部と前記第2導体部とを接続する中継導体部と、を備え、前記第1導体部と前記第2導体部の配置方向を第1列と定義した場合に、前記第1IGBTと前記第2ダイオードは、前記第1列に沿って配置され、さらに前記第1IGBTは、前記第1列に沿って前記第2ダイオードと重なるように配置され、前記第2IGBTと前記第1ダイオードは、前記第1列と平行な第2列に沿って配置され、さらに前記第2IGBTは、前記第2列に沿って前記第1ダイオードと重なるように配置され、前記中継導体部は、前記第1列と前記第2列との間に配置される。これにより、スイッチングサージ電圧が発生する電流経路長を短くすることができ、浮遊インダクタンスを低減することができる。   In order to solve the above problems, an inverter device according to the present invention includes a first IGBT constituting an upper arm circuit of an inverter circuit, and constituting the upper arm circuit of the inverter circuit and being electrically connected in parallel to the first IGBT. A second diode that constitutes a lower arm circuit of the inverter circuit, a second diode that constitutes the lower arm circuit of the inverter circuit and is electrically connected in parallel to the second IGBT, A first conductor connected to a collector electrode side of the first IGBT and a cathode electrode side of the first diode via a solder material; an emitter electrode side of the second IGBT; an anode electrode side of the second diode; and a solder material A second conductor portion connected to the first conductor portion and adjacent to the first conductor portion, and the first conductor A relay conductor portion connecting the first conductor portion and the second conductor portion, and when the arrangement direction of the first conductor portion and the second conductor portion is defined as a first row, the first IGBT and the second conductor portion The diodes are arranged along the first row, and the first IGBT is arranged along the first row so as to overlap the second diode, and the second IGBT and the first diode are arranged in the first row. Arranged along a second row parallel to the row, and the second IGBT is arranged so as to overlap the first diode along the second row, and the relay conductor portion includes the first row and the first row. Arranged between two rows. As a result, the current path length in which the switching surge voltage is generated can be shortened, and the stray inductance can be reduced.

また上記課題を解決するために本発明に係るインバータ装置は、インバータ回路の上アーム回路を構成する第1IGBTと、前記インバータ回路の前記上アーム回路を構成するとともに前記第1IGBTと電気的に並列に接続された第1ダイオードと、前記インバータ回路の下アーム回路を構成する第2IGBTと、前記インバータ回路の前記下アーム回路を構成するとともに前記第2IGBTと電気的に並列に接続された第2ダイオードと、前記第1IGBTのコレクタ電極側と前記第1ダイオードのカソード電極側とはんだ材を介して接続される第1導体部と、前記第2IGBTのエミッタ電極側と前記第2ダイオードのアノード電極側とはんだ材を介して接続されるとともに前記第1導体部と隣合って配置される第2導体部と、前記第1導体部と前記第2導体部とを接続する中継導体部と、を備え、前記第1IGBTと前記第1ダイオードと前記第2IGBTと前記第2ダイオードは、それぞれの中心部が略四角形の頂点を形成するように配置され、前記第1IGBTと前記第2IGBTは、前記略四角形の一方の対角線上の頂点を形成し、前記中継導体部は、前記四角形の内側に形成される。これにより、スイッチングサージ電圧が発生する電流経路長を短くすることができ、浮遊インダクタンスを低減することができる。   In order to solve the above-described problem, an inverter device according to the present invention includes a first IGBT that constitutes an upper arm circuit of an inverter circuit, and an upper arm circuit of the inverter circuit that is electrically parallel to the first IGBT. A first diode connected, a second IGBT constituting a lower arm circuit of the inverter circuit, a second diode constituting the lower arm circuit of the inverter circuit and electrically connected in parallel with the second IGBT; A first conductor portion connected to a collector electrode side of the first IGBT and a cathode electrode side of the first diode via a solder material; an emitter electrode side of the second IGBT; an anode electrode side of the second diode; and a solder A second conductor portion connected via a material and disposed adjacent to the first conductor portion; A relay conductor portion that connects the conductor portion and the second conductor portion, and each of the first IGBT, the first diode, the second IGBT, and the second diode has a substantially rectangular vertex at the center. The first IGBT and the second IGBT form a vertex on one diagonal line of the substantially quadrangular shape, and the relay conductor portion is formed inside the quadrangular shape. As a result, the current path length in which the switching surge voltage is generated can be shortened, and the stray inductance can be reduced.

さらに上記課題を解決するために本発明に係るインバータ装置は、前記第1導体部と接続される第3導体部と、前記第2導体部と接続される第4導体部と、を備え、前記第3導体部は、前記第1IGBTから離れる方向に形成され、前記第4導体部は、前記第3導体部の形成方向に沿って形成されるとともに前記第3導体部と隣合う位置に配置される。これにより、第3導体部と第4導体部が隣合う位置に配置されることで、磁束打消し作用が働き、インダクタンスを低減することができる。   Furthermore, in order to solve the above problem, an inverter device according to the present invention includes a third conductor portion connected to the first conductor portion, and a fourth conductor portion connected to the second conductor portion, The third conductor portion is formed in a direction away from the first IGBT, and the fourth conductor portion is formed along a direction in which the third conductor portion is formed and is disposed at a position adjacent to the third conductor portion. The As a result, the third conductor portion and the fourth conductor portion are arranged at adjacent positions, so that the magnetic flux canceling action works and the inductance can be reduced.

さらに上記課題を解決するために本発明に係るインバータ装置は、前記第4導体部は、ワイヤボンディングにより前記第2導体部と接続され、さらに前記第4導体部の一部は、前記第1導体部と前記第2導体部との間に配置される。   Furthermore, in order to solve the above-described problems, in the inverter device according to the present invention, the fourth conductor portion is connected to the second conductor portion by wire bonding, and a part of the fourth conductor portion is the first conductor. Disposed between the first conductor portion and the second conductor portion.

さらに上記課題を解決するために本発明に係るインバータ装置は、前記第1IGBTのエミッタ電極と前記第1ダイオードのアノード電極と対向するように形成される第1接続導体板と、を備え、前記第1接続導体は、前記中継導体部と一体に形成される。   In order to solve the above-described problem, an inverter device according to the present invention includes a first connection conductor plate formed so as to face an emitter electrode of the first IGBT and an anode electrode of the first diode, and One connection conductor is formed integrally with the relay conductor portion.

さらに上記課題を解決するために本発明に係るインバータ装置は、前記第1IGBTのエミッタ電極と前記第1ダイオードのアノード電極と対向するように形成される第1接続導体板と、前記第2IGBTのエミッタ電極と前記第2ダイオードのアノード電極と対向するように形成される第2接続導体板と、を備え、前記第1接続導体は、前記中継導体部と一体に形成され、前記第2接続導体板は、前記第4導体部と一体に形成される。   In order to solve the above-described problems, an inverter device according to the present invention includes a first connection conductor plate formed to face an emitter electrode of the first IGBT and an anode electrode of the first diode, and an emitter of the second IGBT. An electrode and a second connection conductor plate formed to face the anode electrode of the second diode, wherein the first connection conductor is formed integrally with the relay conductor portion, and the second connection conductor plate Is formed integrally with the fourth conductor portion.

本発明により、インバータ装置内の浮遊インダクタンスを低減することができる。   According to the present invention, stray inductance in the inverter device can be reduced.

ハイブリッド電気自動車の制御ブロックを示す図である。It is a figure which shows the control block of a hybrid electric vehicle. インバータ装置140,インバータ装置142の電気回路構成の説明図である。It is explanatory drawing of the electric circuit structure of the inverter apparatus 140 and the inverter apparatus 142. FIG. 本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体構成を各構成要素に分解した斜視図である。It is the perspective view which decomposed | disassembled the whole structure of the power converter device which concerns on embodiment of this invention into each component. 本実施形態に係る第1IGBT101と第2IGBT102と第1ダイオード156と第2ダイオード157のレイアウト図である。FIG. 5 is a layout diagram of the first IGBT 101, the second IGBT 102, the first diode 156, and the second diode 157 according to the present embodiment. 本実施形態に係る第1IGBT101をスイッチングした場合に発生する電流変化率di/dtが発生する回路上の経路である。This is a path on the circuit where a current change rate di / dt that occurs when the first IGBT 101 according to the present embodiment is switched is generated. 本実施形態に係る第1IGBT101をスイッチングした場合に発生する電流変化率di/dtが発生するレイアウト上の経路である。This is a path on the layout where a current change rate di / dt that occurs when the first IGBT 101 according to the present embodiment is switched is generated. 本実施形態に係る第2IGBT102をスイッチングした場合に発生する電流変化率di/dtが発生する回路上の経路である。This is a path on the circuit where a current change rate di / dt generated when the second IGBT 102 according to the present embodiment is switched is generated. 本実施形態に係る第2IGBT102をスイッチングした場合に発生する電流変化率di/dtが発生するレイアウト上の経路である。This is a path on the layout where the current change rate di / dt that occurs when the second IGBT 102 according to the present embodiment is switched is generated. 他の実施形態に係る第1IGBT101と第2IGBT102と第1ダイオード156と第2ダイオード157のレイアウト図である。FIG. 10 is a layout diagram of a first IGBT 101, a second IGBT 102, a first diode 156, and a second diode 157 according to another embodiment.

以下、図面に基づいて最良の形態について説明する。   The best mode will be described below with reference to the drawings.

本発明の実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。本発明の実施形態に係る電力変換装置は、ハイブリッド用の自動車や純粋な電気自動車に適用可能であるが、代表例として、本発明の実施形態に係る電力変換装置をハイブリッド自動車に適用した場合の制御構成と電力変換装置の回路構成について、図1と図2を用いて説明する。図1はハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。   A power converter according to an embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The power conversion device according to the embodiment of the present invention can be applied to a hybrid vehicle or a pure electric vehicle. As a representative example, the power conversion device according to the embodiment of the present invention is applied to a hybrid vehicle. The control configuration and the circuit configuration of the power converter will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a diagram showing a control block of a hybrid vehicle.

本発明の実施形態に係る電力変換装置では、自動車に搭載される車載電機システムの車載用電力変換装置、特に、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。車両駆動用インバータ装置は、車両駆動用電動機の駆動を制御する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられ、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は運転モードに応じ、車両駆動用電動機の発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。変換された直流電力は車載バッテリに供給される。   The power conversion device according to the embodiment of the present invention is used in a vehicle-mounted power conversion device for a vehicle-mounted electrical system mounted on an automobile, in particular, a vehicle drive electrical system, and has a very severe mounting environment and operational environment. The inverter device will be described as an example. A vehicle drive inverter device is provided in a vehicle drive electrical system as a control device for controlling the drive of a vehicle drive motor, and a DC power supplied from an onboard battery or an onboard power generator constituting an onboard power source is a predetermined AC power. Then, the AC power obtained is supplied to the vehicle drive motor to control the drive of the vehicle drive motor. Further, since the vehicle drive motor also has a function as a generator, the vehicle drive inverter device also has a function of converting the AC power generated by the vehicle drive motor into DC power according to the operation mode. Yes. The converted DC power is supplied to the on-vehicle battery.

なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用電力変換装置として最適であるが、これら以外の電力変換装置、例えば電車や船舶,航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に対しても適用可能である。   The configuration of the present embodiment is optimal as a power conversion device for driving a vehicle such as an automobile or a truck. However, other power conversion devices such as a power conversion device such as a train, a ship, and an aircraft, and a factory facility are also included. Applicable to industrial power converters used as drive motor control devices, or household power conversion devices used in home solar power generation systems and motor control devices that drive household appliances It is.

図1において、ハイブリッド電気自動車(以下、「HEV」と記述する)110は1つの電動車両であり、2つの車両駆動用システムを備えている。その1つは、内燃機関であるエンジン120を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてHEVの駆動源として用いられる。もう1つは、モータジェネレータ192,194を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてHEVの駆動源及びHEVの電力発生源として用いられる。モータジェネレータ192,194は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記すこととする。   In FIG. 1, a hybrid electric vehicle (hereinafter referred to as “HEV”) 110 is one electric vehicle and includes two vehicle drive systems. One of them is an engine system that uses an engine 120 that is an internal combustion engine as a power source. The engine system is mainly used as a drive source for HEV. The other is an in-vehicle electric system using motor generators 192 and 194 as a power source. The in-vehicle electric system is mainly used as an HEV drive source and an HEV power generation source. The motor generators 192 and 194 are, for example, synchronous machines or induction machines, and operate as both a motor and a generator depending on the operation method.

車体のフロント部には前輪車軸114が回転可能に軸支されている。前輪車軸114の両端には1対の前輪112が設けられている。車体のリア部には後輪車軸(図示省略)が回転可能に軸支されている。後輪車軸の両端には1対の後輪が設けられている。本実施形態のHEVでは、動力によって駆動される主輪を前輪112とし、連れ回される従輪を後輪とする、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。   A front wheel axle 114 is rotatably supported at the front portion of the vehicle body. A pair of front wheels 112 are provided at both ends of the front wheel axle 114. A rear wheel axle (not shown) is rotatably supported on the rear portion of the vehicle body. A pair of rear wheels are provided at both ends of the rear wheel axle. The HEV of this embodiment employs a so-called front wheel drive system in which the main wheel driven by power is the front wheel 112 and the driven wheel to be driven is the rear wheel. You may adopt.

前輪車軸114の中央部には前輪側デファレンシャルギア(以下、「前輪側DEF」と記述する)116が設けられている。前輪車軸114は前輪側DEF116の出力側に機械的に接続されている。前輪側DEF116の入力側には変速機118の出力軸が機械的に接続されている。前輪側DEF116は、変速機118によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸114に分配する差動式動力分配機構である。変速機118の入力側にはモータジェネレータ192の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ192の入力側には動力分配機構122を介してエンジン120の出力側及びモータジェネレータ194の出力側が機械的に接続されている。尚、モータジェネレータ192,194及び動力分配機構122は、変速機118の筐体の内部に収納されている。   A front wheel side differential gear (hereinafter referred to as “front wheel side DEF”) 116 is provided at the center of the front wheel axle 114. The front wheel axle 114 is mechanically connected to the output side of the front wheel side DEF 116. The output shaft of the transmission 118 is mechanically connected to the input side of the front wheel side DEF 116. The front wheel side DEF 116 is a differential power distribution mechanism that distributes the rotational driving force that is shifted and transmitted by the transmission 118 to the left and right front wheel axles 114. The output side of the motor generator 192 is mechanically connected to the input side of the transmission 118. The output side of the engine 120 and the output side of the motor generator 194 are mechanically connected to the input side of the motor generator 192 via the power distribution mechanism 122. Motor generators 192 and 194 and power distribution mechanism 122 are housed inside the casing of transmission 118.

モータジェネレータ192,194は、回転子に永久磁石を備えた同期機であり、固定子の電機子巻線に供給される交流電力がインバータ装置142によって制御されることによりモータジェネレータ192,194の駆動が制御される。インバータ装置142にはバッテリ136が電気的に接続されており、バッテリ136とインバータ装置142との相互において電力の授受が可能である。   The motor generators 192 and 194 are synchronous machines having permanent magnets on the rotor, and the AC power supplied to the armature windings of the stator is controlled by the inverter device 142 to drive the motor generators 192 and 194. Is controlled. A battery 136 is electrically connected to the inverter device 142, and power can be exchanged between the battery 136 and the inverter device 142.

本実施形態では、モータジェネレータ192及びインバータ装置142からなる第1電動発電ユニットと、モータジェネレータ194及びインバータ装置142からなる第2電動発電ユニットとの2つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。すなわち、エンジン120からの動力によって車両を駆動している場合において、車両の駆動トルクをアシストする場合には第2電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン120の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第1電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、同様の場合において、車両の車速をアシストする場合には第1電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン120の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第2電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。   In the present embodiment, the first motor generator unit including the motor generator 192 and the inverter device 142 and the second motor generator unit including the motor generator 194 and the inverter device 142 are provided, and they are selectively used according to the operating state. ing. That is, in the case where the vehicle is driven by the power from the engine 120, when assisting the driving torque of the vehicle, the second motor generator unit is operated as the power generation unit by the power of the engine 120 to generate power. The first electric power generation unit is operated as an electric unit by the obtained electric power. Further, in the same case, when assisting the vehicle speed of the vehicle, the first motor generator unit is operated by the power of the engine 120 as a power generation unit to generate power, and the second motor generator unit is generated by the electric power obtained by the power generation. Operate as an electric unit.

また、本実施形態では、バッテリ136の電力によって第1電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ192の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第1電動発電ユニット又は第2電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン120の動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ136の充電ができる。   In the present embodiment, the vehicle can be driven only by the power of the motor generator 192 by operating the first motor generator unit as an electric unit by the electric power of the battery 136. Furthermore, in the present embodiment, the battery 136 can be charged by generating power by operating the first motor generator unit or the second motor generator unit as the power generation unit by the power of the engine 120 or the power from the wheels.

インバータ装置142およびインバータ装置43さらにコンデンサモジュール500は電気的に密接な関係にある。さらに発熱に対する対策が必要な点が共通している。また装置の体積をできるだけ小さく作ることが望まれている。電力変換装置1は、インバータ装置142、さらにコンデンサモジュール500を電力変換装置1の筐体内に内蔵している。この構成により、小型で信頼性の高い装置が実現できる。   The inverter device 142, the inverter device 43, and the capacitor module 500 are in a close electrical relationship. Furthermore, there is a common point that measures against heat generation are necessary. It is also desired to make the volume of the device as small as possible. The power conversion device 1 includes an inverter device 142 and a capacitor module 500 in the casing of the power conversion device 1. With this configuration, a small and highly reliable device can be realized.

またインバータ装置142、さらにコンデンサモジュール500を1つの筐体に内蔵することで、配線の簡素化やノイズ対策で効果がある。またコンデンサモジュール500とインバータ装置142およびインバータ装置43との接続回路のインダクタンスを低減でき、スパイク電圧を低減できると共に、発熱の低減や放熱効率の向上を図ることができる。   Further, by incorporating the inverter device 142 and the capacitor module 500 in one housing, it is effective for simplification of wiring and noise countermeasures. In addition, the inductance of the connection circuit between the capacitor module 500, the inverter device 142, and the inverter device 43 can be reduced, the spike voltage can be reduced, heat generation can be reduced, and heat dissipation efficiency can be improved.

次に、図2を用いてインバータ装置142の電気回路構成を説明する。尚、図1,図2に示す実施形態では、インバータ装置142をそれぞれ個別に構成する場合を例に挙げて説明する。インバータ装置142は同様の構成で同様の作用を為し、同様の機能を有しているので、ここでは、代表例としてインバータ装置142の説明を行う。   Next, the electric circuit configuration of the inverter device 142 will be described with reference to FIG. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the case where the inverter devices 142 are individually configured will be described as an example. Since the inverter device 142 has the same structure and performs the same function and has the same function, the inverter device 142 will be described here as a representative example.

本実施形態に係る電力変換装置1は、インバータ装置140とコンデンサモジュール500とを備え、インバータ装置140はインバータ装置140と制御部170とを有している。また、インバータ装置140は、上アームとして動作する第1IGBT101(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)及び第1ダイオード156と、下アームとして動作する第2IGBT102及び第2ダイオード157からなる上下アーム直列回路150を複数有し、それぞれの上下アーム直列回路の中点部分から交流端子を通してモータジェネレータ192への交流電力線(交流バスバー)と接続する構成である。また、制御部170はインバータ回路を駆動制御するドライバ回路174と、ドライバ回路174へ信号線176を介して制御信号を供給する制御回路172と、を有している。   The power conversion device 1 according to this embodiment includes an inverter device 140 and a capacitor module 500, and the inverter device 140 includes an inverter device 140 and a control unit 170. The inverter device 140 includes a plurality of upper and lower arm series circuits 150 including a first IGBT 101 (insulated gate bipolar transistor) and a first diode 156 that operate as an upper arm, and a second IGBT 102 and a second diode 157 that operate as a lower arm. And it is the structure connected with the alternating current power line (alternating current bus bar) to the motor generator 192 through the alternating current terminal from the middle point part of each upper and lower arm series circuit. In addition, the control unit 170 includes a driver circuit 174 that drives and controls the inverter circuit, and a control circuit 172 that supplies a control signal to the driver circuit 174 via the signal line 176.

上アーム第1IGBT101と下アームの第2IGBT102は、スイッチング用パワー半導体素子であり、制御部170から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ136から供給された直流電力を3相交流電力に変換する。この変換された電力はモータジェネレータ192の電機子巻線に供給される。   The first arm 101 of the upper arm 101 and the second IGBT 102 of the lower arm are switching power semiconductor elements that operate in response to the drive signal output from the control unit 170 and convert the DC power supplied from the battery 136 into three-phase AC power. To do. The converted electric power is supplied to the armature winding of the motor generator 192.

インバータ装置140は3相ブリッジ回路により構成されており、3相分の上下アーム直列回路がそれぞれ、バッテリ136の正極側と負極側に電気的に接続されている直流正極端子と直流負極端子の間に電気的に並列に接続されている。   The inverter device 140 is configured by a three-phase bridge circuit, and the upper and lower arm series circuits for three phases are respectively connected between the positive DC terminal and the negative DC terminal that are electrically connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the battery 136. Are electrically connected in parallel.

本実施形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてIGBTを用いることを例示している。上アーム第1IGBT101のコレクタ電極とエミッタ電極との間には第1ダイオード156が図示するように電気的に接続されている。下アーム第2IGBT102のコレクタ電極とエミッタ電極との間には第2ダイオード157が図示するように電気的に接続されている。第1ダイオード156と第2ダイオード157は、カソード電極及びアノード電極の2つの電極を備えており、第1ダイオード156は、第1IGBT101のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極が第1IGBT101のコレクタ電極に、アノード電極が第1IGBT101のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。   In the present embodiment, the use of IGBT as the switching power semiconductor element is exemplified. A first diode 156 is electrically connected between the collector electrode and the emitter electrode of the upper arm first IGBT 101 as shown. A second diode 157 is electrically connected between the collector electrode and the emitter electrode of the lower arm second IGBT 102 as shown. The first diode 156 and the second diode 157 have two electrodes, a cathode electrode and an anode electrode, and the first diode 156 has a forward direction from the emitter electrode of the first IGBT 101 toward the collector electrode, The cathode electrode is electrically connected to the collector electrode of the first IGBT 101, and the anode electrode is electrically connected to the emitter electrode of the first IGBT 101.

第2ダイオード157は、第2IGBT102のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極が第2IGBT102のコレクタ電極に、アノード電極が第2IGBT102のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としてはMOSFET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ)を用いてもよい、この場合は第1ダイオード156と第2ダイオード157は不要となる。   In the second diode 157, the cathode electrode is electrically connected to the collector electrode of the second IGBT 102 and the anode electrode is electrically connected to the emitter electrode of the second IGBT 102 so that the direction from the emitter electrode of the second IGBT 102 to the collector electrode is the forward direction. ing. As the switching power semiconductor element, a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) may be used. In this case, the first diode 156 and the second diode 157 are unnecessary.

上下アーム直列回路は、モータジェネレータ192の電機子巻線の各相巻線に対応して3相分設けられている。3つの上下アーム直列回路150はそれぞれ、第1IGBT101のエミッタ電極と第2IGBT102のコレクタ電極を接続する中間電極,交流端子を介してモータジェネレータ192へのU相,V相,W相を形成している。上下アーム直列回路同士は電気的に並列接続されている。   The upper and lower arm series circuits are provided for three phases corresponding to each phase winding of the armature winding of the motor generator 192. Each of the three upper and lower arm series circuits 150 forms a U phase, a V phase, and a W phase to the motor generator 192 via an intermediate electrode and an AC terminal that connect the emitter electrode of the first IGBT 101 and the collector electrode of the second IGBT 102, respectively. . The upper and lower arm series circuits are electrically connected in parallel.

上アームの第1IGBT101のコレクタ電極は正極端子(P端子)を介してコンデンサモジュール500の正極側コンデンサ電極に、下アームの第2IGBT102のエミッタ電極は負極端子(N端子)を介してコンデンサモジュール500の負極側コンデンサ電極にそれぞれ電気的に接続(直流バスバーで接続)されている。各アームの中点部分(上アームの第1IGBT101のエミッタ電極と下アームの第2IGBT102のコレクタ電極との接続部分)にあたる中間電極は、モータジェネレータ192の電機子巻線の対応する相巻線に交流コネクタ188を介して電気的に接続されている。   The collector electrode of the first IGBT 101 of the upper arm is connected to the positive capacitor electrode of the capacitor module 500 via the positive terminal (P terminal), and the emitter electrode of the second IGBT 102 of the lower arm is connected to the capacitor module 500 via the negative terminal (N terminal). Each is electrically connected to the negative electrode capacitor electrode (connected by a DC bus bar). The intermediate electrode corresponding to the middle point of each arm (the connection portion between the emitter electrode of the first IGBT 101 of the upper arm and the collector electrode of the second IGBT 102 of the lower arm) is connected to the corresponding phase winding of the armature winding of the motor generator 192. Electrical connection is made via a connector 188.

コンデンサモジュール500は、第1IGBT101と第2IGBT102のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成するためのものである。コンデンサモジュール500の正極側コンデンサ電極にはバッテリ136の正極側が、コンデンサモジュール500の負極側コンデンサ電極にはバッテリ136の負極側がそれぞれ直流コネクタを介して電気的に接続されている。これにより、コンデンサモジュール500は、上アーム第1IGBT101のコレクタ電極とバッテリ136の正極側との間と、下アーム第2IGBT102のエミッタ電極とバッテリ136の負極側との間で接続され、バッテリ136と上下アーム直列回路に対して電気的に並列接続される。   The capacitor module 500 is for configuring a smoothing circuit that suppresses fluctuations in the DC voltage generated by the switching operation of the first IGBT 101 and the second IGBT 102. A positive electrode side of the battery 136 is electrically connected to the positive electrode side capacitor electrode of the capacitor module 500 and a negative electrode side of the battery 136 is electrically connected to the negative electrode side capacitor electrode of the capacitor module 500 via a DC connector. As a result, the capacitor module 500 is connected between the collector electrode of the upper arm first IGBT 101 and the positive electrode side of the battery 136, and between the emitter electrode of the lower arm second IGBT 102 and the negative electrode side of the battery 136. Electrically connected in parallel to the arm series circuit.

制御部170はIGBTを作動させるためのものであり、他の制御装置やセンサなどからの入力情報に基づいて、第1IGBT101と第2IGBT102のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する制御回路172と、制御回路172から出力されたタイミング信号に基づいて、第1IGBT101と第2IGBT102をスイッチング動作させるためのドライブ信号を生成するドライバ回路174とを備えている。   The control unit 170 is for operating the IGBT, and generates a timing signal for controlling the switching timing of the first IGBT 101 and the second IGBT 102 based on input information from other control devices or sensors. And a driver circuit 174 that generates a drive signal for switching the first IGBT 101 and the second IGBT 102 based on the timing signal output from the control circuit 172.

制御回路172は、第1IGBT101と第2IGBT102のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ(以下、「マイコン」と記述する)を備えている。マイコンには入力情報として、モータジェネレータ192に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路150からモータジェネレータ192の電機子巻線に供給される電流値、及びモータジェネレータ192の回転子の磁極位置が入力されている。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ(不図示)から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ192に設けられた回転磁極センサ(不図示)から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では3相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、2相分の電流値を検出するようにしても構わない。   The control circuit 172 includes a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) for calculating the switching timing of the first IGBT 101 and the second IGBT 102. The microcomputer receives as input information a target torque value required for the motor generator 192, a current value supplied to the armature winding of the motor generator 192 from the upper and lower arm series circuit 150, and a magnetic pole of the rotor of the motor generator 192. The position has been entered. The target torque value is based on a command signal output from a host controller (not shown). The current value is detected based on a detection signal output from a current sensor (not shown). The magnetic pole position is detected based on a detection signal output from a rotating magnetic pole sensor (not shown) provided in the motor generator 192. In the present embodiment, the case where the current values of three phases are detected will be described as an example, but the current values for two phases may be detected.

制御回路172内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ192のd,q軸の電流指令値を演算し、この演算されたd,q軸の電流指令値と、検出されたd,q軸の電流値との差分に基づいてd,q軸の電圧指令値を演算し、この演算されたd,q軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてU相,V相,W相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、U相,V相,W相の電圧指令値に基づく基本波(正弦波)と搬送波(三角波)との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をPWM(パルス幅変調)信号としてドライバ回路174に出力する。   The microcomputer in the control circuit 172 calculates the d and q axis current command values of the motor generator 192 based on the target torque value, and the calculated d and q axis current command values and the detected d and q The voltage command values for the d and q axes are calculated based on the difference from the current value of the shaft, and the calculated voltage command values for the d and q axes are calculated based on the detected magnetic pole position. Convert to W phase voltage command value. Then, the microcomputer generates a pulse-like modulated wave based on the comparison between the fundamental wave (sine wave) and the carrier wave (triangular wave) based on the voltage command values of the U-phase, V-phase, and W-phase, and the generated modulation The wave is output to the driver circuit 174 as a PWM (pulse width modulation) signal.

ドライバ回路174は、下アームを駆動する場合、PWM信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する下アームの第2IGBT102のゲート電極に、上アームを駆動する場合、PWM信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからPWM信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームの第1IGBT101のゲート電極にそれぞれ出力する。これにより、各第1IGBT101と第2IGBT102は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。   The driver circuit 174 amplifies the PWM signal when driving the lower arm, and drives the upper arm to the gate electrode of the corresponding second IGBT 102 of the lower arm as a drive signal when driving the lower arm. Is shifted to the reference potential level of the upper arm and then the PWM signal is amplified and output as a drive signal to the gate electrode of the corresponding first IGBT 101 of the upper arm. Thereby, each 1st IGBT101 and 2nd IGBT102 perform switching operation | movement based on the input drive signal.

図3は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体構成を各構成要素に分解した斜視図を示す。   FIG. 3 is a perspective view in which the entire configuration of the power conversion device according to the embodiment of the present invention is disassembled into components.

図3に示すように、筐体12の中ほどに冷却水流路19が設けられ、前記冷却水流路19の上部には流れの方向に並んで2組の開口が形成されている。前記2組の開口がそれぞれインバータ装置140及びインバータ装置142で塞がれる様に2個のインバータ装置140及びインバータ装置142が前記冷却水流路19の上面に固定されている。各インバータ装置140及びインバータ装置142には放熱のためのフィンが設けられており、各インバータ装置140及びインバータ装置142のフィンはそれぞれ前記冷却水流路19の開口から冷却水の流れの中に突出している。   As shown in FIG. 3, a cooling water channel 19 is provided in the middle of the housing 12, and two sets of openings are formed in the upper part of the cooling water channel 19 side by side in the flow direction. The two inverter devices 140 and the inverter devices 142 are fixed to the upper surface of the cooling water passage 19 so that the two sets of openings are closed by the inverter devices 140 and 142, respectively. Each inverter device 140 and inverter device 142 are provided with fins for heat dissipation, and the fins of each inverter device 140 and inverter device 142 protrude from the opening of the cooling water flow path 19 into the cooling water flow. Yes.

前記冷却水流路19の下側にはアルミ鋳造を行いやすくするための開口404が形成されており、前記開口はカバー420で塞がれている。   An opening 404 for facilitating aluminum casting is formed below the cooling water channel 19, and the opening is closed by a cover 420.

さらに前記冷却水流路19の下部に放熱作用を為す下部ケース16が設けられ、前記下部ケース16にはコンデンサモジュール500が、コンデンサモジュール500の金属材からなるケースの放熱面が前記下部ケース16の面に対向するようにして前記下部ケース16の面に固定されている。この構造により冷却水流路19の上面と下面とを利用して効率良く冷却することができ、電力変換装置全体の小型化に繋がる。   In addition, a lower case 16 is provided in the lower part of the cooling water flow path 19 so as to dissipate heat. It is fixed to the surface of the lower case 16 so as to face the surface. With this structure, cooling can be efficiently performed using the upper surface and the lower surface of the cooling water channel 19, which leads to downsizing of the entire power conversion device.

入出口配管13,14からの冷却水が冷却水流路19を流れることによって、併設されている2個のインバータ装置140及びインバータ装置142が有する放熱フィンが冷却され、前記2個のインバータ装置140及びインバータ装置142全体が冷却される。   When the cooling water from the inlet / outlet pipes 13 and 14 flows through the cooling water flow path 19, the heat dissipating fins of the two inverter devices 140 and the inverter device 142 provided are cooled, and the two inverter devices 140 and 140 The entire inverter device 142 is cooled.

さらに冷却水流路19が設けられている筐体12が冷却されることにより、筐体12の下部に設けられた下部ケース16が冷却され、この冷却によりコンデンサモジュール500の熱が下部ケース16および筐体12を介して冷却水に熱的伝導され、コンデンサモジュール500が冷却される。   Further, the casing 12 provided with the cooling water flow path 19 is cooled, whereby the lower case 16 provided at the lower portion of the casing 12 is cooled, and by this cooling, the heat of the capacitor module 500 is transferred to the lower case 16 and the casing. The capacitor module 500 is cooled by being thermally conducted to the cooling water through the body 12.

インバータ装置140及びインバータ装置142の上方には制御回路基板20と駆動回路基板22とが配置され、駆動回路基板22にはドライバ回路174が搭載され、制御回路基板20にはCPUを有する制御回路172が搭載される。また、駆動回路基板22と制御回路基板20の間には金属ベース板11が配置され、金属ベース板11は両基板22,20に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共に駆動回路基板22と制御回路基板20とが発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。このように筐体19の中央部に冷却水流路19を設け、その一方の側に車両駆動用のインバータ装置142を配置し、また他方の側に補機用のインバータ装置43を配置することで、少ない空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。また筐体中央部の冷却水流路19の主構造を筐体12と一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、冷却水流路19は冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造で作ることで筐体12と冷却水流路19とが一体構造となり、熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。   The control circuit board 20 and the drive circuit board 22 are disposed above the inverter device 140 and the inverter device 142, the driver circuit 174 is mounted on the drive circuit board 22, and the control circuit board 172 has a CPU. Is installed. Further, a metal base plate 11 is disposed between the drive circuit board 22 and the control circuit board 20, and the metal base plate 11 functions as an electromagnetic shield for a circuit group mounted on both the boards 22 and 20, and also the drive circuit board. The heat generated by the control circuit board 20 and the control circuit board 20 is released and cooled. In this way, the cooling water channel 19 is provided in the central portion of the housing 19, the inverter device 142 for driving the vehicle is arranged on one side thereof, and the inverter device 43 for auxiliary machines is arranged on the other side. Thus, cooling can be efficiently performed in a small space, and the entire power conversion device can be downsized. Further, by making the main structure of the cooling water channel 19 at the center of the casing by casting an aluminum material integrally with the casing 12, the cooling water channel 19 has the effect of increasing the mechanical strength in addition to the cooling effect. Further, by making the aluminum casting, the housing 12 and the cooling water flow path 19 are integrated with each other, heat conduction is improved, and cooling efficiency is improved.

駆動回路基板22には、金属ベース板11を通り抜けて、制御回路基板20の回路群との接続を行う基板間コネクタ23が設けられている。また、制御回路基板20には外部との電気的接続を行うコネクタ21が設けられている。   The drive circuit board 22 is provided with an inter-board connector 23 that passes through the metal base plate 11 and is connected to a circuit group of the control circuit board 20. The control circuit board 20 is provided with a connector 21 for electrical connection with the outside.

コネクタ21により電力変換装置の外の、例えばバッテリ136として車に搭載されているリチウム電池モジュールとの信号の伝送が行われ、リチウム電池モジュールから電池の状態を表す信号やリチウム電池の充電状態などの信号が送られてくる。前記制御回路基板20に保持されている制御回路172との信号の授受を行うために前記基板間コネクタ23が設けられており、図示を省略しているが信号線176が設けられ、この信号線176と基板間コネクタ23を介して制御回路基板20からインバータ回路のスイッチングタイミングの信号が駆動回路基板22に伝達され、駆動回路基板22で駆動信号であるゲート駆動信号を発生し、インバータ回路のゲート電極にそれぞれ印加される。   The connector 21 transmits a signal to, for example, a lithium battery module mounted on the vehicle as the battery 136, for example, outside the power conversion device, and a signal indicating the state of the battery from the lithium battery module or a charging state of the lithium battery. A signal is sent. The inter-board connector 23 is provided in order to exchange signals with the control circuit 172 held on the control circuit board 20, and a signal line 176 is provided although not shown. The inverter circuit switching timing signal is transmitted from the control circuit board 20 to the drive circuit board 22 through the connector 176 and the board-to-board connector 23, and the drive circuit board 22 generates a gate drive signal which is a drive signal. Applied to each electrode.

図4は、本実施形態に係るインバータ装置140の1相分のIGBTとダイオードのレイアウトを示す上面図である。本図では、代表例としてインバータ装置140について説明するが、インバータ装置142も同様の構成である。本図では駆動の対象となる第1IGBT101と第2IGBT102と第1ダイオード156と第2ダイオード157のみが表示され、IGBTに接続される負荷や温度を検出するサーミスタやバスバーを封止する樹脂やゲルなどのIGBT装置の構成は省略されている。   FIG. 4 is a top view showing a layout of IGBTs and diodes for one phase of the inverter device 140 according to the present embodiment. In this figure, the inverter device 140 is described as a representative example, but the inverter device 142 has the same configuration. In this figure, only the first IGBT 101, the second IGBT 102, the first diode 156, and the second diode 157 to be driven are displayed, and the thermistor for detecting the load and temperature connected to the IGBT and the resin or gel for sealing the bus bar, etc. The configuration of the IGBT device is omitted.

第1IGBT101のコレクタ電極及び第1ダイオード156のカソード電極は第1導体部203に半田付けされる。また第2IGBT102のコレクタ電極と第2ダイオード157のカソード電極は第2導体部204に半田付けされる。   The collector electrode of the first IGBT 101 and the cathode electrode of the first diode 156 are soldered to the first conductor portion 203. The collector electrode of the second IGBT 102 and the cathode electrode of the second diode 157 are soldered to the second conductor portion 204.

第1導体部203と第2導体部204は、窒化珪素絶縁基板213の上面に配線パターンがレイアウトされており、窒化珪素絶縁基板213の下面は基板全面にベタパターン(不図示)が配線されているため、渦電流発生による浮遊インダクタンス低減効果が得られる。   The first conductor portion 203 and the second conductor portion 204 have a wiring pattern laid out on the upper surface of the silicon nitride insulating substrate 213, and the lower surface of the silicon nitride insulating substrate 213 has a solid pattern (not shown) wired on the entire surface of the substrate. Therefore, the effect of reducing stray inductance due to the generation of eddy current can be obtained.

本実施例では、第1導体部203と第2導体部204を窒化珪素絶縁基板213の上面に配線パターンをレイアウトした場合について記載しているが、絶縁性能と渦電流発生による浮遊インダクタンス低減効果が得られる構成であれば、他の部材を用いても構わない。   In the present embodiment, the case where the first conductor portion 203 and the second conductor portion 204 are laid out on the upper surface of the silicon nitride insulating substrate 213 is described as a wiring pattern. Other members may be used as long as they are obtained.

第1IGBT101のエミッタ電極と第1ダイオード156のアノード電極は第2導体部204にワイヤボンディングで電気的に接続され、第2IGBT102のエミッタ電極と第2ダイオード157のアノード電極は第4導体205にワイヤボンディングで電気的に接続されている。   The emitter electrode of the first IGBT 101 and the anode electrode of the first diode 156 are electrically connected to the second conductor portion 204 by wire bonding, and the emitter electrode of the second IGBT 102 and the anode electrode of the second diode 157 are wire bonded to the fourth conductor 205. Are electrically connected.

第1IGBT101は、インバータ回路の上アーム回路を構成する。第1ダイオード156は、インバータ回路の上アーム回路を構成するとともに第1IGBT101と電気的に並列に接続される。第2IGBT102は、インバータ回路の下アーム回路を構成する。第2ダイオード157は、インバータ回路の下アーム回路を構成するとともに第2IGBT102と電気的に並列に接続される。   The first IGBT 101 constitutes the upper arm circuit of the inverter circuit. The first diode 156 forms an upper arm circuit of the inverter circuit and is electrically connected to the first IGBT 101 in parallel. The second IGBT 102 constitutes a lower arm circuit of the inverter circuit. The second diode 157 forms a lower arm circuit of the inverter circuit and is electrically connected in parallel with the second IGBT 102.

第2導体部204は、第2IGBT102のエミッタ電極側と前記第2ダイオード157のカソード電極側とはんだ材を介して接続されるとともに第1導体部203と隣合って配置される。中継導体部280は、第1導体部203と第2導体部204とを接続する。なお中継導体部280は、ワイヤボンディングや第2導体部204の一部や第1導体部203の一部の全て又はいずれかによって構成されていればよい。
The second conductor section 204 is disposed is connected via the cathode electrodes side and the solder material of the emitter electrode side of the 2IGBT102 second diode 157 Tonaria' the first conductor portion 203. The relay conductor portion 280 connects the first conductor portion 203 and the second conductor portion 204. The relay conductor part 280 may be configured by wire bonding, a part of the second conductor part 204 or a part of the first conductor part 203, or any one of them.

第1導体部203と第2導体部204の配置方向を第1列281と定義した場合に、第1IGBT101と第2ダイオード157は、第1列281に沿って配置され、さらに第1IGBT101は、第1列281に沿って第2ダイオード157と重なるように配置される。また、第2IGBT102と第1ダイオード156は、第1列281と平行な第2列282に沿って配置され、さらに第2IGBT102は、第2列282に沿って第1ダイオード156と重なるように配置される。そして、中継導体部280は、第1列281と第2列282との間に配置される。   When the arrangement direction of the first conductor portion 203 and the second conductor portion 204 is defined as the first row 281, the first IGBT 101 and the second diode 157 are arranged along the first row 281, and the first IGBT 101 is Arranged so as to overlap the second diode 157 along one row 281. The second IGBT 102 and the first diode 156 are arranged along a second row 282 parallel to the first row 281, and the second IGBT 102 is arranged so as to overlap the first diode 156 along the second row 282. The The relay conductor portion 280 is disposed between the first row 281 and the second row 282.

また言い換えると、第1IGBT101と第1ダイオード156と第2IGBT102と第2ダイオード157は、それぞれの中心部が略四角形の頂点を形成するように配置され、第1IGBT101と前記第2IGBT102は、この略四角形の一方の対角線上の頂点を形成しており、中継導体部280は、この略四角形の内側に形成される。   In other words, the first IGBT 101, the first diode 156, the second IGBT 102, and the second diode 157 are arranged so that the respective central portions form a substantially quadrangular vertex, and the first IGBT 101 and the second IGBT 102 are arranged in a substantially rectangular shape. One apex on the diagonal line is formed, and the relay conductor portion 280 is formed inside the substantially rectangular shape.

このような構成にすることにより、電流は、第1IGBT101、第2ダイオード157または第1ダイオード156、第2IGBT102の順に流れ、電流経路がより短くすることができる。また、電流が円弧を描く様に流れるため、窒化珪素絶縁基板213のベタパターン(不図示)や、金属製の冷却器に渦電流を誘起させることができるので、磁束打消しが発生する。したがって、配線インダクタンスの低減を図ることができる。   With such a configuration, current flows in the order of the first IGBT 101, the second diode 157 or the first diode 156, and the second IGBT 102, and the current path can be further shortened. In addition, since the current flows in a circular arc shape, an eddy current can be induced in the solid pattern (not shown) of the silicon nitride insulating substrate 213 or a metal cooler, so that magnetic flux cancellation occurs. Therefore, the wiring inductance can be reduced.

また、第1IGBT101を半田付けする領域と第2IGBT102を半田付けする領域と第1ダイオード156を半田付けする領域と第2ダイオード157を半田付けする領域を結ぶ四角形において、第1IGBT101を半田付けする領域と第2IGBT102を半田付けする領域は対角線上にレイアウトされており、第1ダイオード156を半田付けする領域と第2ダイオード157を半田付けする領域も同様に対角線上にレイアウトされている。   In addition, in a quadrilateral connecting a region where the first IGBT 101 is soldered, a region where the second IGBT 102 is soldered, a region where the first diode 156 is soldered, and a region where the second diode 157 is soldered, a region where the first IGBT 101 is soldered The area where the second IGBT 102 is soldered is laid out diagonally, and the area where the first diode 156 is soldered and the area where the second diode 157 is soldered are similarly laid out diagonally.

本実施例では、第1IGBT101と第2IGBT102と第1ダイオード156と第2ダイオード157が各1チップの場合について記載しているが、第1IGBT101を半田付けする領域と第2IGBT102を半田付けする領域が対角線上にレイアウトされており、第1ダイオード156を半田付けする領域と第2ダイオード157を半田付けする領域も同様に対角線上にレイアウトされている限り、各チップを複数個並列にレイアウトしていても構わない。   In the present embodiment, the first IGBT 101, the second IGBT 102, the first diode 156, and the second diode 157 are each described as one chip. However, the area where the first IGBT 101 is soldered and the area where the second IGBT 102 is soldered are diagonal lines. As long as the region where the first diode 156 is soldered and the region where the second diode 157 is soldered are similarly laid out diagonally, a plurality of chips may be laid out in parallel. I do not care.

また第3導体部206は、第1導体部203と接続され、第1IGBT101から離れる方向に形成される。第4導体部205は、第2導体部204と接続され、第3導体部206の形成方向に沿って形成されるとともに第3導体部206と隣合う位置に配置される。これにより、第3導体部206と第4導体部205が隣合う位置に配置されることで、磁束打消し作用が働き、配線インダクタンスの低減を図ることができる。なお、第4導体部205は、第2導体部204と第2ダイオード157とワイヤボンディング283により接続され、さらに第4導体部205の一部は、第1導体部203と第2導体部204との間に配置される。   The third conductor portion 206 is connected to the first conductor portion 203 and formed in a direction away from the first IGBT 101. The fourth conductor portion 205 is connected to the second conductor portion 204, is formed along the direction in which the third conductor portion 206 is formed, and is disposed at a position adjacent to the third conductor portion 206. As a result, the third conductor portion 206 and the fourth conductor portion 205 are arranged at adjacent positions, so that the magnetic flux canceling action works and the wiring inductance can be reduced. The fourth conductor portion 205 is connected by the second conductor portion 204, the second diode 157 and the wire bonding 283, and a part of the fourth conductor portion 205 is connected to the first conductor portion 203 and the second conductor portion 204. It is arranged between.

図5は、第1IGBT101をターンオフした時に発生するターンオフサージと、第1IGBT101をターンオンした時に下アームに発生するリカバリサージが発生する場合の電流の時間変化di/dtが発生する経路を回路図で示している。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a path in which a time change di / dt of a current occurs when a turn-off surge that occurs when the first IGBT 101 is turned off and a recovery surge that occurs in the lower arm when the first IGBT 101 is turned on. ing.

図6は、第1IGBT101をターンオフした時に発生するターンオフサージと、第1IGBT101をターンオンした時に下アームに発生するリカバリサージが発生する場合の電流の時間変化di/dtが発生する経路をIGBTとダイオードのレイアウト図で示している。本実施形態の構成にすることにより、第1IGBT101と第2ダイオード157を流れる電流の時間変化di/dtが発生する電流経路が短くなる。   FIG. 6 shows the path of the time change di / dt of the current when the turn-off surge generated when the first IGBT 101 is turned off and the recovery surge generated in the lower arm when the first IGBT 101 is turned on. This is shown in the layout diagram. By adopting the configuration of the present embodiment, the current path in which the time change di / dt of the current flowing through the first IGBT 101 and the second diode 157 occurs is shortened.

図7は、第2IGBT102をターンオフした時に発生するターンオフサージと、第2IGBT102をターンオンした時に上アームに発生するリカバリサージが発生する場合の電流の時間変化di/dtが発生する経路を回路図で示している。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a path in which a time change di / dt of a current is generated when a turn-off surge generated when the second IGBT 102 is turned off and a recovery surge generated in the upper arm when the second IGBT 102 is turned on. ing.

図8は、下アーム第2IGBT102をターンオフした時に発生するターンオフサージと、下アーム第2IGBT102をターンオンした時に上アームに発生するリカバリサージが発生する場合の電流の時間変化di/dtが発生する経路をIGBTとダイオードのレイアウトで示している。   FIG. 8 shows a path through which a time change di / dt of current occurs when a turn-off surge that occurs when the lower arm second IGBT 102 is turned off and a recovery surge that occurs in the upper arm when the lower arm second IGBT 102 is turned on. The layout of IGBTs and diodes is shown.

本実施形態の構成にすることにより、第2IGBT102と第1ダイオード156を流れる電流の時間変化di/dtが発生する経路が短くなる。   By adopting the configuration of the present embodiment, the path through which the time change di / dt of the current flowing through the second IGBT 102 and the first diode 156 occurs is shortened.

図9は、他の実施形態に係る1相分のIGBTとダイオードのレイアウトである。本図では駆動の対象となる第1IGBT101と第2IGBT102と第1ダイオード156と第2ダイオード157のみが表示され、IGBTに接続される負荷や温度を検出するサーミスタやバスバーを封止する樹脂やゲルなどのIGBT装置の構成は省略されている。   FIG. 9 is a layout of IGBTs and diodes for one phase according to another embodiment. In this figure, only the first IGBT 101, the second IGBT 102, the first diode 156, and the second diode 157 to be driven are displayed, and the thermistor for detecting the load and temperature connected to the IGBT and the resin or gel for sealing the bus bar, etc. The configuration of the IGBT device is omitted.

前述した実施形態と本実施形態との違いは、第1IGBT101のエミッタ電極と第1ダイオード156のアノード電極と対向するように形成される第1接続導体板208を設けた点である。この第1接続導体板208は、中継導体部280の一部を構成する。また、第2IGBT102のエミッタ電極と第2ダイオード157のアノード電極と対向するように形成される第2接続導体板210を設けている。この第2接続導体板210は、前述の他の実施形態で説示した第4導体部205と一体に形成される。ワイヤボンディンではなく板状の導体を用いることにより導体断面積が増え、インタクタンス低減することができる。   The difference between the above-described embodiment and this embodiment is that a first connection conductor plate 208 formed so as to face the emitter electrode of the first IGBT 101 and the anode electrode of the first diode 156 is provided. The first connection conductor plate 208 constitutes a part of the relay conductor portion 280. Also, a second connection conductor plate 210 is provided so as to face the emitter electrode of the second IGBT 102 and the anode electrode of the second diode 157. The second connection conductor plate 210 is formed integrally with the fourth conductor portion 205 described in the other embodiments described above. By using a plate-like conductor instead of wire bonding, the conductor cross-sectional area can be increased and the inductance can be reduced.

101 第1IGBT
102 第2IGBT
140,142 インバータ装置
156 第1ダイオード
157 第2ダイオード
203 第1導体部
204 第2導体部
205 第4導体部
206 第3導体部
208 第1接続導体板
210 第2接続導体板
213 窒化珪素絶縁基板
280 中継導体部
281 第1列
282 第2列
283 ワイヤボンディング
101 1st IGBT
102 2nd IGBT
140, 142 Inverter device 156 First diode 157 Second diode 203 First conductor portion 204 Second conductor portion 205 Fourth conductor portion 206 Third conductor portion 208 First connection conductor plate 210 Second connection conductor plate 213 Silicon nitride insulating substrate 280 Relay conductor portion 281 First row 282 Second row 283 Wire bonding

Claims (5)

インバータ回路の上アーム回路を構成する第1IGBTと、
前記インバータ回路の前記上アーム回路を構成するとともに前記第1IGBTと電気的に並列に接続された第1ダイオードと、
前記インバータ回路の下アーム回路を構成する第2IGBTと、
前記インバータ回路の前記下アーム回路を構成するとともに前記第2IGBTと電気的に並列に接続された第2ダイオードと、
前記第1IGBTのコレクタ電極側と前記第1ダイオードのカソード電極側とはんだ材を介して接続される第1導体部と、
前記第2IGBTのコクレタ電極側と前記第2ダイオードのカソード電極側とはんだ材を介して接続されるとともに前記第1導体部と隣合って配置される第2導体部と、
記第1IGBTのエミッタ電極又は前記第1ダイオードのアノード電極と前記第2導体部とを接続する中継導体部と
前記第1導体部と接続される第3導体部と、
導体部材を介して前記第2IGBTのエミッタ電極又は前記第2ダイオードのアノード電極と接続される第4導体部と、を備え、
前記第1導体部と前記第2導体部の配置方向を第1列と定義した場合に、
前記第1IGBTと前記第2ダイオードは、前記第1列に沿って配置され、さらに前記第1IGBTは、前記第1列に沿って前記第2ダイオードと重なるように配置され、
前記第2IGBTと前記第1ダイオードは、前記第1列と平行な第2列に沿って配置され、さらに前記第2IGBTは、前記第2列に沿って前記第1ダイオードと重なるように配置され、
前記中継導体部は、前記第1列と前記第2列との間に配置され、
前記第4導体部は、一方の第4導体部と他方の第4導体部に分けられ、
前記一方の第4導体部は、前記第1導体部と前記第2導体部との間であってかつ前記第1IGBTと前記第2ダイオードとの間に配置され、
前記他方の第4導体部は、前記第1導体部と前記第2導体部との間であってかつ前記第2IGBTと第1ダイオードとの間に配置されるインバータ装置。
A first IGBT constituting the upper arm circuit of the inverter circuit;
A first diode constituting the upper arm circuit of the inverter circuit and electrically connected in parallel with the first IGBT;
A second IGBT constituting a lower arm circuit of the inverter circuit;
A second diode constituting the lower arm circuit of the inverter circuit and electrically connected in parallel with the second IGBT;
A first conductor portion connected to the collector electrode side of the first IGBT and the cathode electrode side of the first diode via a solder material;
A second conductor portion disposed adjacent to each other and said first conductor portion is connected via the cathode electrodes side and the solder material of the second diode and Kokureta electrodes side of the first IGBT,
A relay conductor portion connected to the anode electrode of the emitter electrode and the first diode of the previous SL first 1IGBT and said second conductor portion,
A third conductor portion connected to the first conductor portion;
A fourth conductor portion connected to the emitter electrode of the second IGBT or the anode electrode of the second diode via a conductor member ,
When the arrangement direction of the first conductor part and the second conductor part is defined as a first row,
The first IGBT and the second diode are arranged along the first row, and the first IGBT is arranged along the first row so as to overlap the second diode,
The second IGBT and the first diode are arranged along a second row parallel to the first row, and the second IGBT is arranged along the second row so as to overlap the first diode,
The relay conductor portion is disposed between the first row and the second row ,
The fourth conductor portion is divided into one fourth conductor portion and the other fourth conductor portion,
The one fourth conductor portion is disposed between the first conductor portion and the second conductor portion and between the first IGBT and the second diode,
The fourth conductor portion of the other, disposed Ru inverter between the A and and the first 2IGBT a first diode between said second conductor portion and the first conductor portion.
インバータ回路の上アーム回路を構成する第1IGBTと、
前記インバータ回路の前記上アーム回路を構成するとともに前記第1IGBTと電気的に並列に接続された第1ダイオードと、
前記インバータ回路の下アーム回路を構成する第2IGBTと、
前記インバータ回路の前記下アーム回路を構成するとともに前記第2IGBTと電気的に並列に接続された第2ダイオードと、
前記第1IGBTのコレクタ電極側と前記第1ダイオードのカソード電極側とはんだ材を介して接続される第1導体部と、
前記第2IGBTのコレクタ電極側と前記第2ダイオードのカソード電極側とはんだ材を介して接続されるとともに前記第1導体部と隣合って配置される第2導体部と、
記第1IGBTのエミッタ電極又は前記第1ダイオードのアノード電極と前記第2導体部とを接続する中継導体部と、
前記第1導体部と接続される第3導体部と、
導体部材を介して前記第2IGBTのエミッタ電極又は前記第2ダイオードのアノード電極と接続される第4導体部と、を備え、
前記第1IGBTと前記第1ダイオードと前記第2IGBTと前記第2ダイオードは、
それぞれの中心部が略四角形の頂点を形成するように配置され、
前記第1IGBTと前記第2IGBTは、前記略四角形の一方の対角線上の頂点を形成し、
前記中継導体部は、前記四角形の内側に形成され、
前記第4導体部は、一方の第4導体部と他方の第4導体部に分けられ、
前記一方の第4導体部は、前記第1導体部と前記第2導体部との間であってかつ前記第1IGBTと前記第2ダイオードとの間に配置され、
前記他方の第4導体部は、前記第1導体部と前記第2導体部との間であってかつ前記第2IGBTと第1ダイオードとの間に配置されるインバータ装置。
A first IGBT constituting the upper arm circuit of the inverter circuit;
A first diode constituting the upper arm circuit of the inverter circuit and electrically connected in parallel with the first IGBT;
A second IGBT constituting a lower arm circuit of the inverter circuit;
A second diode constituting the lower arm circuit of the inverter circuit and electrically connected in parallel with the second IGBT;
A first conductor portion connected to the collector electrode side of the first IGBT and the cathode electrode side of the first diode via a solder material;
A second conductor portion disposed adjacent to each other and said first conductor portion is connected via the cathode electrodes side and the solder material of the second diode and the collector electrodes side of the first IGBT,
A relay conductor portion connected to the anode electrode of the emitter electrode and the first diode of the previous SL first 1IGBT and said second conductor portion,
A third conductor portion connected to the first conductor portion;
A fourth conductor portion connected to the emitter electrode of the second IGBT or the anode electrode of the second diode via a conductor member ,
The first IGBT, the first diode, the second IGBT, and the second diode are:
Each central part is arranged to form a substantially rectangular vertex,
The first IGBT and the second IGBT form vertices on one diagonal of the substantially quadrilateral,
The relay conductor portion is formed inside the square,
The fourth conductor portion is divided into one fourth conductor portion and the other fourth conductor portion,
The one fourth conductor portion is disposed between the first conductor portion and the second conductor portion and between the first IGBT and the second diode,
The fourth conductor portion of the other, disposed Ru inverter between the A and and the first 2IGBT a first diode between said second conductor portion and the first conductor portion.
請求項1又は2に記載のいずれかのインバータ装置であって
記第3導体部は、前記第1IGBTから離れる方向に形成され、
前記第4導体部は、前記第3導体部の形成方向に沿って形成されるとともに前記第3導体部と隣合う位置に配置されるインバータ装置。
The inverter device according to claim 1 or 2 ,
Before the third conductor portion SL is formed in a direction away from the first IGBT,
The fourth conductor portion is an inverter device that is formed along a formation direction of the third conductor portion and disposed at a position adjacent to the third conductor portion.
請求項1ないし3に記載のいずれかのインバータ装置であって、The inverter device according to any one of claims 1 to 3,
前記第1IGBTのエミッタ電極と前記第1ダイオードのアノード電極と対向するように形成される第1接続導体板と、を備え、  A first connection conductor plate formed to face the emitter electrode of the first IGBT and the anode electrode of the first diode;
前記第1接続導体板は、前記中継導体部と一体に形成されるインバータ装置。  The first connecting conductor plate is an inverter device formed integrally with the relay conductor portion.
請求項4に記載のインバータ装置であって、The inverter device according to claim 4,
前記導体部材は、前記第2IGBTのエミッタ電極と前記第2ダイオードのアノード電極と対向するように形成される第2接続導体板であり、  The conductor member is a second connection conductor plate formed to face the emitter electrode of the second IGBT and the anode electrode of the second diode;
前記第2接続導体板は、前記第4導体部と一体に形成されるインバータ装置。The inverter device, wherein the second connection conductor plate is formed integrally with the fourth conductor portion.
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