JP6361646B2

JP6361646B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP6361646B2
Application number: JP2015254463A
Authority: JP
Inventors: 健吾持木; 優山平; 友久佐野; 洋平近藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: US10291149B2; DE112016005976B4; CN108521846A; CN108521846B; US20190013744A1; DE112016005976T5; WO2017110266A1; JP2017118776A

Description

本発明は、複数の半導体素子と、平滑用のコンデンサと、これらを電気接続する正バスバー及び負バスバーを備える電力変換装置に関する。

インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置として、ＩＧＢＴ等の半導体素子と、平滑用のコンデンサと、これらを電気接続する正バスバー及び負バスバーを備えるものが知られている（下記特許文献１参照）。

上記正バスバーは、コンデンサに接続した正側本体部と、該正側本体部から延出し上記半導体素子に接続した複数の正側枝部とを備える。また、負バスバーは、コンデンサに接続した負側本体部と、該負側本体部から延出し半導体素子に接続した複数の負側枝部とを備える。正側枝部と負側枝部とは、交互に配されている。これにより、正側枝部と負側枝部とを互いに接近させ、これらに寄生するインダクタンスを低減させている。

一方、近年、互いに並列接続された複数の半導体素子を同時にオンオフ動作させ、これにより、個々の半導体素子を流れる電流は低くても、全体の出力電流を高くすることができる電力変換装置の開発が進められている。

特開２０１５−１３９２９９号公報

しかしながら、正側枝部と負側枝部とを交互に配置し、かつ複数の半導体素子を同時にオンオフすると、以下の問題が生じやすい。
すなわち、負側枝部には、それぞれ相互インダクタンスと自己インダクタンスとが寄生している。正側枝部と負側枝部とを交互に配置し、これらの枝部に接続した複数の半導体素子を同時にオンオフすると、後述するように、相互インダクタンスと自己インダクタンスとの和である実効インダクタンスが、負側枝部ごとに大きく異なりやすい。そのため、電流が流れたときに実効インダクタンスが原因となって発生する誘導起電力が、負側枝部ごとに大きく異なりやすくなる。したがって、これらの負側枝部に電気接続し同時にオンオフ動作する複数の半導体素子の、エミッタ等の基準電極の電位（基準電位）が、互いに大きく異なりやすくなる。そのため後述するように、一部の半導体素子に高い電圧が加わるおそれがあり、この半導体素子が劣化しやすくなる可能性が考えられる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、同時にオンオフ動作する複数の半導体素子の、基準電位の差を小さくすることができる電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、互いに直列接続され、それぞれ複数個設けられた、上アーム半導体素子（２ｕ）と下アーム半導体素子（２ｄ）との半導体素子（２）と、
個々の該半導体素子に逆並列接続したフリーホイールダイオード（７）と、
直流電圧を平滑化するコンデンサ（３）と、
該コンデンサに電気接続した正側本体部（４０）と、該正側本体部から延出し上記上アーム半導体素子に電気接続した複数の正側枝部（４１）とを有する正バスバー（４）と、
上記コンデンサに電気接続した負側本体部（５０）と、該負側本体部から延出し上記下アーム半導体素子に電気接続した複数の負側枝部（５１）とを有する負バスバー（５）とを備え、
上記正側枝部と上記負側枝部とは交互に配されており、
同時にオンオフ動作する複数の上記上アーム半導体素子と、該上アーム半導体素子に直列接続し同時にオンオフ動作する複数の上記下アーム半導体素子とからなる半導体素子群（２０）が形成され、
上記負側枝部には、該負側枝部が接続した上記下アーム半導体素子と同じ上記半導体素子群に属する上記上アーム半導体素子に接続した２本の上記正側枝部の間に介在した介在負側枝部（５１ｉ）と、上記２本の正側枝部の間に介在しない位置に配された端部負側枝部（５１ｅ）とがあり、該端部負側枝部の自己インダクタンスを、上記介在負側枝部の自己インダクタンスよりも小さくしてある、電力変換装置（１）にある。

上記電力変換装置においては、正側枝部と負側枝部とを交互に配置し、これらの枝部に接続し同時にオンオフする複数の半導体素子によって上記半導体素子群を構成してある。そして、複数の負側枝部のうち上記端部負側枝部を、上記介在負側枝部よりも、自己インダクタンスが小さくなるようにしてある。
そのため、同時にオンオフする複数の半導体素子の、基準電位の差を小さくすることができる。すなわち、上記端部負側枝部は、上記２本の正側枝部の間に介在していないため、後述するように、上記２本の正側枝部の間に介在する上記介在負側枝部よりも相互インダクタンスが大きくなりやすい。本態様では、相互インダクタンスが大きくなりやすい端部負側枝部は、介在負側枝部よりも自己インダクタンスを小さくしてある。そのため、介在負側枝部と端部負側枝部との、実効インダクタンス（相互インダクタンスと自己インダクタンスとを加えた値）の差を小さくすることができる。そのため、電流が流れたときに実効インダクタンスが原因となって生じる誘導起電力が、介在負側枝部と端部負側枝部とで大きく異なりにくくなる。したがって、介在負側枝部に電気接続した半導体素子の基準電位と、端部負側枝部に電気接続した半導体素子の基準電位との差を、小さくすることが可能になる。つまり、これらの負側枝部に電気接続し同時にオンオフする複数の半導体素子の、基準電位の差を小さくすることができる。そのため、例えば、一部の半導体素子にのみ制御端子に高い電圧が加わって、この半導体素子が劣化しやすくなる等の不具合を抑制することが可能になる。

以上のごとく、上記態様によれば、同時にオンオフ動作する複数の半導体素子の、基準電位の差を小さくすることができる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、電力変換装置の断面図であって、図３のI-I断面図。実施形態１における、電力変換装置の一部省略断面図。図１のIII-III断面図。実施形態１における、正バスバーを取り除いた電力変換装置の断面図。実施形態１における、正バスバー及び負バスバーを取り除いた電力変換装置の断面図。実施形態１における、負バスバーの要部拡大斜視図。実施形態１における、電力変換装置の回路図。実施形態１における、上アーム半導体素子がオフしたときの、電力変換装置の回路図の一部。実施形態１における、上アーム半導体素子がオンしたときの、電力変換装置の回路図の一部。実施形態１における、上アーム半導体素子をオフからオンに切り替えたときの、正側枝部と負側枝部とに流れる電流の変化を表したグラフ。実施形態１における、１個の半導体モジュールに上アーム半導体素子と下アーム半導体素子とが内蔵されている場合でも、上アーム半導体素子の基準電位の差を小さくすることができる理由を説明するための図。実施形態２における、電力変換装置の一部省略断面図。実施形態３における、電力変換装置の断面図。実施形態３における、電力変換装置の要部拡大断面図。実施形態４における、電力変換装置の要部拡大断面図。実施形態５における、電力変換装置の要部拡大断面図。実施形態６における、負バスバーの要部拡大斜視図。実施形態７における、電力変換装置の一部省略断面図。実施形態８における、電力変換装置の回路図。実施形態８における、電力変換装置の一部省略断面図。比較形態１における、電力変換装置の回路図の一部。比較形態２における、電力変換装置の回路図の一部。比較形態３における、電力変換装置の回路図の一部。

上記電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置とすることができる。

（実施形態１）
上記電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。図１に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、上アーム半導体素子２ｕと、下アーム半導体素子２ｄと、コンデンサ３と、正バスバー４と、負バスバー５とを備える。

図７に示すごとく、上アーム半導体素子２ｕと下アーム半導体素子２ｄとは、互いに直列接続されている。上アーム半導体素子２ｕと下アーム半導体素子２ｄとは、それぞれ複数個、設けられている。上アーム半導体素子２ｕと下アーム半導体素子２ｄとには、それぞれフリーホイールダイオード７が逆並列接続している。
コンデンサ３は、直流電源８の直流電圧を平滑化している。

図２、図３に示すごとく、正バスバー４は、正側本体部４０と、複数の正側枝部４１とを備える。正側本体部４０は、コンデンサ３に電気接続している。また、正側枝部４１は、正側本体部４０から延出し、上アーム半導体素子２ｕに電気接続している。
負バスバー５は、負側本体部５０と、複数の負側枝部５１とを備える。負側本体部５０は、コンデンサ３に電気接続している。また、負側枝部５１は、負側本体部５０から延出し、下アーム半導体素子２ｄに電気接続している。

図２に示すごとく、正側枝部４１と負側枝部５１とは、交互に配されている。また、図２、図７に示すごとく、同時にオンオフ動作する複数の上アーム半導体素子２ｕと、該上アーム半導体素子２ｕに直列接続し同時にオンオフ動作する複数の下アーム半導体素子２ｄとからなる半導体素子群２０が、複数個形成されている。

図２に示すごとく、負側枝部５１には、該負側枝部５１が接続した下アーム半導体素子２ｄと同じ半導体素子群２０に属する上アーム半導体素子２ｕに接続した２本の正側枝部４１の間に介在した介在負側枝部５１ｉと、上記２本の正側枝部の間に介在しない位置に配された端部負側枝部５１ｅとがある。
端部負側枝部５１ｅの自己インダクタンスは、介在負側枝部５１ｉの自己インダクタンスよりも小さくされている。

本形態の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置である。

図７に示すごとく、電力変換装置１は、直流電源８と三相交流モータ８１とに接続している。電力変換装置１は、個々の半導体素子２をオンオフ動作することにより、直流電源８から供給された直流電力を交流電力に変換するよう構成されている。そして、得られた交流電力を用いて三相交流モータ８１を駆動し、上記車両を走行させている。

上アーム半導体素子２ｕと下アーム半導体素子２ｄとは、半導体モジュール６の本体部６０（図３参照）内に封止されている。また、上述したように、本形態では、複数の半導体素子２を同時にオンオフ動作させている。これにより、個々の半導体素子２に流れる電流が低くても、電力変換装置１全体の出力電流が高くなるようにしている。

上アーム半導体素子２ｕは、正バスバー４の正側枝部４１（図２参照）に電気接続している。また、下アーム半導体素子２ｄは、負バスバー５の負側枝部５１に電気接続している。

上述したように、本形態では、同時にオンオフ動作する複数の上アーム半導体素子２ｕと、該上アーム半導体素子２ｕに直列接続され同時にオンオフ動作する複数の下アーム半導体素子２ｄとにより、半導体素子群２０を形成してある。半導体素子群２０には、Ｕ相用半導体素子群２０Ｕと、Ｖ相用半導体素子群２０Ｖと、Ｗ相用半導体素子群２０Ｗとがある。

次に、介在負側枝部５１ｉの方が端部負側枝部５１ｅよりも相互インダクタンスが小さくなる理由について説明する。図８に示すごとく、半導体素子群２０を構成する全ての半導体素子２（２ｕ，２ｄ）をオフにした状態から、図９に示すごとく、上アーム半導体素子２０ｕをオンにした場合を考える。図８に示すごとく、上アーム半導体素子２０ｕをオフしている間、誘導性負荷である三相交流モータ８１の働きによって、下アーム半導体素子２０ｄに逆並列接続したフリーホイールダイオード７に還流電流ｉが流れている。この還流電流ｉは、負側枝部５１を流れる。この後、図９に示すごとく、上アーム半導体素子２０ｕをオンすると、上アーム半導体素子２０ｕに流れる電流ｉが徐々に増加する。すなわち、正側枝部４１を流れる電流ｉが徐々に増加する。また、下アーム半導体素子２０ｄのフリーホイールダイオード７に逆バイアスが加わるため、還流電流ｉは徐々に低減する。

図１０に、正側枝部４１と負側枝部５１とを流れる電流ｉの時間変化を示す。同図に示すごとく、時刻ｔ１において上アーム半導体素子２０ｕをオンすると、正側枝部４１に流れる電流ｉが徐々に増加する。また、負側枝部５１に流れる電流ｉ（還流電流）は徐々に低減する。時刻ｔ２において、負側枝部５１に流れる電流ｉは０になる。その後、時刻ｔ３まで、フリーホイールダイオード７にリカバリー電流が流れ、このリカバリー電流が負側枝部５１を流れる。

図１０に示すごとく、正側枝部４１を流れる電流ｉの時間変化率ｄｉ／ｄｔと、負側枝部５１を流れる電流ｉの時間変化率ｄｉ／ｄｔとは、正負が逆になっている。したがって、２本の正側枝部４１に挟まれた介在負側枝部５１ｉ（図２参照）の方が、一本の正側枝部４１が隣り合うだけの端部負側枝部５１ｅよりも、正側枝部４１と磁気結合しやすくなるため、相互インダクタンスが小さくなる。

次に、負バスバー５の構造について説明する。図６に示すごとく、負バスバーは、負側本体部５０と、該負側本体部５０から延出する複数の負側枝部５１とを備える。負側本体部５０には櫛歯部５０１が形成されている。この櫛歯部５０１から、負側枝部５１が延出している。また、端部負側枝部５１ｅは、介在負側枝部５１ｉよりも厚く形成されている。端部負側枝部５１ｅは、例えば、介在負側枝部５１ｉよりも厚い板金を、櫛歯部５０１に溶接することにより形成することができる。また、介在負側枝部５１ｉは、負側本体部５０と同一の板状部材により形成されている。すなわち、一枚の板状部材を折り曲げることにより、負側本体部５０と、介在負側枝部５１ｉとを形成してある。

図２、図３に示すごとく、正バスバー４も負バスバー５と同様の構造になっている。正バスバー４は、板状の正側本体部４０と、該正側本体部４０から延出する複数の正側枝部４１とを備える。本形態では、全ての正側枝部４１の厚さを同一にしてある。

図２、図３に示すごとく、正側本体部４０と負側本体部５０とは、重ね合されている。また、負側本体部５０から負側枝部５１が延出する方向（延出方向：Ｙ方向）と、正側本体部４０から正側枝部４１が延出する方向とは、一致している。正側枝部４１と負側枝部５１とは、Ｙ方向に直交する配列方向（Ｘ方向）に配列している。図３に示すごとく、Ｘ方向から見たときに、正側枝部４１と負側枝部５１とは互いに重なっている。

また、正バスバー４と負バスバー５とは、コンデンサ３に接続している。コンデンサ３は、コンデンサ素子３０と、該コンデンサ素子３０を封止する封止部材３１とを備える。

また、図３に示すごとく、上記半導体モジュール６は、半導体素子２を封止した本体部６０と、該本体部６０から突出したパワー端子６１と、制御端子６２とを備える。パワー端子６１には、正バスバー４に接続した正端子６１ｐと、負バスバー５に接続した負端子６１ｎと、三相交流モータ８１（図７参照）に接続される交流端子６１ａとがある。また、制御端子６２は、制御回路基板１８に接続している。この制御回路基板１８によって、半導体素子２のオンオフ動作を制御している。

図５に示すごとく、本形態では、半導体モジュール６と、該半導体モジュール６を冷却する冷却管１１とを交互に複数個、積層して、積層体１０を構成している。互いに隣り合う２本の冷却管１１は、２個の連結管１５によって連結されている。連結管１５は、Ｙ方向における、冷却管１１の両端に設けられている。

また、複数の冷却管１１のうち、正側枝部４１と負側枝部との配列方向（Ｘ方向：図２参照）における一端に位置する端部冷却管１１ａには、冷媒１２を導入するための導入管１３と、冷媒１２を導出するための導出管１４とが取り付けられている。導入管１３から冷媒１２を導入すると、冷媒１２は、連結管１５を通って全ての冷却管１１内を流れ、導出管１４から導出する。これにより、半導体モジュール６を冷却するよう構成されている。

また、ケース１７の第１壁部１７１と積層体１０との間には、加圧部材１６（板ばね）が配されている。この加圧部材１６によって積層体１０をケース１７の第２壁部１７２に押し当てている。これにより、冷却管１１と半導体モジュール６との接触圧を確保すると共に、積層体１０をケース１７内に固定している。

次に、端部負側枝部５１ｅと介在負側枝部５１ｉとの実効インダクタンスが互いに大きく異なると、これらの負側枝部５１ｅ，５１ｉに接続した負側半導体素子２ｄの基準電位が大きく異なりやすくなる理由について説明する。図２１に、従来の電力変換装置の回路の一部を示す。同図に示すごとく、従来は、端部負側枝部５１ｅの実効インダクタンスＬ_eの方が介在負側枝部５１ｉの実効インダクタンスＬ_iよりも大きかった。つまり、端部負側枝部５１ｅは介在負側枝部５１ｉよりも相互インダクタンスが大きいが、これらの負側枝部５１ｅ，５１ｉの自己インダクタンスが殆ど同じであるため、端部負側枝部５１ｅの方が、実効インダクタンスが大きくなっていた。また、２つの下アーム半導体素子２ｄ_e，２ｄ_iのゲート端子同士は、制御回路基板１８において接続されている。制御回路基板１８には、２つの下アーム半導体素子２ｄ_e，２ｄ_iのエミッタ端子Ｅ_e，Ｅ_iを繋ぐ配線１８１を形成してある。配線１８１とゲート端子との間に、電源回路１８０が設けられている。

ここで、２つの下アーム半導体素子２ｄ_e，２ｄ_iを同時にオンする場合を考える。上述したように、端部負側枝部５１ｅの実効インダクタンスＬ_eは大きいため、電流ｉが流れ始めたときに、この実効インダクタンスＬ_eによって、比較的大きな誘導起電力Ｖ_e（＝Ｌ_eｄｉ／ｄｔ）が発生する。これに対して、介在負側枝部５１ｉの実効インダクタンスＬ_iは小さいため、発生する誘導起電力Ｖ_i（＝Ｌ_iｄｉ／ｄｔ）は小さい。そのため、端部負側枝部５１ｅに接続したエミッタ端子Ｅ_eの電位は、介在負側枝部５１ｉに接続したエミッタ端子Ｅ_iの電位よりも高くなる。

このように、端部負側枝部５１ｅに接続した下アーム半導体素子２ｄ_eと、介在負側枝部５１ｉに接続した下アーム半導体素子２ｄ_iとの、エミッタ端子（基準電極）の電位（基準電位）が互いに大きく異なると、一部の半導体素子２ｄ_iに高い電圧が加わり、劣化する等の問題が発生しやすくなる。

これに対して、本形態のように、端部負側枝部５１ｅの自己インダクタンスを低減すれば、２つの負側枝部５１ｅ，５１ｉの実効インダクタンスＬの差を低減することができる。そのため、端部負側枝部５１ｅに接続した下アーム半導体素子２ｄ_eの基準電位と、介在負側枝部５１ｉに接続した下アーム半導体素子２ｄ_iの基準電位とが、互いに大きく異なることを抑制できる。

一方、１個の半導体モジュール６に１個の半導体素子２のみが内蔵されている場合（図２３参照）、負側枝部５１ｅ，５１ｉの実効インダクタンスＬの差が大きくなっても、２つの上アーム半導体素子２ｕ_e，２ｕ_iの基準電位の差は大きくなりにくい。しかしながら、本形態のように、１個の半導体モジュール６に上アーム半導体素子２ｕと下アーム半導体素子２ｄとを内蔵してある場合、負側枝部５１ｅ，５１ｉの実効インダクタンスＬの差が大きくなると、２つの上アーム半導体素子２ｕ_e，２ｕ_iの基準電位の差が大きくなりやすい。その理由について説明する。図２３に示すごとく、１個の半導体モジュール６に１個の半導体素子２のみを内蔵した場合は、上アーム半導体素子２ｕのエミッタ端子と、下アーム半導体素子２ｄのコレクタ端子とが、交流バスバー１９によって接続される。交流バスバー１９は、上アーム部１９１と、下アーム部１９２と、これらを繋ぐ１本の連結部１９０とを備える。上アーム部１９１は、複数の上アーム半導体素子２ｕ同士を接続している。下アーム部１９２は、複数の下アーム半導体素子２ｄ同士を接続している。

ここで、負側枝部５１ｅ，５１ｉの実効インダクタンスＬ（Ｌ_e，Ｌ_i）の違いによって、ある瞬間、２つの負側枝部５１ｅ，５１ｉに互いに異なる誘導起電力Ｖ_e，Ｖ_iがそれぞれ発生したとする。このとき、フリーホイールダイオード７に順方向電圧が加わって導通するため、下アーム半導体素子２ｄ_e，２ｄ_iのコレクタの電位は、それぞれ、略Ｖ_e，Ｖ_iとなる。しかし、２つの下アーム半導体素子２ｄ_e，２ｄ_iのコレクタは、１本の連結部１９０を介して２つの上アーム半導体素子２ｕ_e，２ｕ_iに接続しているため、これら２つの上アーム半導体素子２ｕ_e，２ｕ_iのエミッタの電位（基準電位）は、Ｖ_eとＶ_iとの中間値Ｖ_mになり、これら２つの基準電位は略等しくなる。

これに対して、図２２に示すごとく、１個の半導体モジュール６に上アーム半導体素子２ｕと下アーム半導体素子２ｄとが内蔵されている場合は、２つの負側枝部５１ｅ，５１ｉの実効インダクタンスＬに大きな差があると、上アーム半導体素子２ｕ_e，２ｕ_iの基準電位の差が大きくなりやすい。すなわち、この場合、各半導体モジュール６内において、上アーム半導体素子２ｕと下アーム半導体素子２ｄとが、半導体モジュール６内の導電性部材６９によって個別に接続される。つまり、２つの下アーム半導体素子２ｄ_e，２ｄ_iが、それぞれ別々に、上アーム半導体素子２ｕ_e，２ｕ_iに接続される。そのため、実効インダクタンスＬ（Ｌ_e，Ｌ_i）の違いによって負枝部５１ｅ，５１ｉに互いに異なる誘導起電力Ｖ_e，Ｖ_iが発生した場合、フリーホイールダイオード７が導通し、２つの上アーム半導体素子２ｕ_e，２ｕ_iのエミッタの電位が、互いに異なる値Ｖ_e，Ｖ_iになる。

したがって、本形態のように、上アーム半導体素子２ｕと下アーム半導体素子２ｄとを１個の半導体モジュール６に内蔵する場合は、図１１に示すごとく、負側枝部５１ｅ，５１ｉの実効インダクタンスＬ（Ｌ_e，Ｌ_i）の差を小さくすれば、負側枝部５１ｅ，５１ｉに発生する誘導起電力Ｖ_e，Ｖ_iの差を小さくすることができる。そのため、２つの上アーム半導体素子２ｕ_e，２ｕ_iの基準電位Ｖ_e，Ｖ_iの差を小さくすることができる。

次に、本形態の作用効果について説明する。本形態では、図２に示すごとく、正側枝部４１と負側枝部５１とを交互に配置し、これらの枝部に接続し同時にオンオフする複数の半導体素子２によって半導体素子群２０を構成してある。そして、複数の負側枝部５１のうち上記端部負側枝部５１ｅを、上記介在負側枝部５１ｉよりも、自己インダクタンスが小さくなるようにしてある。
そのため、同時にオンオフする複数の下アーム半導体素子２ｄの、基準電位の差を小さくすることができる。すなわち、上記端部負側枝部５１ｅは、上記２本の正側枝部４１の間に介在していないため、上述したように、上記２本の正側枝部４１の間に介在する介在負側枝部５１ｉよりも相互インダクタンスが大きくなりやすい。本形態では、相互インダクタンスが大きくなりやすい端部負側枝部５１ｅは、介在負側枝部５１ｉよりも自己インダクタンスを小さくしてある。そのため、介在負側枝部５１ｉと端部負側枝部５１ｅとの、実効インダクタンスＬ（相互インダクタンスと自己インダクタンスとを加えた値）の差を小さくすることができる。そのため、図１１に示すごとく、電流が流れたときに実効インダクタンスＬが原因となって生じる誘導起電力が、介在負側枝部５１ｉと端部負側枝部５１ｅとで大きく異なりにくくなる。したがって、介在負側枝部５１ｉに接続した下アーム半導体素子２ｄ_iの基準電位と、端部負側枝部５１ｅに接続した下アーム半導体素子２ｄ_eの基準電位との差を、小さくすることが可能になる。つまり、これらの負側枝部５１ｉ，５１ｅに接続し同時にオンオフする複数の下アーム半導体素子２ｄ_i，２ｄ_eの基準電位の差を、小さくすることが可能になる。そのため、一部の下アーム半導体素子２ｄにのみ高い電圧が加わって、劣化しやすくなる等の問題を抑制できる。

また、本形態では、図１に示すごとく、半導体モジュール６と冷却管１１とを積層して積層体１０を構成してある。
この場合には、半導体モジュール６の正端子６１ｐに接続した正側枝部４１と、負端子６１ｎに接続した負側枝部５１とが、交互に配列される。そのため、同じ半導体素子群２０に属する上アーム半導体素子２ｕに接続した２本の正側枝部４１に挟まれ、相互インダクタンスが相対的に小さい介在負側枝部５１ｉと、上記２本の正側枝部に挟まれず、相互インダクタンスが相対的に大きい端部負側枝部５１ｅとが形成されやすい。そのため、本形態のように、端部負側枝部５１ｅの自己インダクタンスを低減して、２つの負側枝部５１ｅ，５１ｉに寄生する実効インダクタンスＬの差を小さくした場合の効果は大きい。

また、本形態では、図２、図１１に示すごとく、上アーム半導体素子２ｕと下アーム半導体素子２ｄとが、１個の半導体モジュール６に内蔵されている。
この場合には、上述したように、２つの負側枝部５１ｅ，５１ｉにそれぞれ寄生する実効インダクタンスＬの差が大きいと、２つの上アーム半導体素子２ｕ_e，２ｕ_iの基準電位の差が大きくなりやすいが（図２２参照）、本形態では、２つの負側枝部５１ｅ，５１ｉにそれぞれ寄生する実効インダクタンスＬの差を小さくすることができるため、図１１に示すごとく、２つの上アーム半導体素子２ｕ_e，２ｕ_iの基準電位の差を小さくすることができる。

また、本形態では、図２に示すごとく、Ｘ方向における端部負側枝部５１ｅの厚さを、Ｘ方向における介在負側枝部５１ｉの厚さよりも厚くしてある。これにより、端部負側枝部５１ｅの自己インダクタンスを低減している。
そのため、端部負側枝部５１ｅの自己インダクタンスを確実に低減でき、２種類の負側枝部５１ｉ，５１ｅの実効インダクタンスの差を確実に小さくすることができる。

以上のごとく、本形態によれば、同時にオンオフ動作する複数の半導体素子の、基準電位の差を小さくすることができる電力変換装置を提供することができる。

なお、本形態では、半導体素子２としてＩＧＢＴを用いたが、本発明はこれに限るものではなく、例えばＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタを用いることもできる。半導体素子２としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合、ソース電極の電位が基準電位になる。また、バイポーラトランジスタを用いる場合は、エミッタ電極の電位が、基準電位になる。また、半導体材料として、ＳｉＣやＧａＮを用いることもできる。

また、本形態では、同時にオンオフ動作する上アーム半導体素子２ｕと下アーム半導体素子２ｄとを、それぞれ２個ずつ設けて、一つの半導体素子群２０を構成したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、同時にオンオフ動作する上アーム半導体素子２ｕと下アーム半導体素子２ｄとをそれぞれ３個以上設けて、一つの半導体素子群２０を構成してもよい。

以下の実施形態においては、図面に用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１と同様の構成要素等を表す。

（実施形態２）
本形態は、負バスバー５の形状を変更した例である。図１２に示すごとく、本形態では、Ｙ方向における端部負側枝部５１ｅの長さを、Ｙ方向における介在負側枝部５１ｉの長さよりも短くしている。これにより、端部負側枝部５１ｅの電流経路の長さを短くし、端部負側枝部５１ｅの自己インダクタンスを介在負側枝部５１ｉの自己インダクタンスよりも小さくしている。

上記構成にすると、実施形態１のように、端部負側枝部５１ｅを厚く形成する必要がないため、負バスバー５を容易に製造することが可能になる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施形態３）
本形態は、負バスバー５の形状を変更した例である。図１３、図１４に示すごとく、本形態では、介在負側枝部５１ｉに貫通孔５８を形成してある。これにより、介在負側枝部５１ｉに、電流密度が局所的に高くなる部位５８０を形成し、介在負側枝部５１ｉの自己インダクタンスを大きくしている。これによって、端部負側枝部５１ｅの自己インダクンタスを、介在負側枝部５１ｉの自己インダクタンスよりも相対的に小さくしている。

上記構成にすると、実施形態１のように、端部負側枝部５１ｅを厚く形成しなくてすむため、負バスバー５を容易に製造することができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施形態４）
本形態は、負バスバー５の形状を変更した例である。図１５に示すごとく、本形態では、介在負側枝部５１ｉに凹状部５９を形成してある。これにより、介在負側枝部５１ｉに、電流密度が局所的に高くなる部位５９０を形成し、介在負側枝部５１ｉの自己インダクタンスを大きくしている。これによって、端部負側枝部５１ｅの自己インダクンタスを、介在負側枝部５１ｉの自己インダクタンスよりも相対的に小さくしている。

（実施形態５）
本形態は、負バスバー５の構造を変更した例である。図１６に示すごとく、本形態では、端部負側枝部５１ｅを、介在負側枝部５１ｉとは異なる導電材料によって構成してある。より詳しくは、本形態では、端部負側枝部５１ｅを、介在負側枝部５１ｉよりも電気抵抗率が小さい材料によって構成している。これにより、端部負側枝部５１ｅの自己インダクタンスを、介在負側枝部５１ｉの自己インダクタンスよりも小さくしている。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施形態６）
本形態は、負バスバー５の形状を変更した例である。図１７に示すごとく、本形態では、Ｘ方向とＹ方向との双方に直交する直交方向（Ｚ方向）において、端部負側枝部５１ｅを介在負側枝部５１ｉよりも長くしてある。これにより、端部負側枝部５１ｅの自己インダクタンスを、介在負側枝部５１ｉの自己インダクタンスよりも小さくしてある。
上記構成にすると、実施形態１のように、端部負側枝部５１ｅを厚く形成しなくてすむため、負バスバー５を容易に製造することができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施形態７）
本形態は、正バスバー４の形状を変更した例である。図１８に示すごとく、正バスバー４の正側枝部４１には、該正側枝部４１が接続した上アーム半導体素子２ｕと同じ半導体素子群２０に属する下アーム半導体素子２ｄに接続した２本の負側枝部５１の間に介在した介在正側枝部４１ｉと、上記２本の負側枝部５１の間に介在しない位置に配された端部正側枝部４１ｅとがある。本形態では、端部正側枝部４１ｅを、介在正側枝部４１ｉよりも厚く形成している。これにより、端部正側枝部４１ｅの自己インダクタンスを、介在正側枝部４１ｉの自己インダクタンスよりも小さくしている。

介在正側枝部４１ｉは２本の負側枝部５１の間に介在しているため、相互インダクタンスが相対的に小さい。また、端部正側枝部４１ｅは、上記２本の負側枝部５１の間に介在していないため、相互インダクタンスが相対的に大きい。したがって、相互インダクタンスが相対的に大きい端部正側枝部４１ｅの自己インダクンタスを低減することにより、介在正側枝部４１ｉと端部正側枝部４１ｅとの、実効インダクタンス（相互インダクタンスと自己インダクタンスを加えた値）の差を小さくすることができる。そのため、半導体素子２に加わるサージを均等にすることができる。したがって、一部の半導体素子２にのみ高いサージが加わって、この半導体素子２の寿命が短くなる不具合等を抑制できる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

なお、本形態では、端部正側枝部４１ｅを厚く形成することにより、端部正側枝部４１ｅの自己インダクタンスを介在正側枝部４１ｉよりも小さくしているが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、端部正側枝部４１ｅのＹ方向長さを介在正側枝部４１ｉよりも短くしたり、介在正側枝部４１ｉに貫通孔や凹状部を形成したり、端部正側枝部４１ｅを介在正側枝部４１ｉよりも電気抵抗率が小さい材料によって構成したりしてもよい。また、Ｚ方向において、端部正側枝部４１ｅを介在正側枝部４１ｉよりも長くしてもよい。

（実施形態８）
本形態は、半導体素子群２０の数を変更した例である。図１９に示すごとく、本形態では、半導体素子群２０を１個のみ形成してある。この半導体素子群２０によって、昇圧回路を構成してある。半導体素子群２０には、リアクトル８８が接続している。本形態では、下アーム半導体素子２ｄをオンオフさせ、リアクトル８８を用いて、直流電源８の電圧を昇圧している。そして、昇圧後の電圧を、コンデンサ３によって平滑化している。

本形態でも、実施形態１と同様に、複数の負側枝部５１にそれぞれ寄生する実効インダクタンスＬに差が生じると、下アーム半導体素子２ｄの基準電位が互いに大きく異なりやすくなる。そのため本形態では、複数の負側枝部５１の実効インダクタンスＬの差を低減している。すなわち、本形態では図２０に示すごとく、正側枝部４１と負側枝部５１とを交互に配置してある。負側枝部５１には、２本の正側枝部４１の間に介在した介在負側枝部５１ｉと、上記２本の正側枝部４１の間に介在しない位置に配された端部負側枝部５１ｅとがある。端部負側枝部５１ｅの厚さは、介在負側枝部５１ｉの厚さよりも厚い。これにより、端部負側枝部５１ｅの自己インダクタンスを低減し、２つの負側枝部５１ｅ，５１ｉに寄生する実効インダクタンスの差を低減している。これによって、これらの負側枝部５１ｅ，５１ｉに電気接続する下アーム半導体素子２ｄの、基準電位の差を低減している。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、互いに組み合わせることも可能である。例えば、Ｘ方向において端部負側枝部５１ｅを介在負側枝部５１ｉよりも厚く形成し、かつ、Ｚ方向において端部正側枝部４１ｅを介在正側枝部４１ｉよりも長くしてもよい。

１電力変換装置
２ｕ上アーム半導体素子
２ｄ下アーム半導体素子
３コンデンサ
４正バスバー
４１正側枝部
５負バスバー
５１負側枝部
５１ｉ介在負側枝部
５１ｅ端部負側枝部

Claims

互いに直列接続され、それぞれ複数個設けられた、上アーム半導体素子（２ｕ）と下アーム半導体素子（２ｄ）との半導体素子（２）と、
個々の該半導体素子に逆並列接続したフリーホイールダイオード（７）と、
直流電圧を平滑化するコンデンサ（３）と、
該コンデンサに電気接続した正側本体部（４０）と、該正側本体部から延出し上記上アーム半導体素子に電気接続した複数の正側枝部（４１）とを有する正バスバー（４）と、
上記コンデンサに電気接続した負側本体部（５０）と、該負側本体部から延出し上記下アーム半導体素子に電気接続した複数の負側枝部（５１）とを有する負バスバー（５）とを備え、
上記正側枝部と上記負側枝部とは交互に配されており、
同時にオンオフ動作する複数の上記上アーム半導体素子と、該上アーム半導体素子に直列接続し同時にオンオフ動作する複数の上記下アーム半導体素子とからなる半導体素子群（２０）が形成され、
上記負側枝部には、該負側枝部が接続した上記下アーム半導体素子と同じ上記半導体素子群に属する上記上アーム半導体素子に接続した２本の上記正側枝部の間に介在した介在負側枝部（５１ｉ）と、上記２本の正側枝部の間に介在しない位置に配された端部負側枝部（５１ｅ）とがあり、該端部負側枝部の自己インダクタンスを、上記介在負側枝部の自己インダクタンスよりも小さくしてある、電力変換装置（１）。
上記正側枝部には、該正側枝部が接続した上記上アーム半導体素子と同じ上記半導体素子群に属する上記下アーム半導体素子に接続した２本の上記負側枝部の間に介在した介在正側枝部（４１ｉ）と、上記２本の負側枝部の間に介在しない位置に配された端部正側枝部（４１ｅ）とがあり、該端部正側枝部の自己インダクタンスを、上記介在正側枝部の自己インダクタンスよりも小さくしてある、請求項１に記載の電力変換装置。
上記半導体素子を内蔵した半導体モジュール（６）と、該半導体モジュールを冷却する冷却管（１１）とを積層して積層体（１０）を構成してある、請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
上記上アーム半導体素子と上記下アーム半導体素子とが１個の半導体モジュール（６）に内蔵されている、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
上記正側枝部と上記負側枝部との配列方向における上記端部負側枝部の厚さを、上記配列方向における上記介在負側枝部の厚さよりも厚くしてある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
上記負側枝部の延出方向における上記端部負側枝部の長さを、上記延出方向における上記介在負側枝部の長さよりも短くしてある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
上記介在負側枝部に貫通孔（５８）を形成してある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
上記介在負側枝部に凹状部（５９）を形成してある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
上記端部負側枝部を、上記介在負側枝部よりも電気抵抗率が小さい導電性材料によって構成してある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
上記正側枝部と上記負側枝部との配列方向と、上記負側枝部の延出方向との双方に直交する直交方向において、上記端部負側枝部を上記介在負側枝部よりも長く形成してある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。