JP6011656B2 - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6011656B2
JP6011656B2 JP2015033457A JP2015033457A JP6011656B2 JP 6011656 B2 JP6011656 B2 JP 6011656B2 JP 2015033457 A JP2015033457 A JP 2015033457A JP 2015033457 A JP2015033457 A JP 2015033457A JP 6011656 B2 JP6011656 B2 JP 6011656B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
positive
semiconductor power
connection
conductors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2015033457A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016158342A (ja
Inventor
誉人 遠藤
誉人 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Original Assignee
Meidensha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meidensha Corp filed Critical Meidensha Corp
Priority to JP2015033457A priority Critical patent/JP6011656B2/ja
Priority to PCT/JP2016/054273 priority patent/WO2016136516A1/ja
Priority to RU2017120522A priority patent/RU2653359C1/ru
Priority to US15/552,935 priority patent/US9954459B2/en
Publication of JP2016158342A publication Critical patent/JP2016158342A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6011656B2 publication Critical patent/JP6011656B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14329—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for the configuration of power bus bars
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure

Description

本発明は、インバータ装置に係わり、特に回路インダクタンスを低減したインバータ装置の部材配置に関するものである。
インバータ装置として、例えば単相インバータの場合、図３で示すように、相毎の複数の半導体パワーモジュール（以下はＩＧＢＴを例とする）ＩＧＢＴ１〜ＩＧＢＴ４と、平滑コンデンサＣ及び直流回路用の接続導体Ｐ，Ｎ、出力導体（出力端子）Ｕ，Ｖの各部材を主体として構成される。この装置における各部材の配置構造は、図４で示すように構成されているのが一般的である。
すなわち、Ｕ相アームとなる直列接続されたＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ２が対向して前後方向（平面図では上下方向）に配置され、これと平行隣接してＶ相アームとなる直列接続されたＩＧＢＴ３とＩＧＢＴ４が対向してそれぞれ正極及び負極の接続導体Ｐ，Ｎに各別に接続される。接続導体Ｐ，Ｎは図面左方向に導出されて直角方向に屈曲し、出力導体Ｕ，Ｖは図面右方向に導出されている。
また、平滑コンデンサＣは、ＩＧＢＴと屈曲された接続導体Ｐ，Ｎ間に配置されている。Ｉｎは絶縁部材、Ｈはヒートシンクである。
なお、回路インダクタンスを低減したインバータ装置については特許文献１や特許文献２などか公知となっている。
特開２０１３−４２６６３ 特開２００６−２６２６２３
図４で示すような部材配置の場合、特に各ＩＧＢＴの接続端子部近辺で、次の２つの理由により回路のインダクタンスが大きくなる問題を有している。
（１）電流の導通経路が屈折するため回路ループが大きくなり、回路のインダクタンスが増える。
（２）対向する電流方向の導体を沿わせて配置することで回路インダクタンスを打ち消し合うことは周知であるが、実際には接続導体が分岐するため電流方向の導体を沿わせて配置することが難しい。
図４の構成では、接続導体Ｐにねじ等の固定部材１，２を介して取り付けられる平滑コンデンサＣと、例えば接続導体Ｐに固定部材３，４を介して取り付けられるＩＧＢＴ１，ＩＧＢＴ３までの距離を比較すると、固定部材４，すなわち、ＩＧＢＴ３までの方が長い距離となっており、同じ接続導体Ｐ間に接続されるＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ３の距離が不均等となっている。このため、スイッチング時におけるコンデンサＣとＩＧＢＴ１，ＩＧＢＴ２間を流れる電流のループと、コンデンサＣとＩＧＢＴ３，ＩＧＢＴ４間を流れる電流のループとが不均衡となって回路インダクタンス発生の原因となっている。
特に、高周波インバータ装置においては、直流回路のインダクタンスの縮小に加えて、ＩＧＢＴの出力と負荷端までのインダクタンスを小さくして装置としての回路ループを小さくしたり、対向する電流方向の導体を沿わせて配置したりすることで回路のインダクタンスを減らすことが必須の課題となっている。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、回路インダクタンスを小さくしたインバータ装置を提供することにある。
本発明は、直流回路の正，負極間に直列接続されて相毎の相アームを形成する複数の半導体パワーモジュールと、半導体パワーモジュールに取り付けられるヒートシンクと、直流回路の正，負極用の接続導体と、平滑コンデンサ及び相毎の出力導体の各部材を主体として構成されるインバータ装置の配置において、
前記直列接続される半導体パワーモジュールの各相アームのうち、同極性毎に半導体パワーモジュールを積み重ね、且つ積み重ねた正極側および負極側の各ヒートシンク間に間隙を設けて半導体パワーモジュールを配置し、
前記各ヒートシンク間の間隙に、絶縁部材を挟んで並行状態に前記直流回路の正，負極用の接続導体を配置し、
前記直流回路の各接続導体の一端側に、それぞれ正，負極に対応する極性の半導体パワーモジュールの端子を固着し、直流回路の各接続導体の他端は前記ヒートシンク間の間隙を通して導出し、
導出された直流回路の接続導体に前記平滑コンデンサを取り付けると共に、
前記半導体パワーモジュールが固着された接続導体との接続端子近辺で、直流回路の正，負極の接続導体と直交して、沿った状態の前記出力導体に各半導体パワーモジュールの交流出力側の端子を接続して構成するものである。
本発明の平滑コンデンサは、正、負極用の接続導体に互いに千鳥状に配置したことを特徴としたものである。
また、本発明の正、負極用の接続導体は、板状の導体で形成され、前記半導体パワーモジュールの接続端子部近辺で略９０度に屈曲されたことを特徴としたものである。
以上のとおり、本発明によれば、スイッチング時における平滑コンデンサＣとＩＧＢＴ１，ＩＧＢＴ２間を流れる電流と、平滑コンデンサＣとＩＧＢＴ３，ＩＧＢＴ４の回路ループが小さくなると共に、流れる電流が均衡して回路インダクタンスを打ち消す合い、回路インダクタンスの低減が可能となるものである。
本発明の実施形態を示すインバータ装置の構成図。 本発明による三相インバータ装置の模式図。 単相インバータの回路図 従来の単相インバータ装置の構成図。
図１は本発明による部材配置の構成図で、単相インバータ装置の例を示したものである。正面図のようにＵ相アームとＶ相アームを重ねた状態で配置され、各相の直列接続されたＩＧＢＴはヒートシンクＨが取り付けられて図面奥行き方向に配置される。各ＩＧＢＴのうち、正極の接続導体Ｐに接続されるＩＧＢＴ１，３（図３の）と、負極の接続導体Ｎに接続されるＩＧＢＴ２，４は、平面図で示すように間隔を有して左右に分かれて配置され、その間隔の中央部分に絶縁部材Ｉnを挟んで接続導体Ｐ，Ｎが並行して延長される。延長された接続導体Ｐ，Ｎの片面、又は両面に複数の平滑コンデンサＣを配設し、平滑コンデンサＣの正、負極端子は各別に接続導体Ｐ，Ｎに接続される。なお、平滑コンデンサＣ数が多くなって接続導体Ｐ，Ｎの両側に設ける場合には、左右で千鳥状配置として平滑コンデンサＣの取り付けに互いに干渉しないよう配設される。
接続導体Ｐ，Ｎはそれぞれ板状の部材よりなり、両者間に板状の絶縁部材Ｉnを挟んで並行した状態で各ＩＧＢＴの接続端子部近辺まで伸び、この接続端子部近辺で一度、正，負極が左右略９０度に曲げられて分かれて、各ＩＧＢＴの正，負極の各端子が接続される。
同様に、Ｕ相，Ｖ相の出力導体Ｕ，Ｖも、絶縁部材Ｉnを挟んで正面図の手前方向から延伸されてＩＧＢＴの接続端子部近辺で左右に分かれる。ＩＧＢＴの接続端子部近辺では、接続導体ＰとＮに対して出力導体ＵとＶが直交して沿った状態で各ＩＧＢＴの交流出力側の端子と接続される。この状態で平滑コンデンサＣはヒートシンクＨの後ろ側に配設されており、ＩＧＢＴの端子部分の螺子締め等の阻害とならないようになっている。
上記実施例では単層インバータについて説明してきたが、三相インバータ装置でも同様に構成される。図２は三相インバータ装置の模式図を示したもので、接続導体Ｐに接続されるＩＧＢＴ１，３，５は図面右側に配設され、また、接続導体Ｎに接続されるＩＧＢＴ２，４，６は図面右側に配設される。三相インバータの場合、単層インバータと比較してＵ，Ｗ相でＶ相に比較してインバータ出力から負荷端までのリアクタンス分は少し大きくなるが、従来と比較して回路インダクタンスの低減が十分に可能となるものである。
上記のように本発明によれば、正極の接続導体Ｐに接続されるＩＧＢＴのグループと、負極の接続導体Ｎに接続されるＩＧＢＴの各グループは、それぞれ接続導体Ｐ，Ｎに沿って等距離に配置される。これにより、スイッチング時における平滑コンデンサＣとＩＧＢＴ１，ＩＧＢＴ２間を流れる電流と、平滑コンデンサＣとＩＧＢＴ３，ＩＧＢＴ４の回路ループが小さくなると共に、流れる電流が均衡して回路インダクタンスを打ち消す合い、回路インダクタンスの低減が可能となるものである。
１〜６… 固定部材
ＩＧＢＴ１〜６… 半導体パワーモジュール
Ｃ… 平滑コンデンサ
Ｈ… ヒートシンク
Ｉn… 絶縁部材
Ｐ… 正極の接続導体
Ｎ… 負極の接続導体

Claims (3)

  1. 直流回路の正，負極間に直列接続されて相毎の相アームを形成する複数の半導体パワーモジュールと、半導体パワーモジュールに取り付けられるヒートシンクと、直流回路の正，負極用の接続導体と、平滑コンデンサ及び相毎の出力導体の各部材を主体として構成されるインバータ装置の配置において、
    前記直列接続される半導体パワーモジュールの各相アームのうち、同極性毎に半導体パワーモジュールを積み重ね、且つ積み重ねた正極側および負極側の各ヒートシンク間に間隙を設けて半導体パワーモジュールを配置し、
    前記各ヒートシンク間の間隙に、絶縁部材を挟んで並行状態に前記直流回路の正，負極用の接続導体を配置し、
    前記直流回路の各接続導体の一端側に、それぞれ正，負極に対応する極性の半導体パワーモジュールの端子を固着し、直流回路の各接続導体の他端は前記ヒートシンク間の間隙を通して導出し、
    導出された直流回路の接続導体に前記平滑コンデンサを取り付けると共に、
    前記半導体パワーモジュールが固着された接続導体との接続端子近辺で、直流回路の正，負極の接続導体と直交して、沿った状態の前記出力導体に各半導体パワーモジュールの交流出力側の端子を接続して構成することを特徴としたインバータ装置。
  2. 前記平滑コンデンサは、正、負極用の接続導体に互いに千鳥状に配置したことを特徴とした請求項１記載のインバータ装置。
  3. 前記正、負極用の接続導体は、板状の導体で形成され、前記半導体パワーモジュールの接続端子部近辺で略９０度に屈曲されたことを特徴とした請求項１又は２記載のインバータ装置。
JP2015033457A 2015-02-24 2015-02-24 インバータ装置 Expired - Fee Related JP6011656B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015033457A JP6011656B2 (ja) 2015-02-24 2015-02-24 インバータ装置
PCT/JP2016/054273 WO2016136516A1 (ja) 2015-02-24 2016-02-15 インバータ装置
RU2017120522A RU2653359C1 (ru) 2015-02-24 2016-02-15 Инверторное устройство
US15/552,935 US9954459B2 (en) 2015-02-24 2016-02-15 Inverter device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015033457A JP6011656B2 (ja) 2015-02-24 2015-02-24 インバータ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016158342A JP2016158342A (ja) 2016-09-01
JP6011656B2 true JP6011656B2 (ja) 2016-10-19

Family

ID=56788383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015033457A Expired - Fee Related JP6011656B2 (ja) 2015-02-24 2015-02-24 インバータ装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9954459B2 (ja)
JP (1) JP6011656B2 (ja)
RU (1) RU2653359C1 (ja)
WO (1) WO2016136516A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11424689B2 (en) * 2017-06-15 2022-08-23 Nissan Motor Co., Ltd. Power conversion device
JP7088106B2 (ja) * 2019-03-28 2022-06-21 株式会社明電舎 導体接続構造

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9314286U1 (de) 1993-09-22 1993-12-16 Honeywell Ag Umformer
JP2809095B2 (ja) * 1994-03-04 1998-10-08 株式会社デンソー インバータ装置
JP3225457B2 (ja) * 1995-02-28 2001-11-05 株式会社日立製作所 半導体装置
DE19512679C1 (de) * 1995-04-07 1996-11-21 Abb Management Ag Stromleiteranordnung
US5648892A (en) * 1995-09-29 1997-07-15 Allen-Bradley Company, Inc. Wireless circuit board system for a motor controller
JPH09308267A (ja) * 1996-05-13 1997-11-28 Nippon Soken Inc バスバーとコンデンサの組付け構造
DE19756250C2 (de) * 1997-12-17 2000-11-02 Siemens Ag Selbstgeführter Stromrichter eines spannungseinprägenden Umrichters mit Hochleistungs-Modulen
JP4292494B2 (ja) * 2000-07-21 2009-07-08 株式会社安川電機 インバータ装置
JP3793407B2 (ja) * 2000-09-19 2006-07-05 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP3563038B2 (ja) * 2001-03-05 2004-09-08 東芝トランスポートエンジニアリング株式会社 電力変換装置
JP2004056984A (ja) * 2002-07-24 2004-02-19 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2006262623A (ja) 2005-03-17 2006-09-28 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電力変換ユニットおよび電力変換装置
JP2006310490A (ja) * 2005-04-27 2006-11-09 Toyota Industries Corp コンデンサ装置
US7892670B2 (en) * 2005-08-31 2011-02-22 Siemens Industry, Inc. Packaging system for modular power cells
JP5338803B2 (ja) * 2010-01-22 2013-11-13 株式会社デンソー 電力変換装置
US9041183B2 (en) * 2011-07-19 2015-05-26 Ut-Battelle, Llc Power module packaging with double sided planar interconnection and heat exchangers
JP5835167B2 (ja) * 2012-09-07 2015-12-24 トヨタ自動車株式会社 パワーモジュール構造
JP5557891B2 (ja) 2012-11-30 2014-07-23 株式会社日立製作所 三相電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016158342A (ja) 2016-09-01
WO2016136516A1 (ja) 2016-09-01
RU2653359C1 (ru) 2018-05-08
US20180054137A1 (en) 2018-02-22
US9954459B2 (en) 2018-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10153708B2 (en) Three-level power converter
JP5533068B2 (ja) 半導体装置
JP5476510B2 (ja) 電力変換装置
JP3173512U (ja) 半導体装置
JP6429721B2 (ja) 電力変換装置及び鉄道車両
US8749047B2 (en) Power module
JP5420122B2 (ja) 電力変換装置
JP5440634B2 (ja) 電力変換装置
JPWO2014016925A1 (ja) 電力変換装置
JP2004135444A (ja) 電力変換装置のスタック構造
CN105593989B (zh) 具有缓冲器-电容器的用于变换器的半导体堆叠
JP6011656B2 (ja) インバータ装置
JP2017055610A (ja) パワー半導体装置
JP5678597B2 (ja) 電力変換器の主回路構造
JP2014042377A (ja) 電源ブスバー及びそれを用いる電力変換装置
JP4957842B2 (ja) 電力変換装置
JP6658915B2 (ja) 電力変換装置
JP6109630B2 (ja) 半導体素子及び電力変換装置の配線構造
JP2013153010A (ja) 半導体モジュール及び半導体装置
US20160226367A1 (en) High power electrical module and high power electrical circuit
JP6604097B2 (ja) スイッチング回路および電力変換装置
JP6362959B2 (ja) 電力変換回路、その製造方法、および、パワーコンディショナ
JP7062979B2 (ja) 電源装置
JP6844932B2 (ja) 電力変換装置
JP6796392B2 (ja) ３レベル電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160620

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20160620

TRDD Decision of grant or rejection written
A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20160816

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160823

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160905

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6011656

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees