JP6098341B2

JP6098341B2 - Power converter

Info

Publication number: JP6098341B2
Application number: JP2013098686A
Authority: JP
Inventors: 浩史清水; 聖史平松
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: JP2014220915A

Description

本発明は、半導体素子を用いて電力の変換を行う電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that converts power using a semiconductor element.

直流電力から交流電力への変換、直流電力の電圧変換等に使用される電力変換装置においては、発熱部品である半導体素子を有する半導体モジュールを、冷却器によって挟み込んで保持している。
例えば、特許文献１の電力変換装置においては、半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却器とが交互に複数積層され、複数の半導体モジュール及び冷却器に対して直交して制御回路部を配置することが記載されている。また、半導体モジュールにおける信号端子は、制御回路部に接続され、半導体モジュールにおける主電極端子は、バスバーによって電源回路等に接続されている。 In a power conversion device used for conversion from DC power to AC power, voltage conversion of DC power, and the like, a semiconductor module having a semiconductor element as a heat generating component is sandwiched and held by a cooler.
For example, in the power conversion device of Patent Document 1, a plurality of semiconductor modules containing semiconductor elements and coolers that cool the semiconductor modules are alternately stacked, and control is performed orthogonally to the plurality of semiconductor modules and coolers. It is described that a circuit part is arranged. The signal terminal in the semiconductor module is connected to the control circuit unit, and the main electrode terminal in the semiconductor module is connected to the power supply circuit or the like by a bus bar.

特開２００７−１７４７６０号公報JP 2007-174760 A

しかしながら、複数の半導体モジュール及び冷却器に対して制御回路部が直交して配置されていると、制御回路部の両面にデッドスペースが形成されやすくなり、電力変換装置のサイズが大型化してしまう。また、制御回路部を保持するための部材が別途必要となり、制御回路部の耐振性を確保することが困難である。 However, when the control circuit unit is arranged orthogonal to the plurality of semiconductor modules and the cooler, a dead space is easily formed on both surfaces of the control circuit unit, and the size of the power conversion device is increased. In addition, a member for holding the control circuit unit is required separately, and it is difficult to ensure the vibration resistance of the control circuit unit.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、耐震性を確保して、小型化を図ることができる電力変換装置を提供しようとして得られたものである。 The present invention has been made in view of such a background, and has been obtained in an attempt to provide a power conversion device that can ensure seismic resistance and can be miniaturized.

本発明の一態様は、駆動用半導体素子（２１Ａ）を有する駆動用半導体モジュール（２Ａ１，２Ａ２）と、
昇圧用半導体素子（２１Ｂ）を有する昇圧用半導体モジュール（２Ｂ）と、
上記駆動用半導体素子（２１Ａ）及び上記昇圧用半導体素子（２１Ｂ）の動作を制御する制御基板（３１）を有する制御回路部（３）と、
上記駆動用半導体モジュール（２Ａ１，２Ａ２）、上記昇圧用半導体モジュール（２Ｂ）及び上記制御回路部（３）とともに積層方向（Ｌ）に積層され、上記駆動用半導体モジュール（２Ａ１，２Ａ２）、上記昇圧用半導体モジュール（２Ｂ）及び上記制御回路部（３）を冷却する複数個の冷却器（４）と、を備え、
上記駆動用半導体モジュール（２Ａ１，２Ａ２）、上記昇圧用半導体モジュール（２Ｂ）及び上記制御回路部（３）は、それぞれ上記冷却器（４）の間に挟持されており、
上記制御基板（３１）には、上記駆動用半導体素子（２１Ａ）における素子制御端子（２３Ａ）、及び上記昇圧用半導体素子（２１Ｂ）における素子制御端子（２３Ｂ）へ、制御信号を送る制御回路が形成されており、
上記駆動用半導体モジュール（２Ａ１，２Ａ２）は、上記駆動用半導体素子（２１Ａ）の素子本体部（２１１）を内包する素子内包部（２２）を有し、上記駆動用半導体素子（２１Ａ）の素子制御端子（２３Ａ）を上記素子内包部（２２）の外部に引き出して形成されており、
上記昇圧用半導体モジュール（２Ｂ）は、上記昇圧用半導体素子（２１Ｂ）の素子本体部（２１１）を内包する素子内包部（２２）を有し、上記昇圧用半導体素子（２１Ｂ）の素子制御端子（２３Ｂ）を上記素子内包部（２２）の外部に引き出して形成されており、
上記制御回路部（３）は、上記制御基板（３１）の基板本体部（３１１）を内包する基板内包部（３２）を有し、上記制御基板（３１）の基板制御端子（３３）を上記基板内包部（３２）の外部に引き出して形成されており、
上記素子制御端子（２３Ａ）、上記素子制御端子（２３Ｂ）及び上記基板制御端子（３３）は、上記積層方向（Ｌ）に対して直交する同じ方向に引き出されており、かつ上記積層方向（Ｌ）に平行に配置された接続部材（６）によって接続されている、電力変換装置（１）にある。 One aspect of the present invention is a driving semiconductor module (2A1, 2A2) having a driving semiconductor element (21A);
A boosting semiconductor module (2B) having the boosting semiconductor element (21B);
A control circuit section (3) having a control substrate (31) for controlling operations of the driving semiconductor element (21A) and the boosting semiconductor element (21B);
The driving semiconductor module (2A1, 2A2), the boosting semiconductor module (2B), and the control circuit unit (3) are stacked together in the stacking direction (L), and the driving semiconductor module (2A1, 2A2), the boosting A plurality of coolers (4) for cooling the semiconductor module (2B) for use and the control circuit unit (3),
The driving semiconductor module (2A1, 2A2), the boosting semiconductor module (2B), and the control circuit unit (3) are respectively sandwiched between the coolers (4),
The control board (31) has a control circuit for sending control signals to the element control terminal (23A) in the driving semiconductor element (21A) and the element control terminal (23B) in the boosting semiconductor element (21B). Formed ,
The driving semiconductor module (2A1, 2A2) has an element inclusion part (22) that encloses an element body part (211) of the driving semiconductor element (21A), and the element of the driving semiconductor element (21A) The control terminal (23A) is formed by pulling out from the element inclusion part (22),
The boosting semiconductor module (2B) has an element inclusion part (22) that encloses an element body part (211) of the boosting semiconductor element (21B), and an element control terminal of the boosting semiconductor element (21B). (23B) is formed by pulling outside the element inclusion part (22),
The control circuit unit (3) has a substrate inclusion portion (32) that encloses a substrate body portion (311) of the control substrate (31), and the substrate control terminal (33) of the control substrate (31) is connected to the control circuit portion (3). It is formed by being pulled out of the substrate inner part (32),
The element control terminal (23A), the element control terminal (23B), and the substrate control terminal (33) are led out in the same direction orthogonal to the stacking direction (L), and the stacking direction (L ) In the power converter (1) connected by the connecting member (6) arranged in parallel .

上記電力変換装置においては、半導体モジュール、冷却器及び制御回路部が積層方向に積層されている。
そして、制御回路部が半導体モジュール及び冷却器に対して積層されることにより、制御回路部の両面にデッドスペースが形成されず、電力変換装置のサイズを可能な限り小型化することができる。また、制御回路部が半導体モジュール及び冷却器に対して積層されることにより、制御回路部を保持するための部材が不要となる。そして、制御回路部が半導体モジュール及び冷却器とともに一体化されることにより、制御回路部の耐振性を確保することができる。 In the power converter, the semiconductor module, the cooler, and the control circuit unit are stacked in the stacking direction.
And since a control circuit part is laminated | stacked with respect to a semiconductor module and a cooler, a dead space is not formed in both surfaces of a control circuit part, but the size of a power converter device can be reduced as much as possible. Further, since the control circuit unit is stacked on the semiconductor module and the cooler, a member for holding the control circuit unit becomes unnecessary. And the vibration resistance of a control circuit part is securable by integrating a control circuit part with a semiconductor module and a cooler.

それ故、上記電力変換装置によれば、耐震性を確保して、小型化を図ることができる。 Therefore, according to the power conversion device, it is possible to ensure seismic resistance and reduce the size.

実施例にかかる、電力変換装置における各構成部材の積層状態を、正面視した状態で示す断面説明図。Cross-sectional explanatory drawing which shows the lamination | stacking state of each structural member in an electric power converter concerning an Example in the state seen from the front. 実施例にかかる、電力変換装置における各構成部材の積層状態を、側面視した状態で示す説明図。Explanatory drawing which shows the lamination | stacking state of each structural member in a power converter device in the state seen from the side concerning an Example. 実施例にかかる、電力変換装置において、半導体モジュールの素子制御端子と制御回路部の基板制御端子とを接続する接続部材の周辺を、正面視した状態で示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a periphery of a connection member that connects an element control terminal of a semiconductor module and a substrate control terminal of a control circuit unit in a power conversion device according to an embodiment in a front view. 実施例にかかる、電力変換装置において、半導体モジュールの素子制御端子と制御回路部の基板制御端子とを接続する接続部材の周辺を、裏面視した状態で示す説明図。The explanatory view which shows the periphery of the connection member which connects the element control terminal of a semiconductor module and the board | substrate control terminal of a control circuit part in the power converter device concerning an Example in the back view. 実施例にかかる、電力変換装置における半導体モジュールを、平面視した状態で示す説明図。Explanatory drawing which shows the semiconductor module in the power converter device concerning an Example in the state seen planarly. 実施例にかかる、電力変換装置における制御回路部を、平面視した状態で示す説明図。Explanatory drawing which shows the control circuit part in an electric power converter concerning a Example in planar view. 実施例にかかる、電力変換装置によって形成するインバータ回路を示す説明図。Explanatory drawing which shows the inverter circuit formed by the power converter device concerning an Example.

上述した電力変換装置における好ましい実施の形態につき説明する。
上記電力変換装置においては、上記制御回路部は、上記冷却器同士の間に挟まれている。 A preferred embodiment of the above-described power conversion device will be described.
In the power converter, the control circuit unit, that have been sandwiched between the adjacent said cooler.

また、上記半導体モジュール、上記冷却器及び上記制御回路部が上記積層方向に積層された状態を加圧する加圧手段を備えていてもよい。
この場合には、加圧手段によって、半導体モジュール、冷却器及び制御回路部の積層状態をより安定して維持することができる。 The semiconductor module, the cooler, and the control circuit unit may include a pressurizing unit that pressurizes the stacked state in the stacking direction.
In this case, the stacked state of the semiconductor module, the cooler, and the control circuit unit can be more stably maintained by the pressurizing unit.

また、上記制御回路部は、上記制御基板の基板本体部を内包する基板内包部を有し、上記制御基板の基板制御端子を上記基板内包部の外部に引き出して形成されており、上記基板内包部が上記半導体モジュール及び上記冷却器とともに上記加圧手段によって加圧されていてもよい。
この場合には、制御回路部の積層状態をさらに安定して維持することができる。 In addition, the control circuit unit includes a substrate inclusion portion that encloses the substrate body portion of the control substrate, and is formed by pulling out a substrate control terminal of the control substrate to the outside of the substrate inclusion portion. The part may be pressurized by the pressure means together with the semiconductor module and the cooler.
In this case, the stacked state of the control circuit unit can be maintained more stably.

また、上記基板制御端子は、上記積層方向に対して直交する方向に引き出されていてもよい。
この場合には、制御基板の基板制御端子を積層方向に対して直交する方向に引き出して、基板制御端子の接続をできるだけ小さなスペースで行うことができる。 The substrate control terminal may be drawn out in a direction orthogonal to the stacking direction.
In this case, the board control terminals of the control board can be pulled out in a direction orthogonal to the stacking direction, and the board control terminals can be connected in as small a space as possible.

また、上記半導体モジュールは、上記半導体素子の素子本体部を内包する素子内包部を有し、上記半導体素子の素子制御端子を上記素子内包部の外部に引き出して形成されており、上記素子内包部が上記半導体モジュール及び上記冷却器とともに上記加圧手段によって加圧され、上記素子制御端子が、上記基板制御端子が引き出された方向と同じ方向に引き出されて、該基板制御端子に接続されていてもよい。
この場合には、制御基板の基板制御端子と半導体素子の素子制御端子とを、積層方向に対して直交する同じ方向に引き出し、基板制御端子と素子制御端子とを可能な限り小さなスペースで接続することができる。 The semiconductor module has an element inclusion portion that encloses an element main body portion of the semiconductor element, and is formed by drawing out an element control terminal of the semiconductor element to the outside of the element inclusion portion. Is pressed by the pressurizing means together with the semiconductor module and the cooler, and the element control terminal is pulled out in the same direction as the substrate control terminal is pulled out and connected to the substrate control terminal. Also good.
In this case, the board control terminal of the control board and the element control terminal of the semiconductor element are drawn out in the same direction orthogonal to the stacking direction, and the board control terminal and the element control terminal are connected in the smallest possible space. be able to.

以下に、電力変換装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の電力変換装置１は、図１、図２に示すごとく、半導体素子２１Ａ，２１Ｂを有する半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂと、半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂに接触して、半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂを冷却する冷却器４と、半導体素子２１Ａ，２１Ｂの動作を制御する制御基板３１を有し、冷却器４に接触して配置された制御回路部３と、半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ、冷却器４及び制御回路部３が積層方向Ｌに積層された状態を加圧する加圧手段５とを備えている。 Hereinafter, embodiments of the power conversion device will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the power conversion apparatus 1 of this example is in contact with the semiconductor modules 2A1, 2A2, and 2B having the semiconductor elements 21A and 21B, and the semiconductor modules 2A1, 2A2, and 2B. A control circuit unit 3 having a cooler 4 for cooling 2A2 and 2B, a control board 31 for controlling the operation of the semiconductor elements 21A and 21B, and arranged in contact with the cooler 4, and semiconductor modules 2A1, 2A2, 2B, a cooler 4 and a control circuit unit 3 are provided with a pressurizing means 5 for pressurizing a state in which they are stacked in the stacking direction L.

以下に、本例の電力変換装置１につき、図１〜図７を参照して詳説する。
図７に示すごとく、本例の電力変換装置１は、半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂの半導体素子（スイッチング素子）２１を用いて、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１０を構成する。インバータ回路１０においては、半導体素子２１Ａの他に、直流電源（バッテリー）１３、直流電源１３に生ずるノイズを除去するフィルタコンデンサ１３１、電源電圧を昇圧する昇圧回路１４を構成する昇圧用半導体素子２１Ｂ及びリアクトル１５、直流電力から変換される交流電力の平滑化を行う平滑コンデンサ１６が設けられている。
インバータ回路１０は、駆動用半導体素子２１Ａによって、３相モータ（モータジェネレータ）１２を駆動する３相ブリッジ回路１１を形成している。３相ブリッジ回路１１は、３相モータ１２における３相のコイル１２１に合わせて、直列に接続された２つの駆動用半導体素子２１Ａが、平滑コンデンサ１６に対して３組並列に接続されて構成されている。 Below, it demonstrates in full detail with reference to FIGS. 1-7 about the power converter device 1 of this example.
As shown in FIG. 7, the power conversion device 1 of this example forms an inverter circuit 10 that converts DC power into AC power using the semiconductor elements (switching elements) 21 of the semiconductor modules 2A1, 2A2, and 2B. In the inverter circuit 10, in addition to the semiconductor element 21A, a DC power source (battery) 13, a filter capacitor 131 that removes noise generated in the DC power source 13, a boosting semiconductor element 21B that constitutes a boosting circuit 14 that boosts the power supply voltage, and A reactor 15 and a smoothing capacitor 16 for smoothing AC power converted from DC power are provided.
The inverter circuit 10 forms a three-phase bridge circuit 11 that drives a three-phase motor (motor generator) 12 by a driving semiconductor element 21A. The three-phase bridge circuit 11 is configured by connecting two sets of driving semiconductor elements 21 A connected in series to the smoothing capacitor 16 in parallel with the three-phase coil 121 in the three-phase motor 12. ing.

インバータ回路１０においては、２つの３相モータ１２に対応して２つの３相ブリッジ回路１１が形成されている。
本例の半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂには、２つの３相ブリッジ回路１１を形成するための２つの駆動用半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２と、昇圧回路１４を形成するための１つの昇圧用半導体モジュール２Ｂとがある。
２つの駆動用半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２及び１つの昇圧用半導体モジュール２Ｂにおける各半導体素子２１Ａ，２１Ｂは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であり、ＩＧＢＴは、トランジスタ２１２と、トランジスタ２１２をサージ電圧から保護するためのダイオード２１３とを用いて構成されている。 In the inverter circuit 10, two three-phase bridge circuits 11 are formed corresponding to the two three-phase motors 12.
The semiconductor modules 2A1, 2A2, and 2B of this example include two driving semiconductor modules 2A1 and 2A2 for forming two three-phase bridge circuits 11, and one boosting semiconductor module for forming a booster circuit 14. 2B.
Each of the semiconductor elements 21A and 21B in the two driving semiconductor modules 2A1 and 2A2 and one boosting semiconductor module 2B is an IGBT (insulated gate bipolar transistor), and the IGBT protects the transistor 212 and the transistor 212 from a surge voltage. And a diode 213 for doing so.

図５に示すごとく、駆動用半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２における各組の２つの駆動用半導体素子２１Ａは、平滑コンデンサ１６のプラス側及びマイナス側に対して接続されるプラス側及びマイナス側の一対の電源端子２４Ａ、３相モータ１２における３相のコイル１２１に接続される３つ１組の駆動端子２５Ａ、及び制御基板３１からの制御信号を受け取る素子制御端子２３Ａを有している。一対の電源端子２４Ａ、駆動端子２５Ａ及び素子制御端子２３Ａは、駆動用半導体素子２１Ａの素子本体部２１１から引き出されている。素子制御端子２３Ａには、駆動用半導体素子２１Ａへのスイッチング信号を受け取る端子以外にも、電圧又は電流の監視用の端子等がある。 As shown in FIG. 5, each pair of two driving semiconductor elements 21A in the driving semiconductor modules 2A1 and 2A2 includes a pair of power sources on the plus side and the minus side connected to the plus side and the minus side of the smoothing capacitor 16. The terminal 24A has a set of three drive terminals 25A connected to the three-phase coil 121 in the three-phase motor 12, and an element control terminal 23A that receives a control signal from the control board 31. The pair of power supply terminal 24A, drive terminal 25A, and element control terminal 23A are drawn from the element body 211 of the drive semiconductor element 21A. The element control terminal 23A includes a terminal for monitoring voltage or current, in addition to a terminal for receiving a switching signal to the driving semiconductor element 21A.

また、同図に示すごとく、昇圧用半導体モジュール２Ｂにおける２つの昇圧用半導体素子２１Ｂは、平滑コンデンサ１６のプラス側及びマイナス側に対して接続されるプラス側及びマイナス側の一対の電源端子２４Ｂ、リアクトル１５に接続される中間端子２５Ｂ、及び制御基板３１からの制御信号を受け取る素子制御端子２３Ｂを有している。一対の電源端子２４Ｂ、中間端子２５Ｂ及び素子制御端子２３Ｂは、昇圧用半導体素子２１Ｂの素子本体部２１１から引き出されている。素子制御端子２３Ｂには、昇圧用半導体素子２１Ｂへのスイッチング信号を受け取る端子以外にも、電圧又は電流の監視用の端子等がある。 Further, as shown in the figure, the two boosting semiconductor elements 21B in the boosting semiconductor module 2B include a pair of power terminals 24B on the plus side and the minus side connected to the plus side and the minus side of the smoothing capacitor 16. An intermediate terminal 25B connected to the reactor 15 and an element control terminal 23B for receiving a control signal from the control board 31 are provided. The pair of power supply terminal 24B, intermediate terminal 25B, and element control terminal 23B are drawn from the element body 211 of the boosting semiconductor element 21B. The element control terminal 23B includes a terminal for monitoring voltage or current, in addition to a terminal for receiving a switching signal to the boosting semiconductor element 21B.

図５に示すごとく、各半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂは、各半導体素子２１Ａ，２１Ｂの素子本体部２１１を内包する素子内包部２２を有している。各半導体素子２１Ａ，２１Ｂの一対の電源端子２４Ａ，２４Ｂ、駆動端子２５Ａ（中間端子２５Ｂ）及び素子制御端子２３Ａは、各半導体素子２１Ａ，２１Ｂから素子内包部２２の外部に引き出されている。素子内包部２２は、素子本体部２１１を覆う絶縁性のモールド樹脂によって形成されている。 As shown in FIG. 5, each of the semiconductor modules 2A1, 2A2, and 2B has an element inclusion portion 22 that encloses an element body portion 211 of each of the semiconductor elements 21A and 21B. A pair of power supply terminals 24A and 24B, a drive terminal 25A (intermediate terminal 25B), and an element control terminal 23A of each semiconductor element 21A and 21B are drawn out of the element inclusion portion 22 from each semiconductor element 21A and 21B. The element inclusion part 22 is formed of an insulating mold resin that covers the element body part 211.

駆動用半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２においては、素子制御端子２３Ａは、素子内包部２２の一方の側面２０１と、一方の側面２０１とは反対側に位置する他方の側面２０２とから引き出されている。一対の電源端子２４Ａは、素子内包部２２の一方の側面２０１から引き出されており、駆動端子２５Ａは、他方の側面２０２から引き出されている。
また、昇圧用半導体モジュール２Ｂにおいては、素子制御端子２３Ｂは、素子内包部２２の一方の側面２０１と、一方の側面２０１とは反対側に位置する他方の側面２０２とから引き出されている。一対の電源端子２４Ｂは、素子内包部２２の一方の側面２０１から引き出されており、中間端子２５Ｂは、他方の側面２０２から引き出されている。 In the driving semiconductor modules 2 A 1 and 2 A 2, the element control terminal 23 A is pulled out from one side surface 201 of the element inclusion portion 22 and the other side surface 202 located on the opposite side of the one side surface 201. The pair of power supply terminals 24 A are drawn from one side surface 201 of the element inclusion portion 22, and the drive terminals 25 A are drawn from the other side surface 202.
In the step-up semiconductor module 2 B, the element control terminal 23 B is led out from one side surface 201 of the element inclusion portion 22 and the other side surface 202 located on the opposite side of the one side surface 201. The pair of power supply terminals 24 B are drawn out from one side surface 201 of the element inclusion portion 22, and the intermediate terminal 25 B is drawn out from the other side surface 202.

図６に示すごとく、制御回路部３における制御基板３１には、駆動用半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２の駆動用半導体素子２１Ａにおける素子制御端子２３Ａ、及び昇圧用半導体モジュール２Ｂの昇圧用半導体素子２１Ｂにおける素子制御端子２３Ｂへ、適宜タイミングで制御信号を送る制御回路が形成されている。制御回路部３は、制御基板３１の基板本体部３１１を内包する基板内包部３２を有している。制御基板３１から基板内包部３２の外部には、各素子制御端子２３Ａ，２３Ｂに接続される基板制御端子３３が引き出されている。基板内包部３２は、基板本体部３１１を覆い、冷却器４に熱的に接触する絶縁性のモールド樹脂によって形成されている。 As shown in FIG. 6, the control substrate 31 in the control circuit unit 3 includes element control terminals 23A in the driving semiconductor elements 21A of the driving semiconductor modules 2A1 and 2A2, and elements in the boosting semiconductor element 21B of the boosting semiconductor module 2B. A control circuit for sending a control signal to the control terminal 23B at an appropriate timing is formed. The control circuit unit 3 includes a substrate inclusion portion 32 that encloses the substrate body portion 311 of the control substrate 31. A substrate control terminal 33 connected to each of the element control terminals 23A and 23B is drawn out from the control substrate 31 to the outside of the substrate inclusion portion 32. The substrate inclusion portion 32 is formed of an insulating mold resin that covers the substrate body portion 311 and is in thermal contact with the cooler 4.

なお、各半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂの素子内包部２２、及び制御回路部３の基板内包部３２は、冷却器４に対して熱的に接触していればよい。また、素子内包部２２と冷却器４、及び基板内包部３２と冷却器４とは、直接接触していてもよく、絶縁板等を間に挟んで熱的に接触していてもよい。 In addition, the element inclusion part 22 of each semiconductor module 2A1, 2A2, and 2B and the board | substrate inclusion part 32 of the control circuit part 3 should just be in thermal contact with the cooler 4. FIG. Further, the element inclusion part 22 and the cooler 4, and the substrate inclusion part 32 and the cooler 4 may be in direct contact, or may be in thermal contact with an insulating plate or the like interposed therebetween.

図２に示すごとく、電力変換装置１においては、素子制御端子２３Ａ，２３Ｂは、積層方向Ｌに直交する方向における左右の側面として、素子内包部２２の一方の側面２０１及び他方の側面２０２から引き出されている。また、基板制御端子３３は、積層方向Ｌに直交する方向における左右の側面として、基板内包部３２の一方の側面３０１及び他方の側面３０２から引き出されている。そして、素子制御端子２３Ａ，２３Ｂと基板制御端子３３とは、積層方向Ｌに直交する方向における左右両側において、積層方向Ｌに対して板面６０１が平行に配置された接続部材６によってそれぞれ接続されている。これにより、電力変換装置１におけるスペースを有効に活用して、素子制御端子２３Ａ，２３Ｂと基板制御端子３３と接続することができる。 As shown in FIG. 2, in the power conversion device 1, the element control terminals 23 A and 23 B are pulled out from the one side surface 201 and the other side surface 202 of the element inclusion portion 22 as the left and right side surfaces in the direction orthogonal to the stacking direction L. It is. Further, the board control terminal 33 is drawn out from the one side face 301 and the other side face 302 of the board inclusion part 32 as the left and right side faces in the direction orthogonal to the stacking direction L. The element control terminals 23A and 23B and the substrate control terminal 33 are connected to each other by connection members 6 having plate surfaces 601 arranged in parallel to the stacking direction L on both the left and right sides in the direction orthogonal to the stacking direction L. ing. Thereby, the element control terminals 23 A and 23 B and the substrate control terminal 33 can be connected by effectively utilizing the space in the power conversion device 1.

図２、図６に示すごとく、接続部材６は、可撓性を有する絶縁性基板６１に対して、素子制御端子２３Ａ，２３Ｂと基板制御端子３３とを接続する導体部６２を設けて形成されている。なお、図２〜図４において、導体部６２は矢印によって簡略して示す。
基板制御端子３３は、基板本体部３１１から基板本体部３１１の側方に突出する突出部３１２にまとめて設けられている。突出部３１２は、基板本体部３１１から、積層方向Ｌに直交する方向における左右両側の端部に突出して形成されている。なお、突出部３１２は、左右両側の端部として、積層方向Ｌに直交する方向における一方の端部と、この一方の端部とは１８０°反対側に位置する他方の端部とから突出している。
また、突出部３１２は、積層方向Ｌに直交する方向における一方の端部と、この一方の端部とは９０°位置が異なる端部とから突出していてもよい。 As shown in FIGS. 2 and 6, the connection member 6 is formed by providing a conductor portion 62 that connects the element control terminals 23 A and 23 B and the substrate control terminal 33 to a flexible insulating substrate 61. ing. 2 to 4, the conductor portion 62 is simply indicated by an arrow.
The board control terminals 33 are collectively provided in a protruding part 312 that protrudes from the board main body 311 to the side of the board main body 311. The protrusions 312 are formed to protrude from the substrate body 311 to the left and right ends in the direction orthogonal to the stacking direction L. The protruding portion 312 protrudes from one end in the direction orthogonal to the stacking direction L and the other end positioned 180 ° opposite to the one end in the direction orthogonal to the stacking direction L. Yes.
Further, the protruding portion 312 may protrude from one end portion in a direction orthogonal to the stacking direction L and an end portion at a 90 ° position different from the one end portion.

図３、図４に示すごとく、接続部材６は、突出部３１２が差し込まれるコネクタ部６１１と、素子制御端子２３Ａ，２３Ｂが差し込まれる差込み穴６１２とを有している。導体部６２は、コネクタ部６１１と差込み穴６１２とを接続する状態に形成されている。接続部材６にコネクタ部６１１及び差込み穴６１２を設けた構成により、素子制御端子２３Ａ，２３Ｂと基板制御端子３３との接続を簡単に行うことができる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the connection member 6 includes a connector portion 611 into which the protruding portion 312 is inserted, and an insertion hole 612 into which the element control terminals 23 A and 23 B are inserted. The conductor part 62 is formed so as to connect the connector part 611 and the insertion hole 612. With the configuration in which the connector portion 611 and the insertion hole 612 are provided in the connection member 6, the element control terminals 23 A and 23 B and the board control terminal 33 can be easily connected.

図１に示すごとく、各半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂは、その素子内包部２２が、半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ及び冷却器４とともに加圧手段５によって加圧されて積層方向Ｌに積層されている。制御回路部３は、その基板内包部３２が、半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ及び冷却器４とともに加圧手段５によって加圧されて積層方向Ｌに積層されている。
各半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ及び制御回路部３は、冷却器４の間に挟持されている。すなわち、各半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ及び制御回路部３は、冷却器４と交互に配置されることによって、冷却器４の間に挟持されている。制御回路部３は、第１の駆動用半導体モジュール２Ａ１と第２の駆動用半導体モジュール２Ａ２との間に、冷却器４を介して積層されている。なお、制御回路部３は、第１の駆動用半導体モジュール２Ａ１又は第２の駆動用半導体モジュール２Ａ２と、昇圧用半導体モジュール２Ｂとの間に、冷却器４を介して積層することもできる。 As shown in FIG. 1, each of the semiconductor modules 2A1, 2A2, and 2B is stacked in the stacking direction L by the element inclusion 22 being pressed by the pressing means 5 together with the semiconductor modules 2A1, 2A2, and 2B and the cooler 4. ing. In the control circuit unit 3, the substrate inclusion part 32 is pressed together with the semiconductor modules 2 A 1, 2 A 2, 2 B and the cooler 4 by the pressurizing means 5 and stacked in the stacking direction L.
The semiconductor modules 2A1, 2A2, 2B and the control circuit unit 3 are sandwiched between the coolers 4. That is, the semiconductor modules 2A1, 2A2, 2B and the control circuit unit 3 are sandwiched between the coolers 4 by being alternately arranged with the coolers 4. The control circuit unit 3 is stacked via a cooler 4 between the first driving semiconductor module 2A1 and the second driving semiconductor module 2A2. The control circuit unit 3 can also be stacked via the cooler 4 between the first driving semiconductor module 2A1 or the second driving semiconductor module 2A2 and the boosting semiconductor module 2B.

本例の電力変換装置１においては、積層方向Ｌの一方側から、冷却器４、第１の駆動用半導体モジュール２Ａ１、冷却器４、制御回路部３、冷却器４、第２の駆動用半導体モジュール２Ａ２、冷却器４、昇圧用半導体モジュール２Ｂ、冷却器４が順次積層されている。なお、第１の駆動用半導体モジュール２Ａ１、第２の駆動用半導体モジュール２Ａ２及び昇圧用半導体モジュール２Ｂの位置は、それぞれ相互に変更することができる。 In the power conversion device 1 of this example, from one side in the stacking direction L, the cooler 4, the first drive semiconductor module 2A1, the cooler 4, the control circuit unit 3, the cooler 4, and the second drive semiconductor. Module 2A2, cooler 4, boosting semiconductor module 2B, and cooler 4 are sequentially stacked. The positions of the first driving semiconductor module 2A1, the second driving semiconductor module 2A2, and the boosting semiconductor module 2B can be changed from each other.

図１に示すごとく、本例の電力変換装置１においては、リアクトル１５、フィルタコンデンサ１３１及び平滑コンデンサ１６が、各半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ、冷却器４及び制御回路部３とともに積層方向Ｌに積層されている。本例においては、リアクトル１５が、昇圧用半導体モジュール２Ｂに積層された冷却器４に対して積層されており、フィルタコンデンサ１３１及び平滑コンデンサ１６は、リアクトル１５に対して積層されている。リアクトル１５は、絶縁性のモールド樹脂によって覆われて形成されており、フィルタコンデンサ１３１及び平滑コンデンサ１６は、絶縁性のモールド樹脂によって覆われて一体的に形成されている。 As shown in FIG. 1, in the power conversion device 1 of this example, the reactor 15, the filter capacitor 131, and the smoothing capacitor 16 are arranged in the stacking direction L together with the semiconductor modules 2 A 1, 2 A 2, 2 B, the cooler 4, and the control circuit unit 3. Are stacked. In this example, the reactor 15 is stacked on the cooler 4 stacked on the boosting semiconductor module 2B, and the filter capacitor 131 and the smoothing capacitor 16 are stacked on the reactor 15. The reactor 15 is formed by being covered with an insulating mold resin, and the filter capacitor 131 and the smoothing capacitor 16 are integrally formed by being covered with an insulating mold resin.

図１、図３、図４に示すごとく、本例の加圧手段５は、リアクトル１５との間に、加圧弾性体５１を介して、各半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ、冷却器４及び制御回路部３を挟み込むための加圧プレート５によって構成されている。本例の加圧弾性体５１は、弾性変形可能で反発力を生じさせることができるゴムである。加圧プレート５は、リアクトル１５、フィルタコンデンサ１３１及び平滑コンデンサ１６が配設されたベース部材５２に対して、ボルト５２１を締め付けることによって取り付けられる。加圧弾性体５１は、ゴム以外にもバネ等の弾性変形可能な部材とすることもできる。
また、加圧プレート５は、加圧弾性体５１を用いずに、ベース部材５２に対してボルト５２１を締め付けて取り付けることもできる。また、電力変換装置１においては、加圧プレート５及び加圧弾性体５２を用いずに、各半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ、冷却器４及び制御回路部３を積層方向Ｌに積層して保持することもできる。 As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the pressurizing means 5 of the present example includes a semiconductor device 2 A 1, 2 A 2, 2 B, a cooler 4, and a reactor 15. The pressure plate 5 is used to sandwich the control circuit unit 3. The pressure elastic body 51 of this example is a rubber that can be elastically deformed and can generate a repulsive force. The pressure plate 5 is attached to the base member 52 on which the reactor 15, the filter capacitor 131, and the smoothing capacitor 16 are disposed by tightening the bolts 521. The pressure elastic body 51 can be an elastically deformable member such as a spring in addition to rubber.
Further, the pressure plate 5 can be attached by tightening the bolt 521 to the base member 52 without using the pressure elastic body 51. In the power converter 1, the semiconductor modules 2A1, 2A2, and 2B, the cooler 4, and the control circuit unit 3 are stacked and held in the stacking direction L without using the pressing plate 5 and the pressing elastic body 52. You can also

図１に示すごとく、冷却器４は、積層方向Ｌに直交する方向の左右両側にそれぞれ配置される一対の冷却管４２に保持されている。冷却器４内には冷媒流路４１が形成されており、一対の冷却管４２によって冷媒流路４１内に冷媒Ｃが流れるよう構成されている。冷却管４２は、積層方向Ｌに直交する方向であって、素子制御端子２３Ａ，２３Ｂと基板制御端子３３とが引き出された方向とは直交する方向の左右両側に配置されている。 As shown in FIG. 1, the cooler 4 is held by a pair of cooling pipes 42 disposed on both the left and right sides in the direction orthogonal to the stacking direction L. A refrigerant flow path 41 is formed in the cooler 4, and the refrigerant C flows through the refrigerant flow path 41 by a pair of cooling pipes 42. The cooling pipes 42 are arranged on the left and right sides of the direction orthogonal to the stacking direction L and orthogonal to the direction in which the element control terminals 23A and 23B and the substrate control terminal 33 are drawn out.

図３、図４に示すごとく、加圧プレート５とリアクトル１５との間に、加圧弾性体５１、各半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ、冷却器４及び制御回路部３を配置し、加圧プレート５をボルト５２１によってベース部材５２に締め付けることによって、各半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ及び制御回路部３は、冷却器４の間に挟持される。これにより、各半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ及び制御回路部３は、電力変換装置１におけるベース部材５２に固定されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the pressure elastic body 51, the semiconductor modules 2 A 1, 2 A 2, 2 B, the cooler 4, and the control circuit unit 3 are arranged between the pressure plate 5 and the reactor 15, and pressurization is performed. By tightening the plate 5 to the base member 52 with bolts 521, the semiconductor modules 2 A 1, 2 A 2, 2 B and the control circuit unit 3 are sandwiched between the coolers 4. Thereby, each semiconductor module 2A1, 2A2, 2B and the control circuit part 3 are being fixed to the base member 52 in the power converter device 1. FIG.

電力変換装置１においては、半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂの素子内包部２２、冷却器４、及び制御回路部３の基板内包部３２が積層方向Ｌに積層されており、この積層状態が加圧手段５によって維持されている。そして、制御回路部３が半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ及び冷却器４に対して積層されることにより、制御回路部３の両面にデッドスペースが形成されず、電力変換装置１のサイズを可能な限り小型化することができる。
また、制御回路部３が半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ及び冷却器４に対して積層されることにより、制御回路部３を保持するための部材が不要となる。そして、制御回路部３が半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ及び冷却器４とともに一体化されることにより、制御回路部３の耐振性を確保することができる。
また、制御回路部３が半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ及び冷却器４に対して積層されることにより、冷却器４によって、半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂを冷却するとともに制御回路部３も冷却することができる。 In the power converter 1, the element inclusion part 22, the cooler 4 of the semiconductor modules 2A1, 2A2 and 2B, and the substrate inclusion part 32 of the control circuit part 3 are laminated in the lamination direction L, and this lamination state is pressurized. Maintained by means 5. The control circuit unit 3 is stacked on the semiconductor modules 2A1, 2A2, and 2B and the cooler 4, so that no dead space is formed on both surfaces of the control circuit unit 3, and the size of the power conversion device 1 can be achieved. As small as possible.
In addition, since the control circuit unit 3 is stacked on the semiconductor modules 2A1, 2A2, and 2B and the cooler 4, a member for holding the control circuit unit 3 becomes unnecessary. The control circuit unit 3 is integrated with the semiconductor modules 2A1, 2A2, 2B and the cooler 4, so that the vibration resistance of the control circuit unit 3 can be ensured.
Further, the control circuit unit 3 is stacked on the semiconductor modules 2A1, 2A2, 2B and the cooler 4, so that the cooler 4 cools the semiconductor modules 2A1, 2A2, 2B and also the control circuit unit 3. be able to.

素子制御端子２３Ａ，２３Ｂと基板制御端子３３とは、半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ、冷却器４、制御回路部３等が積層された位置の外部において、接続部材６によって積層方向Ｌに接続されている。また、素子制御端子２３Ａ，２３Ｂと基板制御端子３３とは、可撓性を有する絶縁性基板６１に設けられた導体部６２によって接続されている。これにより、電力変換装置１が大型化することを防止して、互いに積層された半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂと制御回路部３との接続を簡単に行うことができる。また、素子制御端子２３Ａ，２３Ｂと基板制御端子３３とを可能な限り小さなスペースで接続することができる。 The element control terminals 23A, 23B and the substrate control terminal 33 are connected in the stacking direction L by the connecting member 6 outside the position where the semiconductor modules 2A1, 2A2, 2B, the cooler 4, the control circuit unit 3 and the like are stacked. ing. The element control terminals 23A and 23B and the substrate control terminal 33 are connected by a conductor portion 62 provided on a flexible insulating substrate 61. Thereby, it is possible to prevent the power conversion device 1 from becoming large, and to easily connect the semiconductor modules 2A1, 2A2, and 2B stacked on each other to the control circuit unit 3. Further, the element control terminals 23A and 23B and the substrate control terminal 33 can be connected in as small a space as possible.

それ故、本例の電力変換装置１によれば、耐震性及び耐熱性を確保して、小型化を図ることができるとともに、互いに積層された半導体モジュール２Ａ１，２Ａ２，２Ｂと制御回路部３との接続を簡単に行うことができる。 Therefore, according to the power conversion device 1 of the present example, it is possible to ensure seismic resistance and heat resistance, and to achieve miniaturization, and the semiconductor modules 2A1, 2A2, 2B and the control circuit unit 3 stacked on each other. Can be easily connected.

制御回路部３の基板内包部３２は、基板本体部３１１を覆うモールド樹脂によって形成する以外にも、金属又は樹脂からなる筐体によって基板本体部３１１を囲む形状に形成することもできる。この場合、筐体は、基板制御端子３３が引き出される両側に開口を有する四角筒形状に形成することができる。また、金属からなる筐体は、ダイカスト品として形成することができ、金属フレームを組み立てて形成することもできる。樹脂からなる筐体は、補強リブを設けた筐体部分によって、基板本体部３１１を両側から挟持する形状に形成することもできる。 The substrate inclusion portion 32 of the control circuit portion 3 can be formed in a shape surrounding the substrate body portion 311 with a housing made of metal or resin, in addition to being formed of a mold resin covering the substrate body portion 311. In this case, the housing can be formed in a square tube shape having openings on both sides from which the substrate control terminal 33 is drawn. The casing made of metal can be formed as a die-cast product, and can be formed by assembling a metal frame. The housing made of resin can also be formed in a shape in which the substrate body 311 is sandwiched from both sides by a housing portion provided with reinforcing ribs.

１電力変換装置
２Ａ１，２Ａ２，２Ｂ半導体モジュール
２１Ａ，２１Ｂ半導体素子
３制御回路部
４冷却器
５加圧手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 2A1, 2A2, 2B Semiconductor module 21A, 21B Semiconductor element 3 Control circuit part 4 Cooler 5 Pressurizing means

Claims

A driving semiconductor module (2A1, 2A2) having a driving semiconductor element (21A);
A boosting semiconductor module (2B) having the boosting semiconductor element (21B);
A control circuit section (3) having a control substrate (31) for controlling operations of the driving semiconductor element (21A) and the boosting semiconductor element (21B);
The driving semiconductor module (2A1, 2A2), the boosting semiconductor module (2B), and the control circuit unit (3) are stacked together in the stacking direction (L), and the driving semiconductor module (2A1, 2A2), the boosting A plurality of coolers (4) for cooling the semiconductor module (2B) for use and the control circuit unit (3),
The driving semiconductor module (2A1, 2A2), the boosting semiconductor module (2B), and the control circuit unit (3) are respectively sandwiched between the coolers (4),
The control board (31) has a control circuit for sending control signals to the element control terminal (23A) in the driving semiconductor element (21A) and the element control terminal (23B) in the boosting semiconductor element (21B). Formed ,
The driving semiconductor module (2A1, 2A2) has an element inclusion part (22) that encloses an element body part (211) of the driving semiconductor element (21A), and the element of the driving semiconductor element (21A) The control terminal (23A) is formed by pulling out from the element inclusion part (22),
The boosting semiconductor module (2B) has an element inclusion part (22) that encloses an element body part (211) of the boosting semiconductor element (21B), and an element control terminal of the boosting semiconductor element (21B). (23B) is formed by pulling outside the element inclusion part (22),
The control circuit unit (3) has a substrate inclusion portion (32) that encloses a substrate body portion (311) of the control substrate (31), and the substrate control terminal (33) of the control substrate (31) is connected to the control circuit portion (3). It is formed by being pulled out of the substrate inner part (32),
The element control terminal (23A), the element control terminal (23B), and the substrate control terminal (33) are led out in the same direction orthogonal to the stacking direction (L), and the stacking direction (L The power conversion device (1) is connected by a connection member (6) arranged in parallel with the connection member (6 ).

The connection member (6) is disposed on both the left and right sides in the direction orthogonal to the stacking direction (L) in the power converter (1),
The element control terminal (23A), the element control terminal (23B), and the board control terminal (33) are distributed to the left and right sides in the orthogonal direction, and are connected to the connection members (6) on the left and right sides, respectively. and that, the power converter according to claim 1 (1).

The driving semiconductor module (2A1, 2A2), the boosting semiconductor module (2B), the control circuit unit (3) and the plurality of coolers (4) are stacked in the stacking direction (L). The power converter (1) according to claim 1 or 2 , further comprising a pressurizing means (5) for pressurizing.

The driving semiconductor module (2A1, 2A2) includes a first driving semiconductor module (2A1) and a second driving semiconductor module (2A2).
The control circuit section (3) is provided between the first driving semiconductor module (2A1) and the second driving semiconductor module (2A2), or the first driving semiconductor module (2A1) or the above between the second driving semiconductor module (2A2) and the semiconductor module the booster (2B), are laminated through the condenser (4), according to any one of claims 1 to 3 Power converter (1).

The substrate inclusion part (32) of the control circuit part (3) is a mold resin that contains the substrate body part (311) of the control board (31) and is in thermal contact with the cooler (4). The power converter device (1) according to any one of claims 1 to 4 .

The reactor (15) used in the boosting circuit (14) for boosting the power supply voltage to drive the driving semiconductor element (21A) includes the driving semiconductor module (2A1, 2A2), the boosting semiconductor module ( 2B), the control circuit section (3) and the plurality of coolers (4) are stacked in the stacking direction (L),
The pressurizing means (5) includes the driving semiconductor module (2A1, 2A2), the boosting semiconductor module (2B), the control circuit unit (3), and a plurality of components via a pressing elastic body (51). The power converter (1) according to claim 3 , wherein the cooler (4) is configured by a pressure plate (5) for sandwiching the cooler (4) between the cooler (4) and the reactor (15).