JP6261769B2 - 電力変換装置および電力用半導体モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電力変換を行う電力変換装置および電力用半導体モジュールに関する。

鉄道車両搭載インバータ、電気自動車搭載ＤＣＤＣコンバータなど、電力用半導体素子のスイッチング動作により、電力変換を行う電力変換装置が広く普及している。電力用半導体素子は樹脂で封止され、電力用半導体モジュールを構成している。電力用半導体モジュールは電力変換装置に用いられる。

電力用半導体素子のスイッチング動作に伴って、電力変換装置の内部の配線にはスイッチング電流が通流する。ここで、電力用半導体素子のスイッチング動作とは、電力用半導体素子が、高抵抗にあるオフ状態と低抵抗にあるオン状態の間を数ｎｓから数十ｕｓという短い時間で切り替わる動作のことを言う。スイッチング電流とは、電力用半導体素子がスイッチング動作を行う間に当該電力用半導体素子に流れる電流であり、数ｎｓから数十ｕｓという短い時間に電流値が数十アンペアから数万アンペア変化する電流のことを言う。

電力変換装置の内部の配線には寄生インダクタンスが存在するため、スイッチング電流が通流すると電磁気学の法則に従って配線には電圧が発生する。この電圧は、サージ電圧と呼ばれることがある。スイッチング電流の時間変化率が大きいほど、また、配線の寄生インダクタンスが大きいほど、配線に発生するサージ電圧は大きくなる。配線に発生したサージ電圧は、電力変換装置の内部の部品に加わる。配線に発生するサージ電圧が大きいと電力変換装置の内部の部品に加わるサージ電圧が過大となり、部品が破壊するおそれがある。

そこで、従来より、電力変換装置の内部の部品にスナバを接続し、部品に加わるサージ電圧を低減する対策が行われてきた。従来技術として、例えば下記特許文献１には、ダイオード、コンデンサ、インダクタからなるスナバを電力用半導体素子に接続し、電力用半導体素子に加わるサージ電圧を低減する技術が開示されている。

特許第４２９７９９５号公報

電力変換装置の内部には様々な部品がある。その１つに、電力変換装置の動作状態において、長時間、直流電圧が加わる部品がある。このような部品にスナバを取り付けると、確かに、部品に加わるサージ電圧を低減することができる。しかしながら、スナバにも長時間、直流電圧が加わる。一般に、直流電圧が加わっている時間が長ければ長いほど、部品の電気的絶縁性能が劣化する。そのため、スナバを高耐圧の部品で構成する必要がある。高耐圧の部品は大型であるため、電力変換装置の小型化を妨げてしまうという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力変換装置の内部の部品に加わるサージ電圧を低減するスナバであって、かつ、低耐圧部品のみで構成されたスナバを備える電力変換装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、スイッチング動作する電力用半導体素子を備え、電力変換を行う電力変換装置であって、スイッチング電流が通流する配線と並列にスイッチング電流分流部品を接続したことを特徴とする。

本発明によれば、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品に分流して通流するため、配線を通流するスイッチング電流が低減し、配線に発生するサージ電圧が低減する。よって、電力変換装置の内部の部品に加わるサージ電圧を低減させることができる。かつ、スイッチング電流分流部品には長時間、直流電圧が加わることがないため、スイッチング電流分流部品を低耐圧部品のみで構成することができるという効果を得ることができる。

実施の形態１に係る電力変換装置の回路構成例を示す図 実施の形態１の電力変換装置における一部の部品の構成例を示す斜視図 実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す斜視図 実施の形態２に係る電力変換装置の回路構成例を示す図 実施の形態２の電力変換装置に通流するスイッチング電流波形の一例を示す図 実施の形態３に係る電力変換装置の回路構成例を示す図 実施の形態３の電力変換装置に通流するスイッチング電流波形の一例を示す図 実施の形態４に係る電力変換装置の回路構成例を示す図 実施の形態４に係る電力変換装置の構成例を示す斜視図 実施の形態５に係る電力変換装置の回路構成例を示す図 実施の形態５に係る電力変換装置の構成例を示す斜視図 実施の形態５に係る電力変換装置の別の回路構成例を示す図 実施の形態６に係る電力変換装置の回路構成例を示す図 実施の形態６に係る電力変換装置の構成例を示す斜視図 実施の形態６に係る電力変換装置の別の回路構成例を示す図 実施の形態７に係る電力変換装置の回路構成例を示す図 実施の形態７の電力変換装置における一部の部品の構成例を示す分解斜視図 図１７に示す部品を組み上げた状態を示す斜視図 実施の形態７に係る電力用半導体モジュールの内部の構成例を示す斜視図 実施の形態７に係る電力変換装置の別の回路構成例を示す図 実施の形態８に係る電力変換装置の回路構成例を示す図 実施の形態８に係る電力変換装置の一部の部品の構成例を示す分解斜視図 図２２に示す部品を組み上げて実施の形態８に係るスイッチング電流分流部品を取り付けた状態を示す斜視図 実施の形態８に係る電力変換装置の別の構成例を示す斜視図 実施の形態９に係る電力変換装置の回路構成例を示す図 実施の形態９の電力変換装置における一部の部品の構成例を示す分解斜視図 図２６に示す部品を組み上げて実施の形態９に係るスイッチング電流分流部品を取り付けた状態を示す斜視図

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電力変換装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。以下において、「接続する」とは物理的な接続関係のみでなく、電気的な接続関係含むものとする。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置の回路構成例を示す図である。電力変換装置１は、インバータ回路３（「電力変換回路」ともいう。）およびメインコンデンサ４を備える。電力変換装置１には、負荷として電動機２が接続されている。インバータ回路３は、２レベル３相インバータ回路を構成しており、メインコンデンサ４に蓄えられた直流電力を交流電力（図１の場合は３相交流電力）に変換して、負荷である電動機２に供給する。

メインコンデンサ４は、１個または複数個のコンデンサ素子４１を備える。コンデンサ素子４１は、絶縁確保および機械強度確保を目的として樹脂で封止されており、メインコンデンサ４を構成している。メインコンデンサ４は、外部の回路と電気的に接続するための端子、具体的には、メインコンデンサ４の正側端子を成すメインコンデンサＰ端子４１Ｐおよび、メインコンデンサ４の負側端子を成すメインコンデンサＮ端子４１Ｎを備える。メインコンデンサＰ端子４１ＰおよびメインコンデンサＮ端子４１Ｎは、内部の配線を通じてコンデンサ素子４１に電気的に接続されている。メインコンデンサ４は、直流電力を蓄えている。このため、電力変換装置１の動作状態において、メインコンデンサ４には、長時間、直流電圧が加わる。

実施の形態１では、電力用半導体素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いている。電力用半導体素子および電力用半導体素子に逆並列に接続されるダイオードは、絶縁確保および機械強度確保を目的として樹脂で封止されており、電力用半導体モジュールを構成している。図１において、例えばＵ相の高電位側（「正側」ともいう）（以下「Ｐ側Ｕ相」と表記）では、電力用半導体素子３２ａ（正側スイッチング素子）およびダイオード３２ｂが封止され、Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰを構成する。Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰは、外部の回路と電気的に接続するため、第１端子であるコレクタ端子Ｃ１、第２端子であるエミッタ端子Ｅ１、第１制御端子であるゲート制御端子ＧＣ、第２制御端子であるエミッタ制御端子ＥＣを備える。コレクタ端子Ｃ１、エミッタ端子Ｅ１、ゲート制御端子ＧＣおよびエミッタ制御端子ＥＣは、内部の配線を通じて、電力用半導体素子３２ａおよびダイオード３２ｂに電気的に接続されている。本実施の形態においてコレクタ端子Ｃ１は電力変換回路であるインバータ回路３の正側端子を構成し、エミッタ端子Ｅ１はインバータ回路３の交流端子を構成する。

Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰおよび、Ｕ相の低電位側（「負側」ともいう）（以下「Ｎ側Ｕ相」と表記）に設けられ、電力用半導体素子（負側スイッチング素子）およびダイオードが封止されるＮ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮは、Ｕ相アーム回路を構成する。Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰのエミッタ端子Ｅ１と、Ｎ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮのコレクタ端子Ｃ２とが電気的に接続されており、その接続点は負荷である電動機２につながる。Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰのコレクタ端子Ｃ１は、メインコンデンサ４のメインコンデンサＰ端子４１Ｐに電気的に接続され、Ｎ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮのエミッタ端子Ｅ２は、メインコンデンサ４のメインコンデンサＮ端子４１Ｎに電気的に接続される。Ｖ相、Ｗ相についても同様の構成であり、重複する説明は省略する。本実施の形態においてエミッタ端子Ｅ２は電力変換回路であるインバータ回路３の負側端子を構成し、コレクタ端子Ｃ２はインバータ回路３の交流端子を構成する。

ここで、メインコンデンサ４と各電力用半導体モジュールとの接続について詳しく述べる。メインコンデンサＰ端子４１ＰとＰ側配線中継点６１ＬＰとの間が、Ｐ側共通配線６３ＣＰにより接続される。Ｐ側配線中継点６１ＬＰとＰ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰのコレクタ端子Ｃ１とは、Ｐ側Ｕ相配線６２ＵＰにより接続される。Ｐ側配線中継点６１ＬＰとＰ側Ｖ相電力用半導体モジュール３１ＶＰのコレクタ端子Ｃ１とは、Ｐ側Ｖ相配線６２ＶＰにより接続される。Ｐ側配線中継点６１ＬＰとＰ側Ｗ相電力用半導体モジュール３１ＷＰのコレクタ端子Ｃ１とは、Ｐ側Ｗ相配線６２ＷＰにより接続される。同様に、メインコンデンサＮ端子４１ＮとＮ側配線中継点６１ＬＮとの間が、Ｎ側共通配線６３ＣＮにより接続される。Ｎ側配線中継点６１ＬＮとＮ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮのエミッタ端子Ｅ２は、Ｎ側Ｕ相配線６２ＵＮにより接続される。Ｎ側配線中継点６１ＬＮとＮ側Ｖ相電力用半導体モジュール３１ＶＮのエミッタ端子Ｅ２とは、Ｎ側Ｖ相配線６２ＶＮにより接続される。Ｎ側配線中継点６１ＬＮとＮ側Ｗ相電力用半導体モジュール３１ＷＮのエミッタ端子Ｅ２とは、Ｎ側Ｗ相配線６２ＷＮにより接続される。なお、本明細書において、Ｐ側共通配線６３ＣＰ、Ｐ側Ｕ相配線６２ＵＰ、Ｐ側Ｖ相配線６２ＶＰおよびＰ側Ｗ相配線６２ＷＰを合わせて、インバータ回路３の正側端子とメインコンデンサ４の正側端子と（Ｐ端子４１Ｐ）を接続する正側接続配線部材と称する。同様に、Ｎ側共通配線６３ＣＮ、Ｎ側Ｕ相配線６２ＵＮ、Ｎ側Ｖ相配線６２ＶＮおよびＮ側Ｗ相配線６２ＷＮを合わせて、インバータ回路３の負側端子とメインコンデンサ４の負側端子（Ｎ端子４１Ｎ）とを接続する負側接続配線部材と称する。

実施の形態１の特徴は、Ｐ側共通配線６３ＣＰと並列にスイッチング電流分流部品７０が接続されていることである。スイッチング電流分流部品７０は２端子部品である。よって、Ｐ側共通配線６３ＣＰにおけるスイッチング電流分流部品７０の接続部は、２箇所存在する。Ｐ側共通配線６３ＣＰには寄生インダクタンスが存在するが、スイッチング電流分流部品７０との接続部により、３つの寄生インダクタンスに分かれたとみなすことができる。これら３つの寄生インダクタンスを、図１に示すように、メインコンデンサＰ端子４１ＰからＰ側配線中継点６１ＬＰに向かって、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２および配線寄生インダクタンス６３ＣＰ３と表記する。したがって、図１の接続構成の場合、スイッチング電流分流部品７０は、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２と並列接続されているとみなすことができる。

Ｐ側の電力用半導体素子のスイッチング動作に伴って、Ｐ側共通配線６３ＣＰにはスイッチング電流が通流する。スイッチング電流は、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１，６３ＣＰ２，６３ＣＰ３に通流する。電磁気学の法則に従って配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１，６３ＣＰ２，６３ＣＰ３には、サージ電圧が発生する。実施の形態１の構成であれば、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品７０に分流して通流することから、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２に通流するスイッチング電流が低減する。よって、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２に発生するサージ電圧が低減する。その結果、電力用半導体素子に加わるサージ電圧が低減する。このように、スイッチング電流分流部品７０は、電力変換装置１の内部の部品に加わるサージ電圧を低減するスナバとして機能する。

ところで、電力変換装置１の動作状態において、電力変換装置１の内部の配線には、長時間、直流電流が通流することがある。一般に、電力変換装置１の内部の配線は金属で構成されており、直流抵抗値は微小である。よって、直流電流が通流しても電力変換装置１の内部の配線に発生する直流電圧は微小であり、無視できる。そのため、電力変換装置１の電力用半導体素子がスイッチング動作中の期間にはいわゆるサージ電圧が発生するが、他の期間では電力変換装置１内の配線に電流が通流していたとしてもＰ側共通配線６３ＣＰに発生する電圧降下は微小であり無視することができる。よって、Ｐ側共通配線６３ＣＰに並列接続するスイッチング電流分流部品７０に印加される電圧は電力用半導体素子に印加されるような大きな直流電圧とはならないため、スイッチング電流分流部品７０を低耐圧部品で構成することができる。すなわち、本実施の形態ではＰ側共通配線６３ＣＰの実質的に同電位となる２点間にスイッチング電流分流部品７０を並列接続するため、スイッチング電流分流部品７０を低耐圧部品で構成することができる。このような２点間であっても、スイッチング時においては、２点間の配線インダクタンスとスイッチングに伴う電流変化量によって定まる起電力が発生し同電位とはならない状態があるが、本明細書においては、実質的に同電位となる２点間とは、スイッチング素子がスイッチング動作をしていない定常状態において実質的に同電位となる２点間をいうこととする。また、本実施の形態では、正側接続配線部材のうち、Ｐ側共通配線６３ＣＰに対して並列接続するようにスイッチング電流分流部品７０を設けることとしたが、Ｐ側Ｕ相配線６２ＵＰ、Ｐ側Ｖ相配線６２ＶＰおよびＰ側Ｗ相配線６２ＷＰに対してスイッチング電流分流部品７０を並列接続することとしてもよい。ただし、Ｐ側共通配線６３ＣＰに並列接続することで、単一の部品で全ての相のスイッチング動作時に発生するサージ電圧抑制効果を得ることが可能となる。

ここで、従来技術であれば、電力用半導体素子にスナバ部品を取り付け、電力用半導体素子に加わるサージ電圧を低減していた。そのため、電力変換装置１の電力用半導体素子がオフ状態の間、電力用半導体素子には、長時間、メインコンデンサの充電電圧に相当する高電圧が加わるため、従来技術のスナバにも同等の直流電圧が加わる。よって、従来技術のスナバは高耐圧部品で構成する必要があった。

また、従来技術であるか、実施の形態１の技術であるかに関わらず、電力変換装置では、動作状態において、電力用半導体素子に加わる直流電圧は大きく変化する。電力用半導体素子がオン状態であれば電力半導体素子に加わる直流電圧は小さく、通常は１０ボルト未満となる。一方、電力用半導体素子がオフ状態であれば、電力用半導体素子にはメインコンデンサの充電電圧に相当する高い直流電圧が加わることになる。

よって、従来技術のスナバであれば、スナバに加わる直流電圧も大きく変化するため、スナバ部品に充放電電流が通流し、損失が発生するという問題があった。一方、実施の形態１を初めとする本発明のスナバであれば、電力用半導体素子に加わる直流電圧は大きく変化しても、スナバに加わる直流電圧が大きく変化することはない。すなわち、本発明に係るスナバであれば、スナバ部品に大きな充放電電流が通流することはなく、損失の発生を大きく抑制できるという効果がある。

つぎに、実施の形態１に係る電力変換装置１の構造について説明する。図２は、実施の形態１の電力変換装置における一部の部品の構成例を示す斜視図である。なお、以下の説明において、高電位側のアームを構成するＰ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰ、Ｐ側Ｖ相電力用半導体モジュール３１ＶＰおよびＰ側Ｗ相電力用半導体モジュール３１ＷＰを総称するときには、「Ｐ側電力用半導体モジュール」、「Ｐ側アーム」などと表記し、低電位側のアームを構成するＮ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮ、Ｎ側Ｖ相電力用半導体モジュール３１ＶＮおよびＮ側Ｗ相電力用半導体モジュール３１ＷＮを総称するときには、「Ｎ側電力用半導体モジュール」、「Ｎ側アーム」などと表記する。また、Ｐ側またはＮ側を特に区別しないときには、単に「電力用半導体モジュール」と表記する。また、Ｐ側電力用半導体モジュールにおけるコレクタ端子Ｃ１およびエミッタ端子Ｅ１と、Ｎ側電力用半導体モジュールにおけるコレクタ端子Ｃ２およびエミッタ端子Ｅ２とを特に区別せずに説明する場合には、単に「コレクタ端子Ｃ」および「エミッタ端子Ｅ」と表記する。

図２において、Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰ、Ｐ側Ｖ相電力用半導体モジュール３１ＶＰおよびＰ側Ｗ相電力用半導体モジュール３１ＷＰ、ならびに、Ｎ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮ、Ｎ側Ｖ相電力用半導体モジュール３１ＶＮおよびＮ側Ｗ相電力用半導体モジュール３１ＷＮが、冷却器８０の上に設置される。電力用半導体モジュール３１の上面には、コレクタ端子Ｃおよびエミッタ端子Ｅが設けられる。電力変換装置１の動作状態において電力用半導体モジュール３１は、発熱する。電力用半導体モジュール３１の発熱は、電力用半導体モジュール３１の底面から冷却器８０へ移動する。このようにして電力用半導体モジュール３１の温度上昇を抑制している。メインコンデンサ４は、直方体の形状をしている。直方体の一面には、メインコンデンサＰ端子４１Ｐ、メインコンデンサＮ端子４１Ｎが設けられている。

メインコンデンサ４の各端子（メインコンデンサＰ端子４１Ｐ、メインコンデンサＮ端子４１Ｎ）と電力用半導体モジュール３１の各端子（コレクタ端子Ｃ１，Ｃ２、エミッタ端子Ｅ１，Ｅ２）は、ブスバー６４により電気的に接続される。すなわち、メインコンデンサ４とインバータ回路とを接続する正側接続配線部材と負側接続配線部材とがブスバー６４によって構成されている。ブスバー６４は、例えば金属板と絶縁フィルムとを複数枚積層した部品である。ブスバー６４には、大電流が長時間通流する。電気抵抗を抑えるため、ブスバー６４の幅は広く形成し、また、ブスバー６４の発熱を外気に放熱するため、ブスバー６４の厚さは薄く形成するのが一般的である。なお、ブスバー６４には、スイッチング電流が通流するため、寄生インダクタンスが小さいことが望ましい。しかしながら、ブスバー６４の寄生インダクタンスを小さくすることは困難である。以下、一般的な構成を前提とし、ブスバー６４の寄生インダクタンスを小さくすることが困難である理由を説明する。

電力用半導体モジュールが設置された冷却器の形状とメインコンデンサの形状とは、一般には異なる。また、電力用半導体モジュールの各端子の間隔とメインコンデンサの各端子の間隔も一般には異なる。さらに、メインコンデンサおよび冷却器は重量物であり、金属枠で囲んで強固に固定する必要がある。このため、メインコンデンサの各端子と電力用半導体モジュールの各端子をブスバーにより短い距離で電気的に接続することは困難である。その結果、メインコンデンサの各端子と電力用半導体モジュールの各端子とは、ブスバーによって長い距離で電気的に接続する必要があり、ブスバーの寄生インダクタンスは大きくならざるを得ず、ブスバーに発生するサージ電圧が大きくなる。

そこで、実施の形態１に係る電力変換装置１では、上述のようにスイッチング電流分流部品７０を設けている。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置１の構成例を示す斜視図である。

実施の形態１の特徴は、図１に示すように、Ｐ側共通配線６３ＣＰの部分にスイッチング電流分流部品７０を接続することにある。スイッチング電流分流部品７０は、２端子部品であり、Ｐ側共通配線６３ＣＰとスイッチング電流分流部品７０との接続部は、２箇所存在する。そこで、図３に示すように、２端子部品であるスイッチング電流分流部品７０を、Ｐ側共通配線６３ＣＰに対応するブスバー６４の一部に電気的に接続する。このように構成することにより、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品７０に分流して通流することから、ブスバー６４に通流するスイッチング電流が低減する。なお、図３の例では、ブスバー６４はクランク形状に形成されており、スイッチング電流分流部品７０は、クランク形状に形成されたブスバー６４における曲げ部位６４ａの部分に接続されているが、この構成に限定されるものではない。例えば、スイッチング電流分流部品７０の片端が、曲げ部位６４ａに直交する平板部位６４ｂもしくは平板部位６４ｃに接続されていてもよい。また、スイッチング電流分流部品７０の一端が平板部位６４ｂに接続され、スイッチング電流分流部品７０の他端が平板部位６４ｃに接続されていてもよい。ただし、スイッチング電流分流部品７０は寄生インダクタンスの大きな箇所に並列接続することが望ましいことから、スイッチング電流分流部品７０は曲げ部位６４aを跨るように接続されることが望ましい。このようにすることで、いずれかの平面部位のみにスイッチング電流分流部品７０を並列接続させた場合と比較して、スイッチング電流分流部品７０が接続する２点間の寄生インダクタンスが大きくすることが可能となるため、より効果的にサージ電圧を抑制することができる。

このように、実施の形態１に係る電力変換装置によれば、スイッチング電流が通流する配線と並列にスイッチング電流分流部品を接続して構成したので、内部の部品に加わるサージ電圧を低減するスナバであって、かつ、低耐圧部品のみで構成されたスナバを構成することができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。実施の形態２では、スイッチング電流分流部品７０としてダイオード７１を用いている。その他の構成は実施の形態１と同一または同等であり、重複する説明を省略する。

図４において、ダイオード７１は、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２と並列に取り付けられている。より詳細には、ダイオード７１のカソードがメインコンデンサＰ端子４１Ｐへ向き、ダイオード７１のアノードがＰ側配線中継点６１ＬＰへ向くように取り付けられている。

ここで、メインコンデンサ４からＰ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰへ直流電流が供給されている状態で、Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰの電力用半導体素子３２ａがターンオフのスイッチング動作した場合を考える。図５は、実施の形態２の電力変換装置に通流するスイッチング電流波形の一例を示す図であり、横軸は時間、縦軸は電流値を表している。

電力用半導体素子３２ａがターンオフするとき、Ｐ側共通配線６３ＣＰには、図５に示すようなスイッチング電流が通流する。このときのスイッチング電流は、メインコンデンサＰ端子４１ＰからＰ側配線中継点６１ＬＰへ向かってＰ側共通配線６３ＣＰに流れる電流であり、数ｎｓから数十ｕｓという短い時間に、電流値が数十アンペアから数万アンペア減少する。

電磁気学の法則に従って、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１，６３ＣＰ２，６３ＣＰ３には、サージ電圧が発生する。ここで、サージ電圧の向きは、Ｐ側配線中継点６１ＬＰ側の電位がメインコンデンサＰ端子４１Ｐ側の電位よりも高くなる向きである。よって、電力用半導体素子３２ａには、サージ電圧が加わる。

図４の構成によれば、ダイオード７１には、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２に流れるスイッチング電流の一部が分流して通流する。その結果、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２、ダイオード７１のアノード、ダイオード７１のカソードおよび配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２を循環する循環電流が通流する。このような循環電流により、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２を通流するスイッチング電流が低減し、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２に発生するサージ電圧が低減する。その結果、電力用半導体素子３２ａに加わるサージ電圧が低減する。

なお、電力変換装置１の内部の配線には、実施の形態１でも説明したように、長時間、直流電圧が発生することはない。Ｐ側共通配線６３ＣＰに、長時間、直流電圧が発生しないことから、ダイオード７１には、長時間、直流電圧が加わることがない。したがって、実施の形態２に係る電力変換装置１によれば、ダイオード７１を低耐圧部品で構成することができる。

このように、実施の形態２に係る電力変換装置によれば、内部の部品に加わるサージ電圧を低減するスナバであって、かつ、低耐圧部品のみで構成されたスナバを構成することができる。

なお、Ｐ側共通配線６３ＣＰには長時間、直流電流が通流する。一般に、ダイオード部品の動作の特徴として、カソードからアノードへの向きへ直流電流が通流することはない。つまり、Ｐ側共通配線６３ＣＰを流れる直流電流の向きがメインコンデンサＰ端子４１ＰからＰ側配線中継点６１ＬＰへ流れる向きであれば、直流電流の一部がダイオード７１に通流することはなく、ダイオード７１には、導通損失が発生しない。

一方、Ｐ側共通配線６３ＣＰを流れる直流電流の向きがＰ側配線中継点６１ＬＰからメインコンデンサＰ端子４１Ｐへ流れる向きであれば、直流電流の一部がダイオード７１に通流する。よって、ダイオード７１としては、ショットキーバリアダイオードなどの立ち上がり電圧の小さいダイオードではなく、ＰＮ接合ダイオードなどの立ち上がり電圧の大きいダイオードを用いることが望ましい。ＰＮ接合ダイオードを用いれば、ダイオード７１に流れる直流電流が低減し、発生する導通損失を低減することができるので、温度上昇を抑えることができ、ダイオード７１を小型化することができる。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る電力変換装置の回路構成例を示す図である。実施の形態３では、スイッチング電流分流部品７０として直列接続されたインダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂを用いている。また、電力用半導体素子３２ａとしてＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を用いている。電力用半導体素子３２ａおよびダイオード３２ｂは、絶縁確保および機械強度確保を目的として樹脂で封止されており、電力用半導体モジュール３１を構成している。電力用半導体モジュール３１は、外部の回路と電気的に接続するため、第１端子であるドレイン端子Ｄ１、第２端子であるソース端子Ｓ１、第１制御端子であるゲート制御端子ＧＣおよび第２制御端子であるソース制御端子ＳＣを備える。ドレイン端子Ｄ１、ソース端子Ｓ１、ゲート制御端子ＧＣおよびソース制御端子ＳＣは、内部の配線を通じて、電力用半導体素子３２ａおよびダイオード３２ｂに電気的に接続されている。その他の構成は実施の形態１と同一または同等であり、同一または同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図７は、実施の形態３の電力変換装置に通流するスイッチング電流波形の一例を示す図であり、横軸は時間、縦軸は電流値を表している。ＭＯＳＦＥＴである電力用半導体素子３２ａがスイッチング動作すると、電力用半導体素子３２ａを通流するスイッチング電流が図７に示すように振動する場合がある。なお、このような振動するスイッチング電流は、特にリンギング電流と呼ばれることがある。リンギング電流の振動部分は、数ｎｓから数十ｕｓという短い時間に数十アンペアから数万アンペア変化する。これは、配線の寄生インダクタンスと電力用半導体素子の寄生容量がＬＣ共振を起こすためである。リンギング電流が通流すると、配線にはサージ電圧が発生する。サージ電圧もリンギング電流と同様に振動するため、特にリンギング電圧と呼ばれることがある。なお、リンギング電流とリンギング電圧の振動の周波数は同じである。

一般的に、ＭＯＳＦＥＴのトランジスタ部には寄生容量が存在し、また、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード部にも寄生容量が存在する。ＭＯＳＦＥＴに並列にダイオードが外付けされている場合（図６の例であればダイオード３２ｂ）には、当該外付けダイオードにも寄生容量が存在する。これら複数の寄生容量のうちの少なくとも１つの寄生容量が、電力用半導体素子の寄生容量として表れる。いずれにせよ、電力用半導体素子の寄生容量は、ある決まった値をとる。また、配線の寄生インダクタンスもある決まった値をとる。よって、リンギング電流およびリンギング電圧の振動周波数はある決まった値をとる。

実施の形態３に係る電力変換装置１は、スイッチング電流分流部品７０として直列接続されたインダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂを使用し、これらのインダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂを配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２に並列に取り付けている。

ここで、Ｐ側共通配線６３ＣＰに、上述したリンギング電流が通流した場合を考える。リンギング電流は振動する電流であり、数ｎｓから数十ｕｓという短い時間に、電流値が数十アンペアから数万アンペア変化する。電磁気学の法則に従って、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１，６３ＣＰ２，６３ＣＰ３には、リンギング電圧が発生する。よって、電力用半導体素子３２ａには、リンギング電圧が加わる。リンギング電圧が過大となると、電力用半導体素子３２ａが破壊するおそれがある。

一方、図６の構成によれば、インダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂの直列回路には、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２に流れるリンギング電流の一部が分流して通流する。このため、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２に通流するリンギング電流が低減し、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２に発生するリンギング電圧が低減する。その結果、電力用半導体素子３２ａに加わるリンギング電圧が低減する。

さらに、電力変換装置１の内部の配線には、実施の形態１，２でも説明したように、長時間、直流電圧が発生することはない。Ｐ側共通配線６３ＣＰに、長時間、直流電圧が発生しないことから、インダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂの直列回路には、長時間、直流電圧が加わることがない。したがって、インダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂを低耐圧部品で構成することができる。

このように、実施の形態３に係る電力変換装置によれば、電力変換装置１の内部の部品に加わるリンギング電圧を低減するスナバであって、かつ、低耐圧部品のみで構成されたスナバを構成することができる。

また、Ｐ側共通配線６３ＣＰには長時間、直流電流が通流する。一方、直列接続されたインダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂには直流電流が通流することはない。よって、インダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂの直列回路には、直流電流通流による導通損失が発生することはない。このため、実施の形態３に係る電力変換装置によれば、インダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂの温度上昇を抑えることができるので、スイッチング電流分流部品として用いるインダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂをより小型化することができる。

次に、インダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂを選定する際の考慮事項について説明する。インダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂを選定する際には、それぞれの部品定数を調整し、インダクタ７２ａとコンデンサ７２ｂによるＬＣ共振周波数がリンギング電流（スイッチング電流）の振動周波数と一致するようにすることが望ましく、少なくともリンギング電流の振動周波数成分がＬＣ共振周波数の半値幅内に含まれることが好ましい。ここで、ＬＣ共振周波数の半値幅とは、周波数とＬＣフィルタの減衰率の関数で表した際に、ＬＣ共振周波数を中心とし、ＬＣフィルタの減衰率が当該ＬＣ共振周波数における減衰率の半値となる周波数までを含む周波数帯を指す。なお、リンギングの振動周波数は、スイッチング電流分流部品は設けない状態でスイッチング試験を行うことで予め計測しておくこと等して算出することができる。このようにすれば、リンギング電流の振動周波数において、直列接続されたインダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂによる合成インピーダンスが極小となり、インダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂの直列回路に分流するリンギング電流が増加し、その結果、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２を通流するリンギング電流が低減する。この作用により、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２に発生するリンギング電圧の低減効果が増大する。

なお、スイッチング電流の振動成分が複数ある場合には、スイッチング電流の時間変化率が最も大きな振動を選ぶとよい。インダクタ７２ａおよびコンデンサ７２ｂによるＬＣ共振周波数を、当該大きな振動の周波数と一致するようにすれば、サージ電圧の低減効果をさらに大きくすることができる。

また、更なるスイッチング電流分流部品７０として、直列接続されたインダクタおよびコンデンサを追加してもよい。この場合には、追加したインダクタおよびコンデンサによるＬＣ共振周波数を、スイッチング電流の時間変化率が２番目に大きな振動の周波数に一致するように選定すれば、サージ電圧の低減効果をさらに大きくすることができる。

なお、望ましくは、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２にコンデンサ７２ｂを取り付ける際の配線の寄生インダクタンスを、コンデンサ７２ｂに直列に接続するインダクタ７２ａとして利用する。このようにすれば、コンデンサ７２ｂに直列に接続するインダクタ７２ａとして、インダクタ部品を個別に準備する必要がない。この場合、コンデンサ７２ｂの部品定数を調整することで、コンデンサ７２ｂのキャパシタンスとインダクタンスとによるＬＣ共振周波数がリンギング電流の振動周波数と一致するようにすることが可能である。

実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る電力変換装置の回路構成例を示す図であり、図９は、実施の形態４に係る電力変換装置の構成例を示す斜視図である。実施の形態４においても、スイッチング電流が通流する配線と並列にスイッチング電流分流部品が接続されている。実施の形態４の特徴は、スイッチング電流が通流する配線とスイッチング電流分流部品の２個ある接続点のうち少なくとも一方がメインコンデンサの近く（直近）に設けられていることにある。なお、その他の構成は実施の形態１と同一または同等であり、同一または同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態４の構成をより詳細に説明する。まず、スイッチング電流分流部品７０は、Ｐ側共通配線６３ＣＰに並列に接続されている。Ｐ側共通配線６３ＣＰが、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１，６３ＣＰ２，６３ＣＰ３により構成されるとみなすことは実施の形態１と同じである。また、スイッチング電流分流部品７０の２個ある接続点のうちの一方の接続点が配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２と配線寄生インダクタンス６３ＣＰ３との間にあることも実施の形態１と同じである。

これに対し、実施の形態４では、スイッチング電流分流部品７０の２個ある接続点のうちのもう一方の接続点が配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２と配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１との間ではなく、メインコンデンサ４におけるメインコンデンサＰ端子４１Ｐの近くに接続されている点が実施の形態１と異なっている。

なお、上記の説明において、「メインコンデンサＰ端子４１Ｐの近く（直近）」とは、メインコンデンサＰ端子４１Ｐを含むと共に、例えばメインコンデンサＰ端子４１Ｐからの距離がメインコンデンサ４１におけるメインコンデンサＰ端子４１ＰとメインコンデンサＰ端子４１Ｐの対となる端子であるメインコンデンサＮ端子４１Ｎとの間の距離と同じかそれ未満である場所が該当する。つまり、スイッチング電流分流部品７０の２個ある接続点のうちのもう一方の接続点とメインコンデンサＰ端子４１Ｐとの間の距離が、メインコンデンサＰ端子４１ＰとメインコンデンサＮ端子４１Ｎとの間の距離と同じかそれ未満である場合が該当する。このような条件を満たす接続点は、メインコンデンサＰ端子４１Ｐと同視することができる。

Ｐ側共通配線６３ＣＰをメインコンデンサＰ端子４１Ｐにねじ止めする場合には、スイッチング電流分流部品７０の配線も同じねじを用いてメインコンデンサＰ端子４１Ｐにねじ止めすればよい。このようにすれば、スイッチング電流が通流する配線とスイッチング電流分流部品７０の２個ある接続点のうちのもう一方の接続点を、メインコンデンサ４の近くに設けることができる。なお、Ｎ側共通配線６３ＣＮと並列にスイッチング電流分流部品７０を接続する場合でも同様な接続構成とすることができる。

Ｐ側の電力用半導体素子のスイッチング動作に伴って、Ｐ側共通配線６３ＣＰには、スイッチング電流が通流する。スイッチング電流は、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１，６３ＣＰ２，６３ＣＰ３に通流する。電磁気学の法則に従って、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１，６３ＣＰ２，６３ＣＰ３には、サージ電圧が発生する。実施の形態４の構成であれば、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品７０に分流して通流することから、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１，６３ＣＰ２に通流するスイッチング電流が低減する。よって、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１，６３ＣＰ２に発生するサージ電圧を低減することができる。このため、実施の形態４の電力変換装置は、実施の形態１の電力変換装置よりも、サージ電圧の低減効果を大きくすることができる。

実施の形態５．
図１０は、実施の形態５に係る電力変換装置の回路構成例を示す図であり、図１１は、実施の形態５に係る電力変換装置の構成例を示す斜視図である。実施の形態５においても、スイッチング電流が通流する配線と並列にスイッチング電流分流部品７０が接続されている。実施の形態５の特徴は、スイッチング電流が通流する配線とスイッチング電流分流部品７０の２個ある接続点のうち少なくとも一方が電力用半導体素子の近く（直近）に設けられていることにある。なお、その他の構成は実施の形態１と同一または同等であり、同一または同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態５の構成をより詳細に説明する。まず、Ｐ側共通配線６３ＣＰが、配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１，６３ＣＰ２，６３ＣＰ３により構成されるとみなすことは実施の形態１と同じである。また、スイッチング電流分流部品７０の２個ある接続点のうち一方の接続点が配線寄生インダクタンス６３ＣＰ１と配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２との間にあることも実施の形態１と同じである。

これに対し、実施の形態５では、スイッチング電流分流部品７０の２個ある接続点のうちのもう一方の接続点が配線寄生インダクタンス６３ＣＰ２と配線寄生インダクタンス６３ＣＰ３との間ではなく、Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰにおけるコレクタ端子Ｃ１の近くにあるＰ側Ｕ相配線６２ＵＰに接続されている点が実施の形態１と異なっている。

なお、上記の説明において、「コレクタ端子Ｃ１の近く（直近）」とは、コレクタ端子Ｃ１を含むと共に、例えばコレクタ端子Ｃ１からの距離が電力用半導体モジュール３１ＵＰにおけるコレクタ端子Ｃ１とコレクタ端子Ｃ１の対となる端子であるエミッタ端子Ｅ１との間の距離と同じかそれ未満である場所が該当する。つまり、スイッチング電流分流部品７０の２個ある接続点のうちのもう一方の接続点とコレクタ端子Ｃ１との間の距離が、Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰにおけるコレクタ端子Ｃ１とエミッタ端子Ｅ１との間の距離と同じかそれ未満である場合が該当する。このような条件を満たす接続点は、コレクタ端子Ｃ１と同視することができる。

Ｐ側Ｕ相配線６２ＵＰをＰ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰにおけるコレクタ端子Ｃ１にねじ止めする場合には、スイッチング電流分流部品７０の配線も同じねじを用いて当該コレクタ端子Ｃ１にねじ止めすればよい。このようにすれば、スイッチング電流が通流する配線とスイッチング電流分流部品７０の２個ある接続点のうちのもう一方の接続点を、コレクタ端子Ｃ１の近くに設けることができる。なお、Ｎ側共通配線６３ＣＮおよびＮ側Ｕ相配線６２ＵＮと並列にスイッチング電流分流部品７０を接続する場合でも同様な接続構成とすることができる。

Ｐ側の電力用半導体素子のスイッチング動作に伴って、Ｐ側共通配線６３ＣＰおよびＰ側Ｕ相配線６２ＵＰには、スイッチング電流が通流する。電磁気学の法則に従って、Ｐ側共通配線６３ＣＰおよびＰ側Ｕ相配線６２ＵＰには、サージ電圧が発生する。実施の形態５の構成によれば、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品７０に分流して通流することから、Ｐ側共通配線６３ＣＰおよびＰ側Ｕ相配線６２ＵＰに発生するサージ電圧を低減することができる。このため、実施の形態５の電力変換装置は、実施の形態１の電力変換装置よりも、サージ電圧の低減効果を大きくすることができる。

図１２は、実施の形態５に係る電力変換装置の別の回路構成例を示す図である。電力用半導体モジュールの中には、コレクタ端子とは別にコレクタ補助端子を備えるものがある。この種の電力用半導体モジュールでは、コレクタ端子と電力用半導体素子を結ぶ配線には大電流が長時間通流することを想定して設計されている。このため、コレクタ端子と電力用半導体素子を結ぶ配線には太い配線部材が用いられており、配線抵抗が小さくなるようになっている。一方、コレクタ補助端子は、電力用半導体素子のコレクタ電位を検出することが目的の端子であり、コレクタ端子とは異なる。より詳細に説明すると、コレクタ補助端子と電力用半導体素子を結ぶ配線には電力用半導体素子におけるコレクタ電位の検出に必要な小電流が通流すると想定して、電力用半導体モジュールが設計されている。したがって、通常、コレクタ補助端子と電力用半導体素子を結ぶ配線には、コレクタ端子と電力用半導体素子を結ぶ配線よりも細い配線部材が用いられている。

ここで、図１２に示す構成では、スイッチング電流分流部品７０の２個ある接続点のうちの一方の接続点が、コレクタ補助端子ＣＡ１に接続されている。スイッチング電流分流部品７０の２個ある接続点のうちもう一方の接続点は、図１０と同じである。図１２の構成であれば、Ｐ側共通配線６３ＣＰ、Ｐ側Ｕ相配線６２ＵＰおよび、コレクタ端子Ｃ１と電力用半導体素子３２ａとを結ぶ配線（以下、便宜的に「コレクタ内部配線」と称する）と並列にスイッチング電流分流部品７０が接続されているとみなすことができる。Ｐ側共通配線６３ＣＰ、Ｐ側Ｕ相配線６２ＵＰおよびコレクタ内部配線にはスイッチング電流が通流するが、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品７０に分流する。その結果、Ｐ側共通配線６３ＣＰ、Ｐ側Ｕ相配線６２ＵＰおよびコレクタ内部配線に発生するサージ電圧を低減することができる。なお、図１２に示す構成によるサージ電圧の低減効果は、図１０に示す構成によるサージ電圧の低減効果よりも大きくなる。

実施の形態６．
図１３は、実施の形態６に係る電力変換装置の回路構成例を示す図であり、図１４は、実施の形態６に係る電力変換装置の構成例を示す斜視図である。実施の形態６においても、スイッチング電流が通流する配線と並列にスイッチング電流分流部品７０（７０ａ，７０ｂ，７０ｃ）が接続されている。すなわち、実施の形態６の第１の特徴は、スイッチング電流分流部品７０が並列接続された配線が複数存在することであり、また、実施の形態６の第２の特徴は、実施の形態１から５まではスイッチング電流分流部品７０を直流側接続配線部材（正側接続配線部材および負側接続配線部材）に対してのみ並列に接続しているのに対し、実施の形態６ではスイッチング電流分流部品７０を交流側接続配線部材に対しても並列に接続している点にある。なお、その他の構成は実施の形態１と同一または同等であり、同一または同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態６の構成をより詳細に説明する。上述したように、実施の形態６では、３つのスイッチング電流分流部品７０ａ，７０ｂ，７０ｃを有している。第１のスイッチング電流分流部品であるスイッチング電流分流部品７０ａは、メインコンデンサＰ端子４１ＰとＰ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰのコレクタ端子Ｃ１とを結ぶ配線、すなわちＰ側共通配線６３ＣＰおよびＰ側Ｕ相配線６２ＵＰに対して並列に接続されている。第２のスイッチング電流分流部品であるスイッチング電流分流部品７０ｂは、メインコンデンサＮ端子４１ＮとＮ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮのエミッタ端子Ｅ２とを結ぶ配線、すなわちＮ側共通配線６３ＣＮおよびＮ側Ｕ相配線６２ＵＮに対して並列に接続されている。スイッチング電流分流部品７０ａ，７０ｂは、直流側接続配線部材に対して並列に接続されるスイッチング電流分流部品である。また、第３のスイッチング電流分流部品であるスイッチング電流分流部品７０ｃは、Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰのエミッタ端子Ｅ１とＮ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮのコレクタ端子Ｃ２を結ぶ配線と並列に接続されている。スイッチング電流分流部品７０ｃは、交流側接続配線部材に対して並列に接続されるスイッチング電流分流部品である。なお、交流側接続配線部材とは電力用半導体モジュール内の配線と電力用半導体モジュール同士を接続する配線とを含むが、本実施の形態では交流側接続配線部材のうち電力用半導体モジュール同士を接続する交流側接続配線部材に並列接続するようにスイッチング電流分流部品７０ｃを設けている。

電力用半導体素子３２ａのスイッチング動作に伴って、これらの配線にはスイッチング電流が通流する。電磁気学の法則に従って、これらの配線にはサージ電圧が発生する。実施の形態６の構成であれば、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品７０ａ，７０ｂ，７０ｃのうちの少なくとも１つに分流して通流することから、各配線に発生するサージ電圧を低減することができる。このように、サージ電圧が低減する配線が複数存在することから、実施の形態６の電力変換装置は、実施の形態１の電力変換装置よりもサージ電圧の低減効果を大きくすることができる。

図１５は、実施の形態６に係る電力変換装置の別の回路構成例を示す図である。図１３に示す構成ではＰ側共通配線６３ＣＰからＰ側Ｕ相配線６２ＵＰにかけて１個のスイッチング電流分流部品７０ａが取り付けられていた。この構成により、Ｐ側共通配線６３ＣＰおよびＰ側Ｕ相配線６２ＵＰに発生するサージ電圧を低減することができる。ところで、電力変換装置１の部品は複雑に入り組んでいることがあり、Ｐ側共通配線６３ＣＰからＰ側Ｕ相配線６２ＵＰにかけて１個のスイッチング電流分流部品７０ａを取り付けることが困難な場合がある。この場合には、図１５に示すようにＰ側共通配線６３ＣＰに１個のスイッチング電流分流部品７０ａ１を、Ｐ側Ｕ相配線６２ＵＰに別のもう１個のスイッチング電流分流部品７０ａ２を取り付ければよい。このように構成しても、Ｐ側共通配線６３ＣＰおよびＰ側Ｕ相配線６２ＵＰに発生するサージ電圧を低減することができる。

また、図１３に示す構成では、Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰのエミッタ端子Ｅ１とＮ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮのコレクタ端子Ｃ２とを結ぶ配線と並列に１個のスイッチング電流分流部品７０ｃが接続されていた。図１５に示す構成では、Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰのエミッタ端子Ｅ１とＮ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮのコレクタ端子Ｃ２とを結ぶ配線と並列に２個のスイッチング電流分流部品７０ｃ１，７０ｃ２が接続されており、図１３に示す構成よりもスイッチング電流分流部品の個数が多い。Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰのエミッタ端子Ｅ１とＮ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮのコレクタ端子Ｃ２を結ぶ配線には、スイッチング電流が通流する。図１５に示す構成では、より多くのスイッチング電流がスイッチング電流分流部品７０ｃ（７０ｃ１，７０ｃ２）に分流する。よって、Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＰのエミッタ端子Ｅ１とＮ側Ｕ相電力用半導体モジュール３１ＵＮのコレクタ端子Ｃ２を結ぶ配線に発生するサージ電圧の低減効果を、図１３に示す構成よりも大きくすることができる。

また、２個のスイッチング電流分流部品７０ｃ１，７０ｃ２は、ともにダイオードで構成してもよい。ダイオードを用いれば、振動しないスイッチング電流が分流する。２個のスイッチング電流分流部品７０ｃ１，７０ｃ２は、ともに直列接続されたインダクタおよびコンデンサで構成してもよい。直列接続されたインダクタおよびコンデンサを用いれば、振動するスイッチング電流、すなわちリンギング電流を分流させることができる。

また、２個のスイッチング電流分流部品７０ｃ１，７０ｃ２のうち、一方をダイオードで構成し、もう一方を直列接続されたインダクタおよびコンデンサで構成してもよい。このように構成すれば、振動しないスイッチング電流および振動するスイッチング電流の双方を分流させることができる。以上のように、複数あるスイッチング電流分流部品を同じ電気的性質を持つ部品で構成してもよいし、異なる電気的性質を持つ部品で構成してもよい。

さらに、図１５に示す構成では、Ｎ側共通配線６３ＣＮに１個のスイッチング電流分流部品７０ｂ１を、Ｎ側Ｕ相配線６２ＵＮに１個のスイッチング電流分流部品７０ｂ２を、Ｎ側共通配線６３ＣＮからＮ側Ｕ相配線６２ＵＮにかけて１個のスイッチング電流分流部品７０ｂ３を取り付けている。このように複数のスイッチング電流分流部品を直列、並列に組み合わせてもよい。Ｎ側共通配線６３ＣＮ、Ｎ側Ｕ相配線６２ＵＮにはスイッチング電流が通流するが、より多くのスイッチング電流をスイッチング電流分流部品７０ｂ（７０ｂ１，７０ｂ２，７０ｂ３）に分流させることができ、図１３に示す電力変換装置１よりもサージ電圧の低減効果を大きくすることができる。

なお、スイッチング電流分流部品７０をＶ相の配線に取り付けてもよい。このように構成すれば、Ｖ相の配線に発生するサージ電圧が低減し、Ｖ相の部品に印加されるサージ電圧が低減する。また、スイッチング電流分流部品７０をＷ相の配線に取り付けてもよい。このように構成すれば、Ｗ相の配線に発生するサージ電圧が低減し、Ｗ相の部品に印加されるサージ電圧が低減する。

特に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の共通配線にスイッチング電流分流部品７０を取り付けると、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の部品についてサージ電圧を低減することができる。このように構成すると、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の配線に個別にスイッチング電流分流部品７０を取り付けるよりもスイッチング電流分流部品７０の個数を削減することができる。

実施の形態７．
図１６は、実施の形態７に係る電力変換装置の回路構成例を示す図である。実施の形態７では、電力用半導体素子３２ａとしてＭＯＳＦＥＴを用いている。電力用半導体素子３２ａは、２レベル３相インバータ回路を構成している。電力用半導体素子３２ａおよびダイオード３２ｂは、絶縁確保および機械強度確保を目的として一体のモジュールとして樹脂で封止されており、３相電力用半導体モジュール３４を構成している。３相電力用半導体モジュール３４は、モジュールＵ端子３４ＵＡ、モジュールＶ端子３４ＶＡ、モジュールＷ端子３４ＷＡ、モジュールＰ端子３４ＰＤおよびモジュールＮ端子３４ＮＤを備える。モジュールＵ端子３４ＵＡ、モジュールＶ端子３４ＶＡおよびモジュールＷ端子３４ＷＡは、配線を通じて負荷である電動機２に接続される。モジュールＰ端子３４ＰＤおよびモジュールＮ端子３４ＮＤには、メインコンデンサ４が接続される。

以下、Ｐ側Ｕ相について説明すると、３相電力用半導体モジュール３４の内部には、モジュールＰ端子３４ＰＤと電力用半導体素子３２ａを結ぶ内部配線（６３ＣＰ，６２ＵＰ）にはスイッチング電流が通流するが、これらの配線と並列にスイッチング電流分流部品７０ａが取り付けられている。Ｎ側Ｕ相についても同様であり、スイッチング電流分流部品７０ｂが取り付けられている。また、電力用半導体素子３２ａ間にもスイッチング電流分流部品７０ｃが取り付けられている。Ｖ相、Ｗ相についても同様の構成である。このように、実施の形態７の特徴は、スイッチング電流分流部品７０（７０ａ，７０ｂ，７０ｃ）および、２レベル３相インバータ回路を構成する電力用半導体素子３２ａおよびダイオード３２ｂが共通の筺体に納められており、一体のモジュールであることである。また、本実施の形態においても３相電力用半導体モジュール３４の内部において、電力用半導体素子がスイッチング動作していない状態において実質的に同電位な２点間にスイッチング電流分流部品７０を設けている。

電力用半導体素子３２ａのスイッチング動作に伴って、これらの配線にはスイッチング電流が通流する。電磁気学の法則に従って、これらの配線にはサージ電圧が発生する。実施の形態７の構成によれば、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品７０ａ，７０ｂ，７０ｃのうちの少なくとも１つに分流して通流することから、各配線に発生するサージ電圧を低減することができる。

しかも、実施の形態７の電力変換装置では、スイッチング電流分流部品７０があらかじめ３相電力用半導体モジュール３４の内部に設けられているので、電力変換装置の製造過程において、スイッチング電流分流部品７０を取り付ける作業が不要である。このため、電力変換装置を短時間で製造することができる。

図１７は、実施の形態７の電力変換装置における一部の部品の構成例を示す分解斜視図であり、図１８は、図１７に示す部品を組み上げた状態を示す斜視図である。図１７および図１８に示すように、冷却器８０の上に３相電力用半導体モジュール３４が設置される。メインコンデンサ４は、メインコンデンサＰ端子４１Ｐが３相電力用半導体モジュール３４のモジュールＰ端子３４ＰＤに接触して電気的接続がとられ、また、メインコンデンサＮ端子４１Ｎが３相電力用半導体モジュール３４のモジュールＮ端子３４ＮＤに接触して電気的接続がとられるように設置される。３相電力用半導体モジュール３４のモジュールＵ端子３４ＵＡ、モジュールＶ端子３４ＶＡおよびモジュールＷ端子３４ＷＡは、配線を通じて負荷である電動機２に接続される。

図１９は、実施の形態７に係る３相電力用半導体モジュールの内部の構成例を示す斜視図である。なお、図１９では、樹脂などの非電気部材は表示していない。図１９において、Ｐ側Ｕ相電力用半導体素子３２ＵＰが接続部材９０および配線９２を通じてモジュールＰ端子３４ＰＤに電気的に接続され、Ｎ側Ｕ相電力用半導体素子３２ＵＮが接続部材９０および配線９２を通じて、モジュールＮ端子３４ＮＤに電気的に接続される。また、接続部材９０および配線９２を通じて、Ｐ側Ｕ相電力用半導体素子３２ＵＰとＮ側Ｕ相電力用半導体素子３２ＵＮとが電気的に接続される。また、接続部材９０の一部はモジュールＵ端子３４ＵＡとなっている。なお、Ｖ相、Ｗ相についても同様の構成であり、重複する説明は省略する。

ここで、スイッチング電流が通流する配線に着目する。メインコンデンサ４および３相電力用半導体モジュール３４の外部に露出している配線と、３相電力用半導体モジュール３４内の配線とを比較すると、前者は後者よりも配線の距離が短い。このような場合には、メインコンデンサ４および３相電力用半導体モジュール３４の外部に露出している配線にスイッチング電流分流部品を取り付けるよりも、３相電力用半導体モジュール３４の内部配線にスイッチング電流分流部品を取り付けた方が、より大きなサージ電圧低減効果を得ることが可能になる。

３相電力用半導体モジュール３４において、内部の配線は、必ずしも水平方向、垂直方向に最短距離では配線されておらず、モジュール内部の配線による寄生インダクタンスは小さくない。このため、３相電力用半導体モジュール３４の内部配線に発生するリンギング電圧が大きくなる。

そこで、図１９に示す構成では、モジュールＰ端子３４ＰＤとＰ側Ｕ相電力用半導体素子３２ＵＰを結ぶ配線９２、Ｐ側Ｕ相電力用半導体素子３２ＵＰとＮ側Ｕ相電力用半導体素子３２ＵＮを結ぶ配線９２、Ｎ側Ｕ相電力用半導体素子３２ＵＮとモジュールＮ端子３４ＮＤを結ぶ配線９２であって、これらの配線と並列にスイッチング電流分流部品７０を取り付けている。３相電力用半導体モジュール３４の内部配線にスイッチング電流が通流するが、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品７０に分流する。このため、３相電力用半導体モジュール３４の内部配線に発生するサージ電圧を低減することができる。

しかも、図１９に示すように、スイッチング電流分流部品７０を斜め方向に配置している。斜め方向に配置すれば、３相電力用半導体モジュール３４の内部配線よりも配線距離を短くできるので、長さに比例する抵抗値をより小さくでき、スイッチング電流分流部品７０に、より多くのスイッチング電流を分流させることができ、その結果、３相電力用半導体モジュール内部の配線に発生するサージ電圧低減効果を大きくすることができる。

図２０は、実施の形態７に係る電力変換装置の別の回路構成例を示す図である。図１６に示す構成では、２レベル３相インバータ回路を構成する６対の電力用半導体素子３２ａおよびダイオード３２ｂが一体化されて３相電力用半導体モジュール３４を構成していたが、図２０の構成では、各相アーム回路を構成する２対の電力用半導体素子３２ａ（３２ａ１または３２ａ２）およびダイオード３２ｂが一体化されたＵ相電力用半導体モジュール３５Ｕ、Ｖ相電力用半導体モジュール３５ＶおよびＷ相電力用半導体モジュール３５Ｗを用いて２レベル３相インバータ回路を構成している。

以下、図２０を参照して、Ｕ相の構成について説明する。まず、Ｕ相電力用半導体モジュール３５Ｕを構成する電力用半導体素子３２ａとしては、ＭＯＳＦＥＴが用いられている。Ｕ相電力用半導体モジュール３５Ｕは、外部の回路と電気的に接続するため、Ｐ端子３５ＰＤ、ＡＣ端子３５ＵＡ、Ｎ端子３５ＮＤ、Ｐ側ゲート制御端子３５ＧＰ、Ｐ側ソース制御端子３５ＳＰ、Ｎ側ゲート制御端子３５ＧＮおよび、Ｎ側ソース制御端子３５ＳＮを備える。Ｕ相電力用半導体モジュール３５Ｕにおけるこれらの各端子は、内部の配線を通じて、Ｐ側Ｕ相電力用半導体素子３２ａ１およびＮ側Ｕ相電力用半導体素子３２ａ２に電気的に接続されている。

ここで、図２０の構成では、内部配線に３つのスイッチング電流分流部品７０が接続されている。具体的に説明すると、Ｐ端子３５ＰＤとＰ側Ｕ相電力用半導体素子３２ａ１を結ぶ配線と並列にスイッチング電流分流部品７０ｕａが接続され、Ｐ側Ｕ相電力用半導体素子３２ａ１とＮ側Ｕ相電力用半導体素子３２ａ２を結ぶ配線と並列にスイッチング電流分流部品７０ｕｃが接続され、Ｎ端子３５ＮＤとＮ側Ｕ相電力用半導体素子３２ａ２を結ぶ配線と並列にスイッチング電流分流部品７０ｕｂが接続されている。このように、スイッチング電流分流部品７０ｕａ，７０ｕｂ，７０ｕｃとＵ相電力用半導体モジュール３５Ｕは、共通の筺体に納められて一体のモジュールとなっている。

Ｐ側Ｕ相電力用半導体素子３２ａ１およびＮ側Ｕ相電力用半導体素子３２ａ２のスイッチング動作に伴って、これらの配線にはスイッチング電流が通流する。電磁気学の法則に従って、これらの配線にはサージ電圧が発生する。図２０の構成であれば、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品７０ｕａ，７０ｕｂ，７０ｕｃのうちの少なくとも１つに分流して通流することから、各配線に発生するサージ電圧を低減することができる。

しかも、図２０の構成の電力変換装置であれば、スイッチング電流分流部品７０ｕａ，７０ｕｂ，７０ｕｃがあらかじめＵ相電力用半導体モジュール３５Ｕの内部に設けられているので、電力変換装置の製造過程において、スイッチング電流分流部品７０ｕａ，７０ｕｂ，７０ｕｃを取り付ける作業が不要である。このため、電力変換装置を短時間で製造することができる。

実施の形態８．
図２１は、実施の形態８に係る電力変換装置の回路構成例を示す図である。実施の形態８では、各相アーム回路を構成する２対の電力用半導体素子３２ａ（３２ａ１または３２ａ２）およびダイオード３２ｂが一体化されたＵ相電力用半導体モジュール３５Ｕ、Ｖ相電力用半導体モジュール３５ＶおよびＷ相電力用半導体モジュール３５Ｗを用いて２レベル３相インバータ回路を構成している。これらＵ相電力用半導体モジュール３５Ｕ、Ｖ相電力用半導体モジュール３５ＶおよびＷ相電力用半導体モジュール３５Ｗは、絶縁確保および機械強度確保を目的として樹脂で封止されている。

以下、Ｕ相について説明すると、Ｕ相電力用半導体モジュール３５Ｕは、外部の回路と電気的に接続するため、Ｐ端子３５ＰＤ、ＡＣ端子３５ＵＡ、Ｎ端子３５ＮＤ、Ｐ側ゲート制御端子３５ＧＰ、Ｐ側ソース制御端子３５ＳＰ、Ｎ側ゲート制御端子３５ＧＮおよび、Ｎ側ソース制御端子３５ＳＮを備える。Ｕ相電力用半導体モジュール３５Ｕにおけるこれらの各端子は、内部の配線を通じて、Ｐ側Ｕ相電力用半導体素子３２ａ１およびＮ側Ｕ相電力用半導体素子３２ａ２に電気的に接続されている。なお、Ｖ相およびＷ相についても同様の構成である。また、Ｕ相電力用半導体モジュール３５Ｕ、Ｖ相電力用半導体モジュール３５ＶおよびＷ相電力用半導体モジュール３５Ｗのそれぞれと、メインコンデンサ４との間の接続は実施の形態１と同一または同等であり、同一または同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

Ｐ側共通配線６３ＣＰを通じてメインコンデンサ４へ入る向きに流れるスイッチング電流は、メインコンデンサ４を通る。メインコンデンサ４を通ったスイッチング電流は、Ｎ側共通配線６３ＣＮをメインコンデンサ４から出る向きに流れる。つまり、Ｐ側共通配線６３ＣＰを流れるスイッチング電流とＮ側共通配線６３ＣＮを流れるスイッチング電流は、大きさが同じで通流方向が逆となる。

Ｐ側Ｕ相配線６２ＵＰを通じてＵ相電力用半導体モジュール３５Ｕへ入る向きに流れるスイッチング電流は、Ｕ相電力用半導体モジュール３５Ｕを通る。電動機２にはスイッチング電流は通流しないことから、Ｕ相電力用半導体モジュール３５ＵのＡＣ端子３５ＵＡには、スイッチング電流は通流しない。よって、Ｕ相電力用半導体モジュール３５Ｕを通ったスイッチング電流は、Ｎ側Ｕ相配線６２ＵＮをＵ相電力用半導体モジュールから出る向きに流れる。つまり、Ｐ側Ｕ相配線６２ＵＰを流れるスイッチング電流とＮ側Ｕ相配線６２ＵＮを流れるスイッチング電流は、大きさが同じで通流方向が逆となる。

図２１に示すように、メインコンデンサＰ端子４１ＰとＵ相電力用半導体モジュール３５ＵのＰ端子３５ＰＤを結ぶ配線と並列にスイッチング電流分流部品７０Ｕ１が接続されている。メインコンデンサＰ端子４１ＰとＵ相電力用半導体モジュールのＰ端子３５ＰＤを結ぶ配線に流れるスイッチング電流の通流方向と、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１に分流して流れるスイッチング電流の通流方向は同じである。

同様に、メインコンデンサＮ端子４１ＮとＵ相電力用半導体モジュール３５ＵのＮ端子３５ＮＤを結ぶ配線と並列にスイッチング電流分流部品７０Ｕ２が接続されている。メインコンデンサＮ端子４１ＮとＵ相電力用半導体モジュール３５ＵのＮ端子３５ＮＤを結ぶ配線に流れるスイッチング電流の通流方向と、スイッチング電流分流部品７０Ｕ２に分流して流れるスイッチング電流の通流方向は同じである。

一方、先に説明したように、メインコンデンサＰ端子４１ＰとＵ相電力用半導体モジュール３５ＵのＰ端子３５ＰＤを結ぶ配線に流れるスイッチング電流と、メインコンデンサＮ端子４１ＮとＵ相電力用半導体モジュール３５ＵのＮ端子３５ＮＤを結ぶ配線に流れるスイッチング電流とは、大きさが同じで向きが逆向きである。よって、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１を通流するスイッチング電流と、スイッチング電流分流部品７０Ｕ２を通流するスイッチング電流とは、大きさが同じで向きが逆向きである。

図２１に示す構成によれば、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１の取り付け配線の寄生インダクタンスと、スイッチング電流分流部品７０Ｕ２の取り付け配線の寄生インダクタンスとが打ち消し合い、全体の寄生インダクタンスが低減する。寄生インダクタンスが低減するため、より多くのスイッチング電流がスイッチング電流分流部品７０Ｕ１，７０Ｕ２に分流する。その結果、配線に発生するサージ電圧の低減効果が大きくなる。

図２２は、実施の形態８に係る電力変換装置の一部の部品の構成例を示す分解斜視図であり、図２３は、図２２に示す部品を組み上げて実施の形態８に係るスイッチング電流分流部品を取り付けた状態を示す斜視図である。図２２および図２３に示すように、冷却器８０の上にＵ相電力用半導体モジュール３５Ｕ、Ｖ相電力用半導体モジュール３５ＶおよびＷ相電力用半導体モジュール３５Ｗが設置される。ブスバー６４は、Ｕ相電力用半導体モジュール３５Ｕ、Ｖ相電力用半導体モジュール３５ＶおよびＷ相電力用半導体モジュール３５Ｗの各端子、ならびに、メインコンデンサ４のメインコンデンサＰ端子４１ＰおよびメインコンデンサＮ端子４１Ｎとの電気的接続がとられるように設置される。スイッチング電流分流部品７０Ｕ１，７０Ｕ２の各一方の接続点は、ブスバー６４が設置された状態で、Ｕ相電力用半導体モジュール３５ＵのＰ端子３５ＰＤおよびＮ端子３５ＮＤに直接、または、それらの端子の近くのブスバー６４上に接続される。スイッチング電流分流部品７０Ｕ１，７０Ｕ２の各もう一方の接続点は、メインコンデンサＰ端子４１ＰおよびメインコンデンサＮ端子４１Ｎに直接、または、それらの端子の近くのブスバー６４上に接続される。Ｖ相およびＷ相用のスイッチング電流分流部品の接続については図示を省略しているが、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１，７０Ｕ２と同様に接続されることは言うまでもない。

なお、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１、７０Ｕ２を取り付ける配線としては、配線を流れるスイッチング電流の大きさが同じで向きが逆向きであるような２個の配線を選択した。しかしながら、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１、７０Ｕ２を取り付ける配線としては、配線を流れるスイッチング電流の大きさが異なるが、向きが逆向きであるような２個の配線を選択してもよい。この場合、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１を通流するスイッチング電流と、スイッチング電流分流部品７０Ｕ２を通流するスイッチング電流とは、大きさが異なるが向きが逆向きとなる。スイッチング電流分流部品７０Ｕ１の取り付け配線の寄生インダクタンスの一部と、スイッチング電流分流部品７０Ｕ２の取り付け配線の寄生インダクタンスの一部とが打ち消し合い、全体の寄生インダクタンスの一部が低減する。寄生インダクタンスの一部が低減するため、より多くのスイッチング電流がスイッチング電流分流部品７０Ｕ１，７０Ｕ２に分流する。図２１に示す構成よりは効果が劣るものの、配線に発生するサージ電圧の低減効果を大きくすることができる。

なお、図２４に示すように、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１，７０Ｕ２を近づけて配置することが望ましい。ここで、「近づけて配置」とは、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１とスイッチング電流分流部品７０Ｕ２との間の距離が、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１とスイッチング電流が通流する配線（本実施の形態においては、メインコンデンサＰ端子４１ＰとＵ相電力用半導体モジュール３５ＵのＰ端子３５ＰＤを結ぶ配線）との２個ある接続点同士の距離、および、スイッチング電流分流部品７０Ｕ２とスイッチング電流が通流する配線（本実施の形態においては、メインコンデンサＮ端子４１ＮとＵ相電力用半導体モジュール３５ＵのＮ端子３５ＮＤを結ぶ配線）との２個ある接続点同士の距離、のうちの何れか短い方と同じかそれ未満である場合が該当する。このような条件を満たすスイッチング電流分流部品７０Ｕ１，７０Ｕ２の配置は、ここで言う「近づけて配置」に該当する。

図２４に示す構成によれば、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１を取り付ける配線の寄生インダクタンスと、スイッチング電流分流部品７０Ｕ２を取り付ける配線の寄生インダクタンスとがより強く打ち消し合うので、スイッチング電流分流部品７０Ｕ１，７０Ｕ２により多くのスイッチング電流が分流する。この作用により、配線に発生するサージ電圧の低減効果をより大きくすることができる。

実施の形態９．
実施の形態１から８までは、電力変換回路である２レベル３相インバータ回路に本発明を適用する場合について説明したが、本発明は、直流を交流に変換するインバータ回路に加えて、交流を直流に変換するコンバータ回路にも適用することができるし、単相のインバータ回路および単相のコンバータ回路、すなわち２レベルの電力変換回路にも適用することができる。また、２レベルの電力変換回路に限定されるものではなく、例えば３レベルインバータ回路、３レベルコンバータ回路等、マルチレベルの電力変換回路にも適用することができる。そこで、本実施の形態においては、単相の３レベルコンバータ回路に本発明を適用する場合について説明する。

実施の形態９に係る電力変換装置の回路図を図２５に示す。図２５は３レベルのＡＣ−ＤＣコンバータ回路であり、３レベルコンバータ回路１０４の入力には絶縁トランス１０２を介して交流電力系統１００が接続されている。３レベルコンバータ回路１０４は、３種類の直流電圧を出力することから、３レベルコンバータ回路１０４は、正側端子、中間端子および負側端子という３種類の端子を有し、メインコンデンサ４は、正側端子４１Ｐ、中間端子４１Ｍおよび負側端子４１Ｎという３種類の端子を有する。コンバータ回路１０４の正側端子はメインコンデンサ４の正側端子４１Ｐに接続され、コンバータ回路１０４の負側端子はメインコンデンサ４の負側端子４１Ｎと接続され、コンバータ回路１０４の中間端子はメインコンデンサ４の中間端子４１Ｍと接続されている。

本実施の形態では、上側モジュール１０５ＵＰ，１０５ＶＰ、中間モジュール１０５ＵＭ，１０５ＶＭおよび下側モジュール１０５ＵＮ，１０５ＶＮにより３レベルのコンバータ回路の各相が構成される。また、上側モジュール１０５ＵＰ，１０５ＶＰおよび下側モジュール１０５ＵＮ，１０５ＶＮの各端子は、コンバータ回路１０４の正側端子、中間端子、負側端子を構成する。

以下、Ｕ相の構成について説明する。まず、上側モジュール１０５ＵＰは、第１端子１０５ＵＰ１と第２端子１０５ＵＰ２との間にスイッチング素子１０５ａ１およびこれに逆並列に接続されるフリーホイールダイオード素子１０５ｂ１が設けられ、第２端子１０５ＵＰ２と第３端子１０５ＵＰ３との間にダイオード素子１０５ｃ１が設けられている。ここでは、上側モジュール１０５ＵＰをチョッパモジュールと呼ぶ。本実施の形態ではスイッチング素子１０５ａ１としてＭＯＳＦＥＴを用いており、かかる場合、フリーホイールダイオード素子１０５ｂ１としてはＭＯＳＦＥＴ内に内蔵される寄生ダイオードを用いてもよいし、ＭＯＳＦＥＴとは別にショットキーバリアダイオードまたはＰＮ接合ダイオードを用いることとしてもよい。このことは、中間モジュール１０５ＵＭおよび下側モジュール１０５ＵＮにおいても同様である。

中間モジュール１０５ＵＭは、第１端子１０５ＵＭ１と第２端子１０５ＵＭ２との間にスイッチング素子１０５ａ２およびこれに逆並列のフリーホイールダイオード素子１０５ｂ２が設けられ、第２端子１０５ＵＭ２と第３端子１０５ＵＭ３との間にもスイッチング素子１０５ａ３およびこれに逆並列のフリーホイールダイオード素子１０５ｂ３が設けられている。ここでは、中間モジュール１０５ＵＭを２ｉｎ１モジュールと呼ぶ。

下側モジュール１０５ＵＮは、上側モジュール１０５ＵＰと同様にチョッパモジュールによって構成され、第１端子１０５ＵＮ１と第２端子１０５ＵＮ２との間にダイオード素子１０５ｃ２が設けられており、第２端子１０５ＵＮ２と第３端子１０５ＵＮ３との間にスイッチング素子１０５ａ４およびこれに逆並列のフリーホイールダイオード素子１０５ｂ４が設けられている。

なお、上側モジュール１０５ＵＰおよび下側モジュール１０５ＵＮは、中間モジュール１０５ＵＭと同様に２ｉｎ１モジュールによって構成され、全て同一構成のモジュールを用いることとしてもよいし、３レベルコンバータ回路１０４の一つの相を構成する４つのスイッチング素子および２つのフリーホイールダイオード素子を全て単一の素子を搭載したモジュール（いわゆる１ｉｎ１モジュール）によって構成することとしてもよいし、モジュール構成は、図２５の構成に限られるものではない。

図２５に示す３レベルコンバータ回路１０４の特徴は、他の実施の形態と同様に、上側モジュール１０５ＵＰ、中間モジュール１０５ＵＭおよび下側モジュール１０５ＵＮとメインコンデンサ４とを結ぶ配線と並列にスイッチング電流分流部品１１０Ｕ１〜１１０Ｕ４が接続されていることである。

図２５に示すように、上側モジュール１０５ＵＰの第１端子１０５ＵＰ１（３レベルコンバータ回路１０４の正側端子）とメインコンデンサ４の正側端子４１Ｐとを結ぶ配線、下側モジュール１０５ＵＮの第３端子１０５ＵＮ３（３レベルコンバータ回路１０４の負側端子）とメインコンデンサ４の負側端子４１Ｎとを結ぶ配線、上側モジュール１０５ＵＰの第３端子１０５ＵＰ３（３レベルコンバータ回路１０４の中間端子）とメインコンデンサ４の中間端子４１Ｍとを結ぶ配線、および、下側モジュール１０５ＵＮの第１端子１０５ＵＮ１（３レベルコンバータ回路１０４の中間端子）とメインコンデンサ４の中間端子４１Ｍとを結ぶ配線のそれぞれに並列接続されるようにスイッチング電流分流部品１１０Ｕ１，１１０Ｕ２，１１０Ｕ３，１１０Ｕ４がそれぞれ設けられている。このように、実施の形態９では、上側モジュール１０５ＵＰの第３端子１０５ＵＰ３とメインコンデンサ４の中間端子４１Ｍとを結ぶ配線である中間点接続配線部材、および、下側モジュール１０５ＵＮの第１端子１０５ＵＮ１とメインコンデンサ４の中間端子４１Ｍとを結ぶ配線である中間点接続配線部材に対しても並列接続されるようにスイッチング電流分流部品１１０Ｕ２，１１０Ｕ３が設けられている点も特徴的な事項である。なお、中間点接続配線部材とは、上側モジュール１０５ＵＰ，１０５ＶＰと下側モジュール１０５ＵＮ，１０５ＶＮとを接続する配線および上側モジュール１０５ＵＰ，１０５ＶＰと下側モジュール１０５ＵＮ，１０５ＶＮの接続点とメインコンデンサ４の中間端子とを接続する配線を含み、本実施の形態の構成に加えて、上側モジュール１０５ＵＰ，１０５ＶＰと下側モジュール１０５ＵＮ，１０５ＶＮとを接続する中間点接続配線部材に対してもスイッチング電流分流部品７０を設けることとしてもよい。

電力用半導体素子のスイッチング動作に伴って、各モジュールとメインコンデンサ４とを結ぶ配線にはスイッチング電流が通流し、サージ電圧が発生する。図２５の構成であれば、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品１１０Ｕ１，１１０Ｕ２，１１０Ｕ３，１１０Ｕ４に分流して通流することから、サージ電圧を低減することができる。

また、本実施の形態においても、各配線において実質的に同電位となる２点でスイッチング電流分流部品１１０Ｕ１，１１０Ｕ２，１１０Ｕ３，１１０Ｕ４が並列接続されるため、スイッチング電流分流部品１１０Ｕ１，１１０Ｕ２，１１０Ｕ３，１１０Ｕ４を低耐圧部品で構成することができ、電力変換装置の大型化を抑制することができる。

図２６は、実施の形態９の電力変換装置における一部の部品の構成例を示す分解斜視図である。上側モジュール１０５ＵＰ、中間モジュール１０５ＵＭおよび下側モジュール１０５ＵＮは、底面が冷却器８０に固定されている。上側モジュール１０５ＵＰの第１端子１０５ＵＰ１、第２端子１０５ＵＰ２および第３端子１０５ＵＰ３、中間モジュール１０５ＵＭの第１端子１０５ＵＭ１、第２端子１０５ＵＭ２および第３端子１０５ＵＭ３、ならびに、下側モジュール１０５ＵＮの第１端子１０５ＵＮ１、第２端子１０５ＵＮ２および第３端子１０５ＵＮ３のそれぞれは、内部のスイッチング素子およびダイオード素子と、メインコンデンサ４および図示しない外部回路とを電気的に接続するためにねじ端子として構成され、メインコンデンサ４の正側端子４１Ｐ、中間端子４１Ｍおよび負側端子４１Ｎのそれぞれも、上側モジュール１０５ＵＰ、中間モジュール１０５ＵＭおよび下側モジュール１０５ＵＮおよび図示しない外部回路とを電気的に接続するためにねじ端子として構成されている。

本実施の形態においても、上側モジュール１０５ＵＰの第１端子１０５ＵＰ１とメインコンデンサ４の正側端子４１Ｐとを結ぶ配線、下側モジュール１０５ＵＮの第３端子１０５ＵＮ３とメインコンデンサ４の負側端子４１Ｎとを結ぶ配線、上側モジュール１０５ＵＰの第３端子１０５ＵＰ３とメインコンデンサ４の中間端子４１Ｍとを結ぶ配線、および、下側モジュール１０５ＵＮの第１端子１０５ＵＮ１とメインコンデンサ４の中間端子４１Ｍとを結ぶ配線は、単一のブスバー６４で構成され、上側モジュール１０５ＵＰ、中間モジュール１０５ＵＭおよび下側モジュール１０５ＵＮとメインコンデンサ４とは、ブスバー６４により電気的に接続される。

図２７は、図２６に示す部品を組み上げて実施の形態９に係るスイッチング電流分流部品を取り付けた状態を示す斜視図である。本実施の形態においても、上側モジュール１０５ＵＰ、中間モジュール１０５ＵＭおよび下側モジュール１０５ＵＮとメインコンデンサ４との間は、ブスバー６４を利用して、スイッチング電流分流部品１１０Ｕ１〜１１０Ｕ４が接続されている。なお、スイッチング電流分流部品１１０Ｕ１〜１１０Ｕ４は、ねじ端子と共締めして接続してもよい。何れの場合でも、各モジュールとメインコンデンサ４とを結ぶ配線と並列にスイッチング電流分流部品１１０Ｕ１〜１１０Ｕ４が接続されていることから、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品１１０Ｕ１〜１１０Ｕ４に分流して通流する。

上記の説明では、Ｕ相について説明したが、Ｖ相についても同様に構成し、且つ、配線することができる。３レベルコンバータ回路１０４が３相の回路の場合、Ｗ相についても、Ｕ相およびＶ相と同様に構成し、且つ、配線することができる。

最後に、上述した電力変換装置に用いられる電力用半導体素子を形成する素材について説明する。電力用半導体素子の素材としては、珪素（Ｓｉ）が一般的である。上述した実施の形態１から８で説明した技術は、この一般的なＳｉ素子を用いて構成することができる。

一方、上記実施の形態１から９の技術は、Ｓｉ素子に限定されるものではない。この珪素（Ｓｉ）に代え、近年注目されている炭化珪素（ＳｉＣ）を素材とする電力用半導体素子を用いて構成することもできる。

ＳｉＣ素子は、Ｓｉ素子と比較して、熱伝達率が大きい、高温での動作が可能、高速スイッチング可能といった優れた特性を持っている。電力変換装置１のトランジスタ素子とダイオード素子の一方、または双方にＳｉＣ素子を用いることでＳｉＣ素子の恩恵を受けることができる。すなわち、熱伝達率が大きく、高温での動作が可能であることから、冷却機構の小型化が可能となり、モジュールの更なる小型化が可能になる。また、高速スイッチングが可能であることから、スイッチング損失が抑えられ、冷却機構の小型化が可能となり、モジュールの更なる小型化が可能になる。

なお、ＳｉＣは、Ｓｉよりもバンドギャップが大きいという特性を捉えて、ワイドバンドギャップ半導体と称される半導体の一例である（これに対し、Ｓｉは、ナローバンドギャップ半導体と称される）。このＳｉＣ以外にも、例えば窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いて形成される半導体もワイドバンドギャップ半導体に属しており、それらの特性も炭化珪素に類似した点が多い。したがって、ＳｉＣ以外の他のワイドバンドギャップ半導体を用いる構成も、本発明の要旨を成すものである。

このようにＳｉＣ素子は非常に有望な素子であるが、高速スイッチング可能ゆえに電力変換装置の内部の配線に通流するスイッチング電流の時間変化率が大きい。よって、配線に発生するサージ電圧が大きく、電力変換装置の内部の部品に加わるサージ電圧が大きい。一方、上述した実施の形態１から８に係る技術の何れかを適用すれば、スイッチング電流の一部がスイッチング電流分流部品７０に分流して通流する。このため、配線を通流するスイッチング電流を低減させ、配線に発生するサージ電圧を低減することができ、よって、電力変換装置の内部の部品に加わるサージ電圧を低減させることができる。加えて、スイッチング電流分流部品７０には長時間、直流電圧が加わることがないため、スイッチング電流分流部品７０を低耐圧部品のみで構成することができるという効果を得ることができる。このように、実施の形態１から９に係る技術は、ＳｉＣ素子を用いた電力変換装置において、特に有用である。

なお、以上の実施の形態１から９に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

１ 電力変換装置、２ 電動機、３ インバータ回路（電力変換回路）、４ メインコンデンサ、３１ 電力用半導体モジュール、３１ＵＰ Ｐ側Ｕ相電力用半導体モジュール、３１ＶＰ Ｐ側Ｖ相電力用半導体モジュール、３１ＷＰ Ｐ側Ｗ相電力用半導体モジュール、３１ＵＮ Ｎ側Ｕ相電力用半導体モジュール、３１ＶＮ Ｎ側Ｖ相電力用半導体モジュール、３１ＷＮ Ｎ側Ｗ相電力用半導体モジュール、３２ａ 電力用半導体素子、３２ｂ ダイオード、３２ＵＰ Ｐ側Ｕ相電力用半導体素子、３２ＵＮ Ｎ側Ｕ相電力用半導体素子、３２ａ１ Ｐ側Ｕ相電力用半導体素子、３２ａ２ Ｎ側Ｕ相電力用半導体素子、３４ ３相電力用半導体モジュール、３４ＵＡ モジュールＵ端子、３４ＶＡ モジュールＶ端子、３４ＷＡ モジュールＷ端子、３４ＰＤ モジュールＰ端子、３４ＮＤ モジュールＮ端子、３５Ｕ Ｕ相電力用半導体モジュール、３５Ｖ Ｖ相電力用半導体モジュール、３５Ｗ Ｗ相電力用半導体モジュール、３５ＧＰ Ｐ側ゲート制御端子、３５ＧＮ Ｎ側ゲート制御端子、３５ＳＰ Ｐ側ソース制御端子、３５ＳＮ Ｎ側ソース制御端子、３５ＰＤ Ｐ端子、３５ＵＡ ＡＣ端子、３５ＮＤ Ｎ端子、４１ コンデンサ素子、４１Ｐ メインコンデンサＰ端子（正側端子）、４１Ｍ 中間端子、４１Ｎ メインコンデンサＮ端子（負側端子）、６１ＬＰ Ｐ側配線中継点、６１ＬＮ Ｎ側配線中継点、６２ＵＰ Ｐ側Ｕ相配線、６２ＶＰ Ｐ側Ｖ相配線、６２ＷＰ Ｐ側Ｗ相配線、６２ＵＮ Ｎ側Ｕ相配線、６２ＶＮ Ｎ側Ｖ相配線、６２ＷＮ Ｎ側Ｗ相配線、６３ＣＰ Ｐ側共通配線、６３ＣＮ Ｎ側共通配線、６３ＣＰ１，６３ＣＰ２，６３ＣＰ３ 配線寄生インダクタンス、６４ ブスバー、６４ａ 曲げ部位、６４ｂ，６４ｃ 平板部位、７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ａ１，７０ａ２，７０ｂ，７０ｂ１，７０ｂ２，７０ｂ３，７０ｃ，７０ｃ１，７０ｃ２，７０ｕａ，７０ｕｂ，７０ｕｃ、７０Ｕ１，７０Ｕ２ スイッチング電流分流部品、７１ ダイオード、７２ａ インダクタ、７２ｂ コンデンサ、８０ 冷却器、９０ 接続部材、９２ 配線、Ｃ，Ｃ１，Ｃ２ コレクタ端子、ＣＡ１ コレクタ補助端子、Ｄ１ ドレイン端子、Ｅ，Ｅ１，Ｅ２ エミッタ端子、ＥＣ エミッタ制御端子、ＧＣ ゲート制御端子、ＳＣ ソース制御端子、１００ 交流電力系統、１０２ 絶縁トランス、１０４ ３レベルコンバータ回路、１０５ａ１ スイッチング素子、１０５ａ２ スイッチング素子、１０５ａ３ スイッチング素子、１０５ａ４ スイッチング素子、１０５ｃ１ ダイオード素子、１０５ｃ２ ダイオード素子、１０５ｂ１ フリーホイールダイオード素子、１０５ｂ２ フリーホイールダイオード素子、１０５ｂ３ フリーホイールダイオード素子、１０５ｂ４ フリーホイールダイオード素子、１０５ＵＮ，１０５ＶＮ 下側モジュール、１０５ＵＰ，１０５ＶＰ 上側モジュール、１０５ＵＰ１ 上側モジュール１０５ＵＰの第１端子、１０５ＵＰ２ 上側モジュール１０５ＵＰの第２端子、１０５ＵＰ３ 上側モジュール１０５ＵＰの第３端子、１０５ＵＭ１ 中間モジュール１０５ＵＭの第１端子、１０５ＵＭ２ 中間モジュール１０５ＵＭの第２端子、１０５ＵＭ３ 中間モジュール１０５ＵＭの第３端子、１０５ＵＮ１ 下側モジュール１０５ＵＮの第１端子、１０５ＵＮ２ 下側モジュール１０５ＵＮの第２端子、１０５ＵＮ３ 下側モジュール１０５ＵＮの第３端子、１１０Ｕ１，１１０Ｕ２，１１０Ｕ３，１１０Ｕ４ スイッチング電流分流部品。

Claims (23)

1. スイッチング動作する電力用半導体素子を有する半導体モジュールによって構成され、正側端子および負側端子を有する電力変換回路と、
   正側端子および負側端子を有するコンデンサと、
   前記電力変換回路の前記正側端子と前記コンデンサの前記正側端子とを接続する正側接続配線部材と、前記電力変換回路の前記負側端子と前記コンデンサの前記負側端子とを接続する負側接続配線部材と、を含む配線部材と、
   前記配線部材のうち前記正側接続配線部材と前記負側接続配線部材との少なくともいずれか１つと並列に接続され、スイッチング電流の一部が分流するスイッチング電流分流部品とを備え、
   前記正側接続配線部材及び前記負側接続配線部材は、配線のみで構成される、
   電力変換装置。
2. スイッチング動作する電力用半導体素子を有する半導体モジュールによって構成される電力変換回路と、
   前記電力用半導体素子がスイッチングした際に発生するスイッチング電流が通流する配線部材と、
   前記配線部材に並列に接続され、前記スイッチング電流の一部が分流するスイッチング電流分流部品と、
   を備え、
   前記スイッチング電流分流部品が前記配線部材に接続される２つの接続点は、前記電力用半導体素子がスイッチング動作をしていない状態において実質的に同電位であり、
   前記配線部材のうち前記２つの接続点との間の配線部材は、配線のみで構成される、
   電力変換装置。
3. 前記配線部材はブスバーによって構成され、
   前記ブスバーは、前記電力変換回路の正側端子および負側端子並びに前記コンデンサの正側端子および負側端子に接続され、
   前記スイッチング電流分流部品は前記ブスバーに接続される、
   請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記スイッチング電流分流部品の一端は前記ブスバーと前記電力変換回路との接続点の直近に接続される、
   請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記スイッチング電流分流部品の他端は前記ブスバーと前記コンデンサとの接続点の直近に接続される、
   請求項３に記載の電力変換装置。
6. 前記ブスバーは平坦部と曲げ部とを有し、
   前記スイッチング電流分流部品は前記ブスバーの曲げ部を跨るように前記ブスバーに接続される、
   請求項３から５の何れか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記電力変換回路の正側端子は前記半導体モジュールの端子であり、
   前記配線部材は前記半導体モジュールの端子に接続される、
   請求項１から６の何れか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記電力変換回路の負側端子は前記半導体モジュールの端子であり、
   前記配線部材は前記半導体モジュールの端子に接続される、
   請求項１から７の何れか１項に記載の電力変換装置。
9. 直流電力を交流電力に変換する、又は交流電力を直流電力に変換する電力変換装置であって、
   前記電力用半導体素子は、正側スイッチング素子と、前記正側スイッチング素子に直列接続する負側スイッチング素子と、を含み、
   前記正側スイッチング素子と前記負側スイッチング素子とを接続する交流側接続配線部材をさらに備え、
   前記スイッチング電流分流部品は前記交流側接続配線部材に対しても並列接続される、
   請求項１から８の何れか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記電力変換回路は、正側端子、負側端子および中間端子を備えた３レベル電力変換回路であり、
    前記コンデンサは中間端子を有し、
    前記電力変換回路の中間端子と前記コンデンサの中間端子を接続する中間点接続配線部材を備え、
    前記スイッチング電流分流部品は前記中間点接続配線部材に対しても並列接続される、
    請求項１、３、４、５または６に記載の電力変換装置。
11. 前記電力変換回路の中間端子は前記半導体モジュールの端子であり、
    前記中間点接続配線部材は前記半導体モジュールの端子に接続される、
    請求項１０に記載の電力変換装置。
12. 前記スイッチング電流分流部品が並列接続された前記配線部材が複数存在する、
    請求項１から１１の何れか１項に記載の電力変換装置。
13. 前記スイッチング電流が通流する配線と前記スイッチング電流分流部品との接続点のうちの前記電力用半導体素子の端子側の接続点について、
    前記接続点と前記端子との間の距離が、前記端子と前記端子の対となる電力用半導体素子の端子との間の距離と同じかそれ未満である、
    請求項１から１２の何れか１項に記載の電力変換装置。
14. 前記スイッチング電流が通流する配線と前記スイッチング電流分流部品との接続点のうちの前記コンデンサの端子側の接続点について、
    前記接続点と前記端子との間の距離が、前記端子と前記端子の対となる前記コンデンサの端子との間の距離と同じかそれ未満である、
    請求項１、３、４、５、６、１０または１１に記載の電力変換装置。
15. 前記スイッチング電流分流部品として、第１のスイッチング電流が通流する第１のスイッチング電流分流部品と、第２のスイッチング電流が通流する第２のスイッチング電流分流部品と、が設けられ、
    前記第１のスイッチング電流分流部品を通流する第１のスイッチング電流の通流方向と、前記第２のスイッチング電流分流部品を通流する第２のスイッチング電流の通流方向とが逆向きである、
    請求項１から１４の何れか１項に記載の電力変換装置。
16. 前記第１のスイッチング電流分流部品と前記第２のスイッチング電流分流部品との間の距離は、前記第１のスイッチング電流分流部品とスイッチング電流が通流する配線との２個ある接続点同士の距離、および、前記第２のスイッチング電流分流部品とスイッチング電流が通流する配線との２個ある接続点同士の距離、のうちの何れか短い方と同じかそれ未満である、
    請求項１５に記載の電力変換装置。
17. 前記スイッチング電流分流部品は、ダイオードである、
    請求項１から１６の何れか１項に記載の電力変換装置。
18. 前記スイッチング電流分流部品は、直列接続されたインダクタおよびコンデンサである、
    請求項１から１６の何れか１項に記載の電力変換装置。
19. 前記スイッチング電流の振動周波数は前記インダクタと前記コンデンサで定まるＬＣ共振周波数の半値幅に含まれる、
    請求項１８に記載の電力変換装置。
20. 前記インダクタは、スイッチング電流分流部品の配線の寄生インダクタンスで構成されている、
    請求項１８または１９に記載の電力変換装置。
21. 前記電力用半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体素子である、
    請求項１から２０の何れか１項に記載の電力変換装置。
22. 前記ワイドバンドギャップ半導体素子は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いた半導体素子である、
    請求項２１に記載の電力変換装置。
23. スイッチング動作する電力用半導体素子と、
    前記電力用半導体素子に接続された配線部材と、
    前記配線部材に並列に接続されたスイッチング電流分流部品と、
    を備え、
    前記スイッチング電流分流部品が前記配線部材に接続される２つの接続点は、前記電力用半導体素子がスイッチング動作をしていない状態において実質的に同電位であり、
    前記配線部材のうち前記２つの接続点との間の配線部材は、配線のみで構成される、
    電力用半導体モジュール。

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