JP5835167B2

JP5835167B2 - パワーモジュール構造

Info

Publication number: JP5835167B2
Application number: JP2012197518A
Authority: JP
Inventors: 智明満永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: JP2014054103A

Description

本発明は、例えばインバータ等のパワーモジュール構造に関する。

特許文献１には、電源のプラス端子とマイナス端子との間に互いに直列に接続された一対のスイッチング素子を含む単相のインバータと、その単相のインバータにおける電力配線構造が記載されている。その電力配線構造は、電源のプラス端子と一方のスイッチング素子とに接続された高電位側のＰ母線と、スイッチング素子同士の接続点から引き出されるＵ出力線と、他方のスイッチング素子と電源のマイナス端子とに接続された低電位側のＮ母線とをこの順に積層した３層構造を有している。

特開２００１−３３２６８８号公報

特許文献１に記載の電力配線構造は、上述したように、Ｐ母線とＵ相出力線とＮ母線とを順に積層することにより、スイッチンに応じて、Ｐ母線に流れる電流とＵ相出力線に流れる電流とが互いに逆向きとなること、及び、Ｕ相出力線に流れる電流とＮ母線に流れる電流とが互いに逆向きとなることを利用し、磁界の相殺効果によってインダクタンスの低減を図っている。

しかしながら、特許文献１に記載の電力配線構造にあっては、Ｐ母線とＮ母線との間にＵ相出力線が配置されているため、その分だけＰ母線とＮ母線とが互いに離れて配置されることになる。そのため、Ｐ母線を流れる電流とＮ母線を流れる電流との間における磁界の相殺効果が得られず、インダクタンスの低減が十分でない。

本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、インダクタンスを確実に低減可能なパワーモジュール構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るパワーモジュール構造は、正極側入力端子電極及び負極側入力端子電極と、正極側入力端子電極と負極側入力端子電極との間に順に直列に接続された第１及び第２のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子から第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との接続点に延在する第１の出力端子電極と、接続点から前記第２のスイッチング素子に延在する第２の出力端子電極と、を備え、正極側入力端子電極と負極側入力端子電極とは、それぞれに流れる電流の向きが互いに逆向きとなるように互いに対向して配置されており、第１の出力端子電極は、負極側入力端子電極の逆側において正極側入力端子電極に対向するように配置されており、第２の出力端子電極は、正極側入力端子電極の逆側において負極側入力端子電極に対向するように配置されていることを特徴とする。

このパワーモジュール構造においては、第１及び第２のスイッチング素子が、正極側入力端子電極と負極側入力端子電極との間にこの順で直列に接続されている。そして、正極側入力端子電極と負極側入力端子電極とが、それぞれに流れる電流が互いに逆向きになるように、互いに対向して配置されている。また、第１のスイッチング素子の第１の出力端子電極が、正極側入力端子電極に対向して配置されており、第２のスイッチング素子の第２の出力端子電極が、負極側入力端子電極に対向して配置されている。

つまり、このパワーモジュール構造においては、互いに対向する正極側入力端子電極と負極側入力端子電極とが、第１及び第２の出力端子電極によって挟まれることとなる。このため、このパワーモジュール構造によれば、正極側入力端子電極に流れる電流と第１の出力端子電極に流れる電流との間、及び、第２の出力端子電極に流れる電流と負極側入力端子電極に流れる電流との間の磁界の相殺効果に加えて、正極側入力端子電極に流れる電流と負極側入力端子電極に流れる電流とによる磁界の相殺効果が得られる。よって、このパワーモジュール構造によれば、インダクタンスを確実に低減可能となる。

本発明によれば、インダクタンスを確実に低減可能なパワーモジュール構造を提供することができる。

本発明に係るパワーモジュール構造の一実施形態の構成を示す模式図である。

以下、本発明に係るパワーモジュール構造の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素、或いは相当する要素には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係るパワーモジュール構造の一実施形態の構成を示す模式図である。特に、図１の（ｂ）は、図１の領域ＡＲの側面図である。本実施形態に係るパワーモジュール構造１は、例えば、３相モータ等を駆動するための３相インバータ等に適用することができる（単相のインバータに適用してもよい）。

本実施形態に係るパワーモジュール構造１は、例えば外部のバッテリ等の電源の正極端子に接続された正極側入力端子電極２と、その電源の負極端子に接続された負極側入力端子電極３と、正極側入力端子電極２と負極側入力端子電極３との間に順に直列に接続された第１のスイッチング素子（上相のスイッチング素子）及び第２のスイッチング素子（下相のスイッチング素子）と、を備えている。第１及び第２のスイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の任意のパワー半導体素子を用いることができる。

正極側入力端子電極２は、第１のスイッチング素子の所定の端子（例えばコレクタ）に接続されている。つまり、正極側入力端子電極２は、例えば電源の正極端子と第１のスイッチング素子の所定の端子との間の配線として機能する。正極側入力端子電極２は、例えば幅広の平板状を呈している。

負極側入力端子電極３は、第２のスイッチング素子の所定の端子（例えばエミッタ）に接続されている。つまり、負極側入力端子電極３は、例えば電源の負極端子と第２のスイッチング素子の所定の端子との間の配線として機能する。負極側入力端子電極３は、例えば幅広の平板状を呈している。

第１のスイッチング素子の他の所定の端子（例えばエミッタ）は、第２のスイッチング素子の他の所定の端子（例えばコレクタ）に接続されている。第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との接続点には、出力端子（例えばＵ相出力端子）が設けられている。

パワーモジュール構造１は、第１のスイッチング素子の所定の端子と出力端子とを接続する第１の出力端子電極（上相の出力端子）５を備えている。つまり、第１の出力端子５は、例えば、第１のスイッチング素子から第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との接続点まで延在し、第１のスイッチング素子の所定の端子と出力端子との間の配線として機能する。第１の出力端子電極５は、例えば、幅広の平板状を呈している。

また、パワーモジュール構造１は、出力端子と第２のスイッチング素子の他の所定の端子とを接続する第２の出力端子電極（下相の出力端子）６を備えている。つまり、第２の出力端子電極６は、例えば、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との接続点から第２のスイッチング素子まで延在し、出力端子と第２のスイッチング素子の他の所定の端子との間の配線として機能する。第２の出力端子電極６は、例えば、幅広の平板状を呈している。

ここで、本実施形態に係るパワーモジュール構造１においては、正極側入力端子電極２、負極側入力端子電極３、第１の出力端子電極５、及び第２の出力端子電極６を積層して配置している。より具体的には、正極側入力端子電極２と負極側入力端子電極３とは、それぞれに流れる電流Ｉ２及び電流Ｉ３の向きが互いに逆向きとなるように、絶縁体を介して互いに対向して配置されている。

また、第１の出力端子電極５は、第１の出力端子電極５に流れる電流Ｉ５と正極側入力端子電極２に流れる電流Ｉ２とが互いに逆向きとなるように、負極側入力端子電極３の逆側において、絶縁体を介して正極側入力端子電極２に対向して配置されている。さらに、第２の出力端子電極６は、第２の出力端子電極６に流れる電流Ｉ６と負極側入力端子電極３に流れる電流Ｉ３とが互いに逆向きとなるように、正極側入力端子電極２の逆側において、絶縁体を介して負極側入力端子電極３に対向して配置されている。

したがって、パワーモジュール構造１においては、正極側入力端子電極２と負極側入力端子電極３とが互いに対向して近接配置されており、それらが、第１の出力端子電極５と第２の出力端子電極６とによって挟まれている。このため、パワーモジュール構造１においては、正極側入力端子電極２、負極側入力端子電極３、第１の出力端子電極５、及び第２の出力端子電極６は、少なくとも部分的に併走している。

以上説明したように、本実施形態に係るパワーモジュール構造１においては、第１及び第２のスイッチング素子が、正極側入力端子電極２と負極側入力端子電極３との間にこの順で直列に接続されている。そして、正極側入力端子電極２と負極側入力端子電極３とが、それぞれに流れる電流Ｉ２，Ｉ３が互いに逆向きになるように、互いに対向して配置されている。また、第１のスイッチング素子の第１の出力端子電極５が、正極側入力端子電極２に対向して配置されており、第２のスイッチング素子の第２の出力端子電極６が、負極側入力端子電極３に対向して配置されている。

このため、本実施形態に係るパワーモジュール構造１によれば、正極側入力端子電極２に流れる電流Ｉ２と第１の出力端子電極５に流れる電流Ｉ５との間の磁界の相殺によるインダクタンスの低減効果（図中のＰ１）、及び、第２の出力端子電極６に流れる電流Ｉ６と負極側入力端子電極３に流れる電流Ｉ３との間の磁界の相殺によるインダクタンスの低減効果（図中のＰ３）に加えて、正極側入力端子電極２に流れる電流Ｉ２と負極側入力端子電極３に流れる電流Ｉ３とによる磁界の相殺によるインダクタンスの低減効果（図中のＰ２）が得られる。

よって、本実施形態に係るパワーモジュール構造１によれば、インダクタンスを確実に低減することが可能となる。また、インダクタンスを低減することにより、スイッチング時のサージ電圧を抑制することができ、高速動作が可能となり、スイッチング時の損失を低減できる。そのため、高周波動作が可能となる。さらに、このことに起因して、周辺部品であるコンデンサやリアクトルの小型化・低コスト化を実現することが可能となる。

以上の実施形態は、本発明に係るパワーモジュール構造の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明は、上述したパワーモジュール構造１に限定されず、請求項の要旨を変更しない範囲において、パワーモジュール構造１を任意に変形し、或いは他のものに適用することができる。例えば、上記実施形態においては、本発明のパワーモジュール構造をインバータに適用する例を説明したが、本発明のパワーモジュール構造は、その他の任意のパワーモジュールに対して適用することができる。

１…パワーモジュール構造、２…正極側入力端子電極、３…負極側入力端子電極、５…第１の出力端子電極、６…第２の出力端子電極。

Claims

正極側入力端子電極及び負極側入力端子電極と、
前記正極側入力端子電極と前記負極側入力端子電極との間に順に直列に接続された第１及び第２のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子から前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との接続点に延在する第１の出力端子電極と、
前記接続点から前記第２のスイッチング素子に延在する第２の出力端子電極と、
を備え、
前記正極側入力端子電極と前記負極側入力端子電極とは、それぞれに流れる電流の向きが互いに逆向きとなるように互いに対向して配置されており、
前記第１の出力端子電極は、前記負極側入力端子電極の逆側において前記正極側入力端子電極に対向するように配置されており、
前記第２の出力端子電極は、前記正極側入力端子電極の逆側において前記負極側入力端子電極に対向するように配置されている、ことを特徴とするパワーモジュール構造。