JP6187819B2 - 回路モジュール、電力制御装置及び電力制御回路の製造方法 - Google Patents

回路モジュール、電力制御装置及び電力制御回路の製造方法 Download PDF

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本発明は、ハーフブリッジ回路を備える回路モジュール、電力制御装置及び電力制御回路の製造方法に関するものである。
従来、直流を交流に変換するインバータ回路を構成した半導体装置がある。このインバータ回路は、モータ等を駆動する汎用の電力変換装置や、UPS(無停電電源装置)を構成する電力変換装置、分散電源を系統に連系させるパワーコンディショナ等の電力変換装置に用いられる。例えば、ブリッジ接続した6個のスイッチング素子を1つのパッケージ内に収めて3相インバータの回路モジュールを構成した半導体装置がある(例えば、特許文献1参照)。
また、電子回路を、部分回路にモジュール化し、この回路モジュールを共通な支持体上に配置する技術も検討されている(例えば、特許文献2参照)。
特開平7−226480号公報 特表2010−541227号公報
しかしながら、これらの回路モジュールは1つの用途のみ使用できる構成だった。従って、他の用途には利用できず、用途に合わせて、異なるモジュールを選択する必要があった。この場合、モジュールの評価や検査の工数が増加し、モジュールも用途別に出荷数が決まる。このため、用途別に各モジュールを生産する必要があり、量産コストが高くなることがある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、用途の自由度が高い回路モジュール、電力制御装置及び電力制御回路の製造方法を提供することにある。
(1)上記課題を解決する回路モジュールは、複数のスイッチ回路が直列接続された第1、第2のハーフブリッジの対からなるブリッジ部と、第1、第2のスイッチ回路が、組として設けられたスイッチング部と、前記第1、第2のハーフブリッジの第1極側が接続された配線に設けられた第1外部端子、第2極側が接続された配線に設けられた第2外部端子、前記第1、第2のハーフブリッジを構成するスイッチ回路間に設けられた第3外部端子と、前記スイッチング部を構成する第1、第2のスイッチ回路の各極に設けられた第4外部端子とを備え、前記ブリッジ部及びスイッチング部をパッケージ内に収めたことを特徴とする。
(2)上記回路モジュールにおいて、前記スイッチ回路では、スイッチング素子に整流素子が逆並列接続されていることが好ましい。
(3)前記ブリッジ部及びスイッチング部を、別個のモジュールを用いて構成したことが好ましい。
(4)上記回路モジュールと、前記回路モジュールを、3相ハーフブリッジとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、前記補助回路モジュールは、前記ブリッジ部の第1外部端子を、前記スイッチング部の第1のスイッチ回路の第1極側の第4外部端子に接続させ、前記ブリッジ部の第2外部端子を、前記スイッチング部の第2のスイッチ回路の第2極側の第4外部端子に接続させ、前記スイッチング部の第1のスイッチ回路の第2極と、第2のスイッチ回路の第1極とを接続させる配線を少なくとも備えていることを特徴とする。
(5)上記回路モジュールと、前記回路モジュールを、フルブリッジ及びクランプとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、前記補助回路モジュールは、前記ブリッジ部の第1のハーフブリッジの第3外部端子を、前記スイッチング部の第1のスイッチ回路の第1極側の第4外部端子に接続させ、前記ブリッジ部の第2のハーフブリッジの第3外部端子を、前記スイッチング部の第2のスイッチ回路の第1極側の第4外部端子に接続させ、前記スイッチング部を構成する各スイッチ回路の第2極の第4外部端子間を接続させる配線を少なくとも備えていることを特徴とする。
(6)上記回路モジュールと、前記回路モジュールを、フルブリッジ及びチョッパとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、前記補助回路モジュールは、前記ブリッジ部の第1外部端子を、前記スイッチング部の第1のスイッチ回路の第1極側の第4外部端子と接続させ、前記ブリッジ部の第2外部端子を、前記スイッチング部の第2のスイッチ回路の第2極側の第4外部端子と接続させる配線と、前記ブリッジ部の第1、第2のハーフブリッジの各第3外部端子に、リアクトルを介して接続されたコンデンサと、前記第1、第2外部端子間に接続されたコンデンサとを少なくとも備えていることを特徴とする。
(7)上記回路モジュールと、前記回路モジュールを、ダイオードブリッジ及びチョッパとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、前記補助回路モジュールは、前記ブリッジ部の第1外部端子を、前記スイッチング部の第1のスイッチ回路の第1極側の第4外部端子と接続させ、前記ブリッジ部の第2外部端子を、前記スイッチング部の第2のスイッチ回路の第2極側の第4外部端子と接続させる配線と、前記ブリッジ部の第1、第2外部端子間に接続されたコンデンサとを少なくとも備えていることを特徴とする。
(8)上記課題を解決する電力制御回路の製造方法は、複数のスイッチ回路が直列接続された第1、第2のハーフブリッジの対からなるブリッジ部と、第1、第2のスイッチ回路が、組として設けられたスイッチング部と、前記第1、第2のハーフブリッジの第1極側が接続された配線に設けられた第1外部端子、第2極側が接続された配線に設けられた第2外部端子、前記第1、第2のハーフブリッジを構成するスイッチ回路間に設けられた第3外部端子と、前記スイッチング部を構成する第1、第2のスイッチ回路の各極に設けられた第4外部端子とを備え、前記ブリッジ部及びスイッチング部をパッケージ内に収めた回路モジュールと、前記回路モジュールの各外部端子に、前記各外部端子の接続を変更する補助回路モジュールとを組み合わせることを特徴とする。
本発明によれば、ハーフブリッジ回路を備える回路モジュールを用いて、効率的に多様な電力制御装置を実現することができる。
本実施形態の半導体装置の構成を示す回路図。 本実施形態の3相ハーフブリッジの構成を示す回路図。 本実施形態のフルブリッジ及びクランプの構成を示す回路図。 本実施形態のフルブリッジ及び昇圧チョッパの構成を示す回路図。 本実施形態のダイオードブリッジ及び降圧チョッパの構成を示す回路図。 他の実施形態の半導体装置の構成を示す回路図。 他の実施形態の処理手順の説明図。
以下、本実施形態を図1〜図5に基づいて説明する。本実施形態の電力制御回路は、後述するように、基本回路モジュールと補助回路モジュールとを組み合わせて製造される。
(基本回路モジュール)
図1は、第1回路モジュールとしての基本回路モジュール10の回路構成の一例を示す。この基本回路モジュール10は、第1、第2のハーフブリッジとしてのハーフブリッジ部11,12と、スイッチング部13とを備えている。更に、基本回路モジュール10は、ハーフブリッジ用の端子T01〜T08、スイッチング部用の端子T11〜T16を備えている。
そして、基本回路モジュール10は、ハーフブリッジ部11,12及びスイッチング部13を構成する各素子(スイッチング素子、ダイオード等)を基板(図示せず)上に実装して、1つのパッケージ内に収めて封止することにより、モジュール化されている。各素子に接続される電気的配線は、基板上に形成した導体によって構成される。
ハーフブリッジ部11は、2つのスイッチング素子Q1,Q2と、各スイッチング素子に対応して接続されたダイオードD1、D2からなる各スイッチ回路を備える。また、ハーフブリッジ部12は、2つのスイッチング素子Q3,Q4と、各スイッチング素子に対応して接続されたダイオードD3、D4からなる各スイッチ回路を備える。
各スイッチング素子Q1〜Q4は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor )で構成される。スイッチング素子Q1,Q2の直列回路、及びスイッチング素子Q3,Q4の直列回路は、端子T01(第1外部端子)/T02(第2外部端子)間に接続されている。具体的には、スイッチング素子Q1のコレクタ(第1極)が端子T01に接続され、スイッチング素子Q1のエミッタ(第2極)とスイッチング素子Q2のコレクタとが接続され、スイッチング素子Q2のエミッタが端子T02に接続されている。更に、スイッチング素子Q3のコレクタが端子T01に接続され、スイッチング素子Q3のエミッタとスイッチング素子Q4のコレクタとが接続され、スイッチング素子Q4のエミッタが端子T02に接続されている。ダイオードD1〜D4は、各スイッチング素子Q1〜Q4のそれぞれに逆並列接続されている。そして、スイッチング素子Q1,Q2の接続点、及びスイッチング素子Q3,Q4の接続点が、それぞれ端子T05,T08(第3外部端子)に接続されている。
スイッチング部13は、スイッチング素子Q5,Q6、ダイオードD5,D6を備える。スイッチング素子Q5,Q6は、IGBTで構成される。スイッチング素子Q5のコレクタは端子T13に接続され、スイッチング素子Q5のエミッタは端子T14に接続されている。また、スイッチング素子Q6のエミッタは端子T15に接続され、スイッチング素子Q6のコレクタは端子T16に接続されている。ダイオードD5,D6は、スイッチング素子Q5,Q6のそれぞれに逆並列接続されている。端子T11〜T16は、第4外部端子として機能する。
そして、スイッチング素子Q1,Q2のゲートは、それぞれ端子T03,T04、スイッチング素子Q3,Q4のゲートは、それぞれ端子T06,T07、スイッチング素子Q5,Q6のゲートは、それぞれ端子T11,T12に接続されている。
(3相ハーフブリッジとしてのアプリケーション)
図2は、基本回路モジュール10を用いた3相ハーフブリッジの構成を示す。
3相ハーフブリッジを実現する場合には、補助回路モジュール51を用いる。この補助回路モジュール51は、端子T2a〜T2nを備えている。
端子T2aは、端子T2e,T2nに接続されている。端子T2bは、端子T2g,T2mに接続されている。
端子T2cは、端子T2kに接続され、端子T2dは、端子T2jに接続されている。
端子T2fは、端子T2h,T2iに接続されている。
そして、基本回路モジュール10の端子T01,T02,T05,T08を、それぞれ補助回路モジュール51の端子T2a,T2b,T2c,T2dに接続する。更に、基本回路モジュール10の端子T13,T14,T15,T16を、それぞれ補助回路モジュール51の端子T2e,T2f,T2g,T2hに接続する。
更に、補助回路モジュール51の端子T2nには、直流電源G1の高圧側、端子T2mには直流電源G1の低圧側を接続する。補助回路モジュール51の端子T2i,T2j,T2kには、3相負荷L1を接続する。
更に、端子T03,T04,T06,T07,T11,T12には、スイッチング素子Q1〜Q6の各ゲートへ駆動信号を出力するドライバ71を接続する。ドライバ71は、駆動回路(図示せず)に接続されており、スイッチング素子Q1〜Q6をオン・オフ駆動する各駆動信号を制御信号に応じて生成する。そして、ドライバ71は、端子T03,T04,T06,T07,T11,T12を介して、各スイッチング素子Q1〜Q6の各ゲートへ駆動信号を出力する。
この補助回路モジュール51を用いることにより、基本回路モジュール10のスイッチング素子Q5のエミッタは、端子T14,T2f,T2h,T16を介して、スイッチング素子Q6のコレクタに接続される。これにより、スイッチング部13もハーフブリッジとして機能する。そして、直流電源G1の高圧側は、端子T2n,T2a,T01を介して、スイッチング素子Q1,Q3のコレクタに接続される。更に、直流電源G1の高圧側は、端子T2n,T2e,T13を介して、スイッチング素子Q5のコレクタに接続される。
一方、直流電源G1の低圧側は、端子T2m,T2b,T02を介して、スイッチング素子Q2,Q4のエミッタに接続される。更に、直流電源G1の低圧側は、端子T2m,T2g,T15を介して、スイッチング素子Q6のエミッタに接続される。
そして、ハーフブリッジ部11の出力は、端子T05,T2c,T2kを介して、3相負荷L1に供給され、ハーフブリッジ部12の出力は、端子T08,T2d,T2jを介して、3相負荷L1に供給される。更に、ハーフブリッジとして機能するスイッチング部13の出力は、端子T14,T2f、及び端子T16,T2hに接続された端子T2iを介して、3相負荷L1に供給される。
この基本回路モジュール10の動作においては、ドライバ71によって供給される駆動信号により、ハーフブリッジ部11,12、スイッチング部13において、PWM(Pulse Width Modulation)動作を行なわせ、直流を交流に変換する。この場合、ハーフブリッジ部11,12、スイッチング部13から出力される交流において、120度ずつ位相をずらす。
これにより、ドライバ71によって供給される駆動信号により、3相負荷L1の制御を行なうことができる。
(フルブリッジ及びクランプとしてのアプリケーション)
図3は、基本回路モジュール10を用いたフルブリッジ及びクランプの構成を示す。
フルブリッジ及びクランプを実現する場合には、補助回路モジュール52を用いる。この補助回路モジュール52は、端子T3a〜T3mを備えている。
端子T3aは、端子T3mに接続され、端子T3bは、端子T3kに接続されている。
端子T3cは、端子T3hに接続され、端子T3dは、端子T3eに接続されている。
端子T3eは、端子T3dに接続されるとともに、リアクトルRE11を介して、端子T3jに接続されている。
端子T3fは、端子T3gに接続されている。
端子T3hは、端子T3cに接続されるとともに、リアクトルRE12を介して、端子T3iに接続される。
端子T3iと端子T3jとの間には、コンデンサC12が接続されている。
そして、基本回路モジュール10の端子T01,T02,T05,T08を、それぞれ補助回路モジュール52の端子T3a,T3b,T3c,T3dに接続する。更に、基本回路モジュール10の端子T13,T14,T15,T16を、それぞれ補助回路モジュール51の端子T3e,T3f,T3g,T3hに接続する。
更に、補助回路モジュール52の端子T3mには直流電源G2の高圧側、端子T3kは直流電源G2の低圧側を接続する。端子T3i,T3jには、負荷L2を接続する。
更に、この回路構成においても、端子T03,T04,T06,T07,T11,T12には、スイッチング素子Q1〜Q6の各ゲートへ駆動信号を出力するドライバ71を接続する。
この補助回路モジュール52を用いることにより、スイッチング素子Q5のエミッタは、端子T14,T3f,T3g,T15を介して、スイッチング素子Q6のコレクタに接続される。これにより、スイッチング部13はクランプとして機能する。そして、直流電源G2の高圧側は、端子T3m,T3a,T01を介して、スイッチング素子Q1,Q3のコレクタに接続される。一方、直流電源G2の低圧側は、端子T3k,T3b,T02を介して、スイッチング素子Q2,Q4のエミッタに接続される。
ハーフブリッジ部11の出力は、端子T05,T3cを介して、リアクトルRE12の端子T3h側に供給される。この出力は、端子T3h,端子T16を介して、スイッチング素子Q6のコレクタにも供給される。
ハーフブリッジ部12の出力は、端子T08,T3dを介して、リアクトルRE11の端子T3e側に供給される。この端子T3eには、端子T13を介して、スイッチング素子Q5のコレクタにも供給される。
この基本回路モジュール10の動作においては、まず、スイッチング素子Q1,Q4ではオン・オフを繰り返すPWM動作、スイッチング素子Q5ではオン状態を維持、スイッチング素子Q2,Q3,Q6ではオフ状態を維持させる。これにより、負荷L2に供給される出力電圧は正の半周期波形に制御される。また、スイッチング素子Q2,Q3がオン・オフを繰り返すPWM動作、スイッチング素子Q6がオン状態を維持、スイッチング素子Q1,Q4,Q5がオフ状態を維持することにより、出力電圧は負の半周期波形に制御される。
そして、端子T3i,T3j間の交流電圧は、ハーフブリッジ部11,12からなるインバータ回路の動作によって、3値をとり得る。従って、2値をとる場合に比べて、同一出力であれば交流電圧の振幅値(絶対値)を小さくでき、スイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング損失、リアクトルの鉄損を下げ、回路の電力効率を高くできる。
次に、正の半周期の一部の動作を説明する。
まず、第1期間において、スイッチング素子Q1,Q4をオン、スイッチング素子Q2,Q3をオフ、スイッチング素子Q5をオン、スイッチング素子Q6をオフさせる。この第1期間においては、直流電源G2の正極→スイッチング素子Q1→リアクトルRE12→コンデンサC12→リアクトルRE11→スイッチング素子Q4→直流電源G2の負極の経路で電流が流れる。そして、スイッチング素子Q1,Q4では、コレクタからエミッタに向かって電流が流れるので、スイッチング素子Q1,Q4に導通損が発生する。一方、ダイオードD1〜D4には電流が流れない。また、第1期間において、交流電圧の振幅は、直流電源G2の電圧(ここでは「V1」)となる。
次に、第2期間において、スイッチング素子Q1,Q4をターンオフさせる。ターンオフの過渡期である第2期間においては、スイッチング素子Q1,Q4がターンオフするとき、スイッチング素子Q1,Q4のコレクタ・エミッタ間電圧は、「略0」→「V1/2」に変化し、スイッチング素子Q1,Q4を流れる電流は「0」に変化する。従って、スイッチング素子Q1,Q4は、ターンオフ時にスイッチング損が発生する。また、リアクトルRE11,RE12に蓄積されたエネルギが放出されるため、ダイオードD6及びスイッチング素子Q5には、還流電流が流れ始める。
次に、第3期間においては、スイッチング素子Q1,Q4はオフ状態を維持する。この場合、ダイオードD6及びスイッチング素子Q5には、還流電流が流れる。従って、ダイオードD6及びスイッチング素子Q5には、導通損が発生する。
次に、第4期間において、スイッチング素子Q1,Q4をターンオンさせる。ターンオンの過渡期である第4期間においては、スイッチング素子Q1,Q4がターンオンするとき、スイッチング素子Q1,Q4のコレクタ・エミッタ間電圧は、「V1/2」→「略0」に変化し、スイッチング素子Q1,Q4に電流が流れる。従って、スイッチング素子Q1,Q4は、ターンオン時にスイッチング損が発生する。ダイオードD6は、順方向バイアスから逆方向バイアスに変化するため、逆回復損(リカバリ損)が発生する。
次に、第5期間においては、スイッチング素子Q1,Q4はオン状態を維持し、第1期間と同様の動作になる。
また、端子T05,T3c間、端子T08,T3d間を流れる電流は、還流電流の発生時には「0」となり、不連続な電流波形となる。具体的には、スイッチング素子Q1,Q4及びスイッチング素子Q2,Q3のPWM周波数(スイッチング周波数)の電流が流れる。
これにより、ドライバ71によって供給される駆動信号により、負荷L2の制御を行なうことができる。
(フルブリッジ及び昇圧チョッパとしてのアプリケーション)
図4は、基本回路モジュール10を用いたフルブリッジ及びチョッパの構成を示す。
フルブリッジ及び昇圧チョッパを実現する場合には、補助回路モジュール53を用いる。この補助回路モジュール53は、端子T4a〜T4mを備えている。
端子T4aは、リアクトルRE21を介して、端子T4mに接続されている。
端子T4bは、リアクトルRE22を介して、端子T4kに接続されている。
端子T4mと端子T4kとの間には、コンデンサC21が接続されている。
端子T4cは、端子T4f,T4iに接続されている。
端子T4dは、端子T4hに接続されている。
端子T4eは、端子T4gに接続されるとともに、リアクトルRE23を介して、端子T4jに接続されている。
端子T4fは、端子T4iに接続されている。
端子T4hは、端子T4dに接続されるとともに、コンデンサC22を介して、端子T4f,T4i,T4cに接続されている。
そして、基本回路モジュール10の端子T01,T02,T05,T08を、それぞれ補助回路モジュール53の端子T4d,T4c,T4a,T4bに接続する。更に、基本回路モジュール10の端子T13,T14,T15,T16を、それぞれ補助回路モジュール53の端子T4e,T4f,T4g,T4hに接続する。
更に、補助回路モジュール53の端子T4jには直流電源G3の高圧側、端子T4iには直流電源G3の低圧側を接続する。端子T4m,T4kには、負荷L3を接続する。
更に、この回路構成においても、端子T03,T04,T06,T07,T11,T12には、スイッチング素子Q1〜Q6の各ゲートへ駆動信号を出力するドライバ71を接続する。
この補助回路モジュール53を用いることにより、スイッチング素子Q5のコレクタは、端子T13,T4e、リアクトルRE23、端子T4jを介して、直流電源G3の高圧側に接続される。また、スイッチング素子Q5のエミッタは、端子T14,T4f,T4iを介して、直流電源G3の低圧側に接続される。
また、スイッチング素子Q6のエミッタは、端子T15,T4g,T4e,T13を介して、スイッチング素子Q5のコレクタに接続される。また、スイッチング素子Q6のコレクタは、端子T16,T4hを介して、端子T4dに接続される。
これにより、スイッチング部13は昇圧チョッパとして機能する。
ハーフブリッジ部11の出力は、端子T05,T4aを介して、リアクトルRE21に接続される。ハーフブリッジ部12の出力は、端子T08,T4bを介して、リアクトルRE22に接続される。
この基本回路モジュール10の動作においては、ドライバ71によって供給される駆動信号により、ハーフブリッジ部11,12、スイッチング部13において、PWM動作を行なわせ、直流を交流に変換する。更に、直流電源G3の電圧は、ハーフブリッジ部11,12に供給され、リアクトルRE23、コンデンサC22により昇圧される。
これにより、ドライバ71によって供給される駆動信号により、負荷L3の制御を行なうことができる。
(ダイオードブリッジ及び降圧チョッパとしてのアプリケーション)
図5は、基本回路モジュール10を用いたダイオードブリッジ及び降圧チョッパの構成を示す。
ダイオードブリッジ及び降圧チョッパを実現する場合には、補助回路モジュール54を用いる。この補助回路モジュール54には、端子T5a〜T5mを備えている。
端子T5aは端子T5mに接続され、端子T5bは端子T5kに接続されている。
端子T5cは、端子T5f、端子T5iに接続されている。
端子T5dは、端子T5hに接続されている。
端子T5eは、端子T5gに接続されるとともに、リアクトルRE31を介して、端子T5jに接続されている。
端子T5fは、端子T5iに接続されている。
端子T5hは、端子T5dに接続されるとともに、コンデンサC31を介して、端子T5f,T5iに接続されている。
そして、基本回路モジュール10の端子T01,T02,T05,T08を、それぞれ補助回路モジュール54の端子T5d,T5c,T5a,T5bに接続する。更に、基本回路モジュール10の端子T13,T14,T15,T16を、それぞれ補助回路モジュール54の端子T5e,T5f,T5g,T5hに接続する。
更に、補助回路モジュール53の端子T5j,T5i間には、コンデンサC40を接続する。また、端子T5k,T5m間には、交流電源G4を接続する。
更に、この回路構成においては、端子T11,T12には、スイッチング素子Q5,Q6の各ゲートへ駆動信号を出力するドライバ71を接続する。
この補助回路モジュール54を用いることにより、交流電源G4の交流入力は、端子T5m,T5a,T05を介してハーフブリッジ部11に入力されるとともに、端子T5k,T5b,T08を介してハーフブリッジ部12に入力される。この場合、ハーフブリッジ部11のダイオードD1、D2、及びハーフブリッジ部12のダイオードD3、D4により、ダイオードブリッジが構成される。このダイオードブリッジの出力は、基本回路モジュール10の端子T01,T02から、補助回路モジュール54の端子T5d,T5cに供給される。
ダイオードブリッジから端子T5cへの入力は、端子T5f,T14を介して、スイッチング素子Q5のエミッタに供給される。端子T5dへの入力は、端子T5h,T16を介して、スイッチング素子Q6のコレクタに供給される。
ドライバ71によって供給される駆動信号により、スイッチング素子Q5,Q6の動作制御を行なうことにより、スイッチング部13は降圧チョッパとして機能させる。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)上記実施形態では、基本回路モジュール10は、ハーフブリッジ部11,12と、スイッチング部13とを備えている。更に、基本回路モジュール10は、ハーフブリッジ用の端子T01〜T08、スイッチング部用の端子T11〜T16を備えている。これにより、基本回路モジュール10内に含まれるハーフブリッジ部11,12、スイッチング部13間の接続を変更することで、様々な用途に合わせた構成を1つのモジュールで実現できる。複数の異なる電力変換回路を、基本回路モジュール10で実現できるので、実装基板や駆動回路などの共通化が可能であり、低いコストの電力変換回路を実現することができる。また、基本回路モジュール10内に、すべてのスイッチング素子を備えているので特性バラツキが小さく、設計が容易である。更に、実装基板上の配線を短くすることができ、寄生抵抗やインダクタンスの影響も少なくすることができる。
(2)上記実施形態では、端子T2a〜T2nを備える補助回路モジュール51を用いる。この補助回路モジュール51を用いることにより、基本回路モジュール10を、3相ハーフブリッジとして機能させることができる。
(3)上記実施形態では、端子T3a〜T3mを備える補助回路モジュール52を用いる。この補助回路モジュール52を用いることにより、基本回路モジュール10を、フルブリッジ及びクランプとして機能させることができる。
(4)上記実施形態では、端子T4a〜T4mを備える補助回路モジュール53を用いる。この補助回路モジュール53を用いることにより、基本回路モジュール10を、フルブリッジ及び昇圧チョッパとして機能させることができる。
(5)上記実施形態では、端子T5a〜T5mを備える補助回路モジュール54を用いる。この補助回路モジュール54を用いることにより、基本回路モジュール10を、ダイオードブリッジ及び降圧チョッパとして機能させることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、基本回路モジュール10のスイッチング素子Q1〜Q6にはIGBTを用いたが、スイッチング素子であれば、IGBTに限定されるものではない。例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor )を用いてもよい。スイッチング素子Q1〜Q6にMOSFETを用いることにより、スイッチング周波数の高周波化が容易になり、リアクトルの小型化を図ることができる。また、ダイオードD1〜D6にはMOSFETの寄生ダイオードを用いることができるので、素子数を削減できる。
・上記実施形態の補助回路モジュール52では、端子T3eは、端子T3dに接続されるとともに、リアクトルRE11を介して、端子T3jに接続されている。端子T3hは、端子T3cに接続されるとともに、リアクトルRE12を介して、端子T3iに接続される。そして、端子T3iと端子T3jとの間には、コンデンサC12が接続されている。ここで、リアクトルRE11,RE12,コンデンサC12を、補助回路モジュール52の外部に設けてもよい。この場合には、端子T3d,T3eを、端子T3jに直結し、端子T3c,T3hを、端子T3iに直結する。そして、端子T3j,T3iに、それぞれリアクトルRE11,RE12を直列接続し、コンデンサC12を並列接続する。
・上記実施形態の補助回路モジュール53では、端子T4aは、リアクトルRE21を介して、端子T4mに接続されている。端子T4bは、リアクトルRE22を介して、端子T4kに接続されている。端子T4mと端子T4kとの間には、コンデンサC21が接続されている。ここで、リアクトルRE21,RE22,コンデンサC21を、補助回路モジュール53の外部に設けてもよい。この場合には、端子T4a,T4bを、それぞれ端子T4m,T4kに直結する。そして、端子T4m,T4kに、それぞれリアクトルRE21,RE22を直列接続し、コンデンサC21を並列接続する。また、リアクトルRE21,RE22を補助回路モジュール53内に設け、コンデンサC21のみを、端子T4m,T4kの外部に設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態の補助回路モジュール53では、端子T4eは、端子T4gに接続されるとともに、リアクトルRE23を介して、端子T4jに接続されている。ここで、リアクトルRE23を、補助回路モジュール53の外部に設けてもよい。この場合には、端子T4e,T4gを、端子T4jに直結する。そして、端子T4jの外部に接続したリアクトルRE23を介して、直流電源G3の高圧側に接続する。
・上記実施形態の補助回路モジュール54では、端子T5eは、端子T5gに接続されるとともに、リアクトルRE31を介して、端子T5jに接続されている。ここで、リアクトルRE31を、補助回路モジュール54の外部に設けてもよい。この場合には、端子T5e,T5gを、端子T5jに直結する。そして、端子T5jの外部に接続したリアクトルRE31を介して、コンデンサC40に接続する。
・上記実施形態では、基本回路モジュール10にハーフブリッジ部11、12と、スイッチング部13を設けた。このような基本回路モジュール10を複数の汎用品を用いて構成することも可能である。
例えば、図6に示すように、第1回路モジュールとしての半導体装置20、第2回路モジュールとしての半導体装置30を用いて構成する。この場合、半導体装置20には、ハーフブリッジ部11、12と同様に、ハーフブリッジ部21、22を設ける。更に、スイッチング部31を含む半導体装置30を、既製品のモジュールを用いて構成する。この場合にも、上記実施形態と同様に、補助回路モジュールを用いることにより、多様なアプリケーションを実現することができる。
・上記実施形態においては、基本回路モジュール10において、端子T01〜T16を設けた。補助回路モジュールに接続する端子の数や配置は、これらに限定されるものではない。ここで、コンピュータ(モジュール設計装置)を用いて、基本回路モジュールや補助回路モジュールを含めた電力制御回路を設計し、製造するようにしてもよい。
モジュール設計装置の制御部は、CPU、RAM、ROM(図示せず)等から構成された制御部、入力部や出力部を備えている。更に、このモジュール設計装置には、ハーフブリッジ部11,12、スイッチング部13の素子構成パターンを記憶させた装置構成記憶部を備える。
この装置構成記憶部には、各電力制御装置(アプリケーション)を実現するための各回路構成が記録されている。各回路構成は、基本回路モジュールや補助回路モジュールに分けて登録されている。更に、各回路構成において、配線に要求される仕様(周波数特性や抵抗特性等)が記録されている。この仕様に基づいて、配線長を短くすべき配線の優先度を特定することができる。
次に、図7を用いて、電力制御装置における基本回路モジュールや補助回路モジュールのモジュール設計処理を説明する。
まず、モジュール設計装置の制御部は、アプリケーションの決定処理を実行する(ステップS11)。具体的には、入力部を用いて、基本回路モジュール10を用いて実現する電力制御装置(アプリケーション)を入力する。ここでは、複数のアプリケーションを入力する場合を想定する。
次に、モジュール設計装置の制御部は、補助回路モジュールにおいて共通部分の特定処理を実行する(ステップS12)。具体的には、制御部は、入力されたアプリケーションに基づいて、装置構成記憶部から、回路構成を取得する。そして、制御部は、入力された複数のアプリケーションについて、補助回路モジュールおいて共通する回路構成(共通回路)を特定する。
次に、モジュール設計装置の制御部は、組み込み可能かどうかについての判定処理を実行する(ステップS13)。具体的には、補助回路モジュールにおいて共通回路を特定できた場合、組み込み可能と判定する。
組み込み可能と判定した場合(ステップS13において「YES」の場合)、モジュール設計装置の制御部は、基本回路モジュールに組み込み処理を実行する(ステップS14)。具体的には、共通回路を、基本回路モジュールの回路構成に組み込む。一方、共通回路を特定できず、組み込み不可と判定した場合(ステップS13において「NO」の場合)、モジュール設計装置の制御部は、基本回路モジュールに組み込み処理(ステップS14)をスキップする。
次に、モジュール設計装置の制御部は、必要な端子の決定処理を実行する(ステップS15)。具体的には、制御部は、基本回路モジュール及び補助回路モジュールにおいて、共通回路を除いた補助回路モジュールと基本回路モジュールとを接続するために必要な端子を特定する。
次に、モジュール設計装置の制御部は、端子位置の決定処理を実行する(ステップS16)。具体的には、制御部は、装置構成記憶部を用いて、各アプリケーションの回路構成における各配線の仕様を特定し、優先度を特定する。次に、制御部は、配線毎に優先度を加算し、短くすべき配線の順番を決定する。そして、制御部は、基本回路モジュール及び補助回路モジュールにおいて、配線の順番に基づいて、配線が短くなる端子のレイアウトを決定する。これにより、実装回路を共通化した電力制御回路を効率的に製造することができる。
また、設計処理において、既製品のモジュールの利用可能性を判定するようにしてもよい。この場合には、モジュール設計装置に、既製品のモジュールの回路構成を記録した既製品情報記憶部を設ける。そして、制御部は、既製品情報記憶部において、入力されたアプリケーションに応じた回路構成に基づいて、利用可能な既製品モジュールを特定する。これにより、既製品モジュールを利用して電力制御回路を効率的に製造することができる。
10…回路モジュール、11,12…ハーフブリッジ部、13…スイッチング部、Q1〜Q6…スイッチング素子、D1〜D6…ダイオード、T1〜T08,T11〜T16,T2a〜T2n,T3a〜T3m,T4a〜T4m,T5a〜T5m…端子、51〜54…補助回路モジュール、RE11,RE12,RE21〜RE23,RE31…リアクトル、C12,C21,C22,C31,C40…コンデンサ、G1〜G3…直流電源、G4…交流電源、L1〜L3…負荷、71…ドライバ。

Claims (8)

  1. 複数のスイッチ回路が直列接続された第1、第2のハーフブリッジの対からなるブリッジ部と、
    第1、第2のスイッチ回路が、組として設けられたスイッチング部と、
    前記第1、第2のハーフブリッジの第1極側が接続された配線に設けられた第1外部端子、第2極側が接続された配線に設けられた第2外部端子、前記第1、第2のハーフブリッジを構成するスイッチ回路間に設けられた第3外部端子と、
    前記スイッチング部を構成する第1、第2のスイッチ回路の各極に設けられた第4外部端子とを備え、
    前記ブリッジ部及びスイッチング部をパッケージ内に収めたことを特徴とする回路モジュール。
  2. 前記スイッチ回路においては、スイッチング素子に整流素子が逆並列接続されていることを特徴とする請求項1に記載の回路モジュール。
  3. 前記ブリッジ部及びスイッチング部を、別個のモジュールを用いて構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の回路モジュール。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の回路モジュールと、
    前記回路モジュールを、3相ハーフブリッジとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、
    前記補助回路モジュールは、
    前記ブリッジ部の第1外部端子を、前記スイッチング部の第1のスイッチ回路の第1極側の第4外部端子に接続させ、
    前記ブリッジ部の第2外部端子を、前記スイッチング部の第2のスイッチ回路の第2極側の第4外部端子に接続させ、
    前記スイッチング部の第1のスイッチ回路の第2極と、第2のスイッチ回路の第1極とを接続させる配線を少なくとも備えていることを特徴とする電力制御装置。
  5. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の回路モジュールと、
    前記回路モジュールを、フルブリッジ及びクランプとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、
    前記補助回路モジュールは、
    前記ブリッジ部の第1のハーフブリッジの第3外部端子を、前記スイッチング部の第1のスイッチ回路の第1極側の第4外部端子に接続させ、
    前記ブリッジ部の第2のハーフブリッジの第3外部端子を、前記スイッチング部の第2のスイッチ回路の第1極側の第4外部端子に接続させ、
    前記スイッチング部を構成する各スイッチ回路の第2極の第4外部端子間を接続させる配線を少なくとも備えていることを特徴とする電力制御装置。
  6. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の回路モジュールと、
    前記回路モジュールを、フルブリッジ及びチョッパとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、
    前記補助回路モジュールは、
    前記ブリッジ部の第1外部端子を、前記スイッチング部の第1のスイッチ回路の第1極側の第4外部端子と接続させ、
    前記ブリッジ部の第2外部端子を、前記スイッチング部の第2のスイッチ回路の第2極側の第4外部端子と接続させる配線と、
    前記ブリッジ部の第1、第2のハーフブリッジの各第3外部端子に、リアクトルを介して接続されたコンデンサと、前記第1、第2外部端子間に接続されたコンデンサと
    を少なくとも備えていることを特徴とする電力制御装置。
  7. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の回路モジュールと、
    前記回路モジュールを、ダイオードブリッジ及びチョッパとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、
    前記補助回路モジュールは、
    前記ブリッジ部の第1外部端子を、前記スイッチング部の第1のスイッチ回路の第1極側の第4外部端子と接続させ、
    前記ブリッジ部の第2外部端子を、前記スイッチング部の第2のスイッチ回路の第2極側の第4外部端子と接続させる配線と、
    前記ブリッジ部の第1、第2外部端子間に接続されたコンデンサと
    を少なくとも備えていることを特徴とする電力制御装置。
  8. 複数のスイッチ回路が直列接続された第1、第2のハーフブリッジの対からなるブリッジ部と、
    第1、第2のスイッチ回路が、組として設けられたスイッチング部と、
    前記第1、第2のハーフブリッジの第1極側が接続された配線に設けられた第1外部端子、第2極側が接続された配線に設けられた第2外部端子、前記第1、第2のハーフブリッジを構成するスイッチ回路間に設けられた第3外部端子と、
    前記スイッチング部を構成する第1、第2のスイッチ回路の各極に設けられた第4外部端子とを備え、
    前記ブリッジ部及びスイッチング部をパッケージ内に収めた回路モジュールと、
    前記回路モジュールの各外部端子に、前記各外部端子の接続を変更する補助回路モジュールとを組み合わせることを特徴とする電力制御回路の製造方法。
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