JP6465017B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本明細書は、電力変換用の２個のスイッチング素子の直列接続を収容した半導体モジュールを備えた電力変換装置に関する。

双方向コンバータやインバータなどの電力変換装置は、２個のスイッチング素子の直列接続が回路の中に現れることが多い。以下、説明を簡単にするため、２個のスイッチング素子の直列接続を単に直列接続と称することがある。

例えば特許文献１には、双方向コンバータ回路とインバータ回路を含んでいる電力変換装置が開示されており、その双方向コンバータ回路には直列接続が２組用いられており、インバータ回路には直列接続が３組用いられている。このように直列接続が多数組用いられるので、ハードウエアとして、２個のスイッチング素子の直列接続を収容する半導体モジュールがよく用いられる。特許文献１でも、多数の半導体モジュールが採用されている。なお、特許文献１では、カードタイプの半導体モジュールと冷却器が交互に並ぶように、複数の半導体モジュールと複数の冷却器が積層されている積層構造を採用している。そのような積層構造は、カードタイプの半導体モジュールの各々がその両側から冷却されるので、冷却効率が高い。

また、特許文献１では、双方向コンバータ回路に用いられている２組の直列接続は、それらの高電位側同士が接続され、低電位側同士が接続され、中点同士が接続されている。その２組の直列接続は、並列動作し、あたかも一つの直列接続のように機能する。即ち、スイッチング素子のコントローラは、２組の直列接続の夫々の高電位側のスイッチング素子に対して同じタイミングでオンオフさせる指令信号を供給し、夫々の低電位側のスイッチング素子に対しても同じタイミングでオンオフさせる指令信号を供給する。２組の直列接続を並列動作させることで、電力を分散させ、各スイッチング素子の負荷を抑制することができる。

他方、大電力を扱う半導体モジュールと他の部品は、バスバと呼ばれる細長金属板（あるいは細長金属棒）で接続される。バスバの寄生インダクタンスが大きいと、スイッチング素子のオン時、及び、オフ時に発生するサージ電圧が大きくなってしまう。特許文献２には、バスバの寄生インダクタンスを低減する一つの技術が開示されている。特許文献１の技術では、スイッチング素子と導通するバスバの近傍に導電性部材を配置する。バスバに流れる電流に起因する磁束によって導電性部材に渦電流が発生する。渦電流は、磁束の変化を妨げる方向に流れるので、バスバの寄生インダクタンスが低減される。

特開２０１４―１１０４００号公報 特開２００８―０９９５５３号公報

特許文献１に例示されているように、一つの機能を２組の直列接続の並列動作によって実現することで、スイッチング素子の負荷を軽減することができる。直列接続を収容する半導体モジュールは、直列接続の高電位側端子と低電位側端子と中点端子を備えている。２個の半導体モジュールを並列動作をさせる場合には、２個の半導体モジュールの高電位側端子同士、低電位側端子同士、中点端子同士を接続する。一方、２個の半導体モジュール（２組の直列接続）を並列動作させると、２個の半導体モジュールはあたかも一つの直列接続のように動作するが、中点端子を通じて一方の半導体モジュールから他方の半導体モジュールへと電流が流れる場合がある。中点端子間に電流が流れると、中点端子同士を接続するバスバの寄生インダクタンスにより、スイッチング動作に起因して発生するサージ電圧が大きくなってしまう。２個の中点端子を接続するバスバの寄生インダクタンスによるサージ電圧の増大は、２個の半導体モジュールによる回路の並列化に伴って生じる課題である。本明細書は、そのような課題に鑑みて、中点端子同士を接続するバスバのインダクタンスを低減する技術を提供する。

本明細書が開示する電力変換装置は、２個の半導体モジュールと、中点接続バスバと、駆動回路を備えている。夫々の半導体モジュールは、電力変換用の２個のスイッチング素子の直列接続を収容しているとともに、その直列接続の高電位側端子と低電位側端子と中点端子を有する。中点接続バスバは、２個の半導体モジュールの中点端子同士を接続する。駆動回路は、２個の半導体モジュールに並列動作を実行させる。即ち、駆動回路は、２個の半導体モジュールの各々の高電位側のスイッチング素子に対して同じタイミングでオンオフさせる高電位側スイッチング指令信号を供給するとともに、各々の低電位側のスイッチング素子に対して同じタイミングでオンオフさせる低電位側スイッチング指令信号を供給する。２個の半導体モジュールの中点端子は平行に延びている。中点接続バスバの先端は、平行に延びる３個の枝部に、共通の基部から枝分かれしており、一方の側の枝部が一方の中点端子に接続しており、他方の側の枝部が他方の中点端子に接続している。中央の枝部は板状であり、各々の中点端子から距離を隔てつつ、幅広面が２個の中点端子の間に拡がるように、２個の中点端子の間に延びている。また、中点接続バスバの先端を平面に展開したとき、基部を挟んで中央の枝部とは反対側へ、中央の枝部と一直線をなすように、中点接続バスバのバスバ本体が延びているとともに、前記一方の側の前記枝部と前記他方の側の前記枝部が前記バスバ本体から左右対称に延びている。

上記の電力変換装置では、一方の中点端子から他方の中点端子へ電流が流れる場合、その電流に起因して平板状の中央の枝部に渦電流が発生する。渦電流は磁束を抑える方向に流れるため、両方の中点端子を接続するバスバ（両側の枝部とそれらの枝部をつなぐ部分）の寄生インダクタンスが低減される。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電力変換装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である。 半導体モジュールの斜視図である。 電力変換装置のケース内の部品レイアウトを示す平面図である（カバーを外した状態）。 図３のIV−IV線に沿った断面図である。 中点接続バスバ近傍の斜視図である。 図６（Ａ）は、２個の中点端子とそれらを接続する中点接続バスバの先端の平面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢＢ線に沿った断面図である。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）のＣＣ線に沿った断面図である。 図７（Ａ）は、中点接続バスバの展開図であり、図７（Ｂ）は中点接続バスバ先端の斜視図である。 図８（Ａ）は、変形例の中点接続バスバの展開図であり、図８（Ｂ）は変形例の中点接続バスバ先端の斜視図である。 図９（Ａ）は、参考例の中点接続バスバの展開図であり、図９（Ｂ）は参考例の中点接続バスバ先端の斜視図である。

図面を参照して実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置は、電気自動車に搭載されている。図１に実施例の電力変換装置２を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。電力変換装置２は、バッテリ８１の直流電力を、走行用モータ８３ａ、８３ｂを駆動する交流電力に変換するデバイスである。電気自動車１００は、２個の走行用モータ８３ａ、８３ｂを備える。それゆえ、電力変換装置２は、２組のインバータ回路１３ａ、１３ｂを備える。なお、２個のモータ８３ａ、８３ｂの出力は、ギアボックス８５で合成されて車軸８６（即ち駆動輪）へと伝達される。

電力変換装置２は、バッテリ８１の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路１２と、昇圧後の直流電力を交流に変換する２組のインバータ回路１３ａ、１３ｂを備えている。

電圧コンバータ回路１２は、一方の端子に印加された電圧を昇圧して他方の端子に出力する昇圧動作と、他方の端子に印加された電圧を降圧して一方の端子に出力する降圧動作の双方を行うことが可能である。そのような電圧コンバータ回路は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路と称される。説明の便宜上、以下では、低電圧側（バッテリ側）の端子を入力端１８と称し、高電圧側（インバータ回路側）の端子を出力端１９と称する。また、入力端１８の正極と負極を夫々、入力正極端１８ａと入力負極端１８ｂと称する。出力端１９の正極と負極を夫々、出力正極端１９ａと出力負極端１９ｂと称する。「入力端１８」、「出力端１９」との表記は説明の便宜を図るためのものであり、先に述べたように、電圧コンバータ回路１２は双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであるので、出力端１９から入力端１８へ電力が流れる場合がある。

電圧コンバータ回路１２は、４個のトランジスタ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、リアクトル４、フィルタコンデンサ３、各トランジスタに逆並列に接続されているダイオードで構成されている。２個のトランジスタ６ａ、７ａは直列に接続されており、残りの２個のトランジスタ６ｂ、７ｂも直列に接続されている。前述したように、２個のトランジスタが直列に接続された回路を単に「直列接続」と称する場合がある。また、以下では、直列接続の高電位側のトランジスタ６ａ、６ｂを上アームトランジスタと称し、低電位側のトランジスタ７ａ、７ｂを下アームトランジスタと称することがある。

２組の直列接続は並列に接続されている。２組の直列接続の高電位側は出力正極端１９ａに接続されており、低電位側は出力負極端１９ｂに接続されている。リアクトル４は、一端が入力正極端１８ａに接続されており、他端は、２組の直列接続のそれぞれの中点Ｑａ、Ｑｂに接続されている。フィルタコンデンサ３は、入力正極端１８ａと入力負極端１８ｂの間に接続されている。入力負極端１８ｂは、出力負極端１９ｂと直接に接続されている。

４個のトランジスタ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂは、後述する回路基板に実装された駆動回路で駆動される。駆動回路は、２個の上アームトランジスタ６ａ、６ｂに対して、同じタイミングでオンオフさせる上アームスイッチング指令信号を供給する。また、駆動回路は、２個の下アームトランジスタ７ａ、７ｂに対して、同じタイミングでオンオフさせる下アームスイッチング指令信号を供給する。即ち、２個の上アームトランジスタ６ａ、６ｂは同じタイミングで同じ動作をするように駆動され、２個の下アームトランジスタ７ａ、７ｂも同じタイミングで同じ動作をするように駆動される。前述したように、同じタイミングで同じ動作をすることを並列動作と称する。並列に接続された２組の直列接続を並列動作させることで、２組の直列接続はあたかも一つの直列接続のように動作するとともに、トランジスタの負荷を低減することができる。

先に述べたように、電圧コンバータ回路１２は、昇圧動作と降圧動作の双方を行うことができる。下アームトランジスタ７ａ、７ｂが昇圧動作に関与し、上アームトランジスタ６ａ、６ｂが降圧動作に関与する。

図１において、符号８ａが示す破線矩形の範囲の回路が、後述する半導体モジュール８ａにて実現される。符号８ｂが示す破線矩形の範囲の回路が、後述する半導体モジュール８ｂにて実現される。半導体モジュールは、２個のトランジスタの直列接続と、各トランジスタに逆並列に接続されているダイオードを収容したパッケージである。半導体モジュール８ａは、２個のトランジスタ６ａ、７ａの直列接続と、各トランジスタに逆並列に接続されたダイオードを収容している。半導体モジュール８ｂは、２個のトランジスタ６ｂ、７ｂの直列接続と、各トランジスタに逆並列に接続されたダイオードを収容している。

図２に、半導体モジュールの斜視図を示す。後述するようにインバータ回路１３ａ、１３ｂの各々も、半導体モジュール８ａ、８ｂと同様の複数の半導体モジュールを備えている。以下では、複数の半導体モジュールのいずれかひとつを区別なく示すときには「半導体モジュール８」と称する。半導体モジュール８は、樹脂製の本体９の内部に２個の半導体チップ２１ａ、２１ｂを収容している。半導体チップ２１ａ、２１ｂは、夫々、トランジスタとダイオードの逆並列回路を実現している。半導体チップ２１ａと半導体チップ２１ｂは直列に接続されている。この直列接続により、図１の符号８ａ、８ｂが示す回路が実現される。別言すれば、半導体モジュール８は、トランジスタとダイオードが逆並列に接続された２組の回路の直列接続を収容している。半導体モジュール８の本体９の一側面９ａから３個のパワー端子が延びており、反対側の側面９ｂから制御端子２５が延びている。３個のパワー端子は、２個のトランジスタの直列接続の高電位側の端子、低電位側の端子、中点の端子である。以下では、高電位側の端子を正極端子２２と称し、低電位側の端子を負極端子２３と称する。また、２個のトランジスタの直列接続の中点と導通している端子を中点端子２４と称する。制御端子２５は複数であり、半導体モジュール８に収容されているトランジスタのゲートと導通している信号線や、トランジスタを流れる電流を計測するセンサの信号線、及び、半導体チップ２１ａ、２１ｂの温度を計測するセンサの信号線などが含まれる。

図１に戻り、インバータ回路１３ａ、１３ｂについて概説する。なお、図１では、インバータ回路１３ａ、１３ｂの具体的な回路構成の図示は省略しており、半導体モジュール８ｃ−８ｈ（後述）を破線矩形で模式的に表すだけにとどめている。半導体モジュール８ｃ−８ｈの各々が、一つの直列接続に対応する。

インバータ回路１３ａは、２個のトランジスタの直列接続を３組備えている。各トランジスタにはダイオードが逆並列に接続されている。従ってより詳しくは、インバータ回路１３ａは、トランジスタとダイオードが逆並列に接続された回路２個の直列接続を３組備えている。半導体モジュール８ｃ、８ｄ、８ｅが３組の直列接続に対応する。それゆえ、以下では、半導体モジュール８ｃ−８ｅを用いてインバータ回路１３ａを説明する。３個の半導体モジュール８ｃ−８ｅは並列に接続されている。３個の半導体モジュール８ｃ−８ｅの高電位側（図２の正極端子２２）と低電位側（図２の負極端子２３）は、夫々、電圧コンバータ回路１２の出力正極端１９ａと出力負極端１９ｂに接続されている。夫々の半導体モジュールの中点端子２４（図２参照）から交流が出力される。

インバータ回路１３ｂはインバータ回路１３ａと同じ構成を備えている。即ちインバータ回路１３ｂは、３個の半導体モジュール８ｆ、８ｇ、８ｈを備えており、夫々の中点端子から交流が出力される。インバータ回路１３ａ、１３ｂの夫々の交流出力は、モータ８３ａ、８３ｂに供給される。なお、出力正極端１９ａと出力負極端１９ｂの間には、平滑コンデンサ５が接続されている。インバータ回路１３ａ、１３ｂの半導体モジュール８ｃ−８ｈは、電圧コンバータ回路１２の半導体モジュール８ａ、８ｂと同じ構造（即ち、図２に示した構造）を有している。

インバータ回路１３ａ、１３ｂの合計６個の半導体モジュール８ｃ−８ｈは、全て、電圧コンバータ回路１２の出力正極端１９ａと出力負極端１９ｂに並列に接続されている。電圧コンバータ回路１２の２個の半導体モジュール８ａ、８ｂも、出力正極端１９ａと出力負極端１９ｂに接続されている。即ち、電力変換装置２が備える８個の半導体モジュール８ａ−８ｈは、それらの正極端子２２が互いに接続されるとともに、それらの負極端子２３も互いに接続される。

２個の半導体モジュール８を使って実現される電圧コンバータ回路１２の説明を補足する。２個の半導体モジュール８の間はバスバと呼ばれる金属部材で接続される。バスバは、寄生インダクタンスを有する。すなわち、図１において、２個のトランジスタ６ａ、７ａの直列接続の中点Ｑａと、２個のトランジスタ６ｂ、７ｂの直列接続の中点Ｑｂをつなぐ導電区間Ｐａｂに寄生インダクタンスが存在する。トランジスタのスイッチング動作に伴って発生するサージ電圧はインダクタンスに比例して大きくなる。２個の半導体モジュール８ａ、８ｂは、あたかも一つの直列接続のように機能するが、導電区間Ｐａｂの寄生インダクタンスによるサージ電圧の増大は、一つの直列接続では生じない課題である。すなわち、導電区間Ｐａｂの寄生インダクタンスによるサージ電圧の増大は、一つの直列接続の機能を２個の半導体モジュール８ａ、８ｂで並列化したことに伴って生じる課題である。電力変換装置２は、２個の半導体モジュール８ａ、８ｂの中点端子２４の間の寄生インダクタンスを低減する構造を備えている。

中点端子２４の間のインダクタンスを低減する構造を説明する前に、図３、図４を参照して、電力変換装置２の全体のハードウエア構成を説明する。図３は、電力変換装置２の平面図である。図３は、カバーを外した電力変換装置２の平面図であり、ケース４０の内部に収容された部品のレイアウトが示されている。図４は、図３のIV−IV線に沿った断面図を示している。ケース４０の中には、フィルタコンデンサユニット１０３、リアクトルユニット１０４、積層ユニット１０、平滑コンデンサユニット１０５、回路基板５０（図４にのみ表示）などが収容されている。

フィルタコンデンサユニット１０３の中に、図１で示したフィルタコンデンサ３に相当するコンデンサ素子が収容されている。リアクトルユニット１０４の中に、図１で示したリアクトル４に相当するリアクトルデバイスが収容されている。平滑コンデンサユニット１０５の中に、図１で説明した平滑コンデンサ５に相当するコンデンサ素子１０５ａ（図４参照）が収容されている。フィルタコンデンサ３、平滑コンデンサ５、リアクトル４には大電流が流れるため、それらに対応するハードウエアは体格が大きい。

平滑コンデンサユニット１０５に隣接して積層ユニット１０が配置されている。積層ユニット１０は、半導体モジュール８と冷却器４４が交互に並ぶように、複数の半導体モジュール８と複数の冷却器４４が積層されたユニットである。図３では右端の２個の冷却器だけに符号４４を付しており、残りの冷却器の符号は省略している。また、図３では、左端の半導体モジュール８ａと右端の半導体モジュール８ｈにのみ、正極端子、負極端子、中点端子を示す符号２２、２３、２４を付しており、他の半導体モジュールにはそれらの符号を省略した。

積層ユニット１０に積層されている各半導体モジュール８（８ａ−８ｈ）の構造は、図２を参照して先に説明した通りである。積層ユニット１０は、ケース４０に設けられた支持壁４３と、２本の支持柱４５の間に挿入されている。図示を省略しているが、支持柱４５と積層ユニット１０の間には板バネが挿入されており、その板バネにより、積層ユニット１０はその積層方向に加圧されつつ、ケース４０に支持されている。積層方向の加圧によって半導体モジュール８と冷却器４４の密着性が高まり、冷却性能が向上する。また、積層ユニット１０の一端には冷媒供給管４１と冷媒排出管４２が接続されており、それらの管はケース４０を貫通している。冷媒供給管４１から供給された冷媒は各冷却器４４に分配される。冷媒は各冷却器４４の内部を通過する間に隣接する半導体モジュール８から熱を吸収する。冷却器４４を通過した冷媒は、冷媒排出管４２を通じて電力変換装置２の外へと排出される。

図１の回路図を参照して説明したように、全ての半導体モジュール８の高電位側（正極端子２２）が互いに接続されるとともに、低電位側（負極端子２３）が互いに接続される。そして、全ての半導体モジュール８の高電位側（正極端子２２）と低電位側（負極端子２３）の間に平滑コンデンサ５（平滑コンデンサユニット１０５）が並列に接続される。全ての半導体モジュール８の正極端子２２は、正極バスバ３１によって相互に接続されるとともに、平滑コンデンサユニット１０５の一方の電極に接続される。全ての半導体モジュール８の負極端子２３は負極バスバ３２によって相互に接続されるとともに、平滑コンデンサユニット１０５の他方の電極に接続される。なお、バスバとは、小さい内部抵抗で電力を伝える金属板（又は金属棒）を意味する。

半導体モジュール８ｃ−８ｈはインバータ回路に用いられ、それらの中点端子２４から交流が出力される。半導体モジュール８ｃ−８ｈの中点端子２４は、出力用バスバ３３に接続されており、出力用バスバ３３の一端は、電力変換装置２の出力端子４６を構成している。

図１の回路図を参照して説明したように、半導体モジュール８ａ、８ｂは並列に接続され、電圧コンバータ回路１２で用いられる。半導体モジュール８ａ、８ｂの正極端子２２は正極バスバ３１によって相互に接続されるとともに、他の半導体モジュール８ｃ−８ｈと同様に平滑コンデンサユニット１０５の一方の電極に接続される。半導体モジュール８ａ、８ｂの負極端子２３は、負極バスバ３２によって相互に接続されるとともに、他の半導体モジュール８ｃ−８ｈと同様に平滑コンデンサユニット１０５の他方の電極に接続される。

半導体モジュール８ａ、８ｂの中点端子２４は、中点接続バスバ３４によって相互に接続されるとともに、リアクトルユニット１０４の一方の端子に接続される。こうして、半導体モジュール８ａ、８ｂの正極端子２２同士、負極端子２３同士、中点端子２４同士が接続される。リアクトルユニット１０４の他方の端子は、バスバ３５により、フィルタコンデンサユニット１０３の一方の電極に接続される。バスバ３５の一方の端は、電力変換装置２の入力端４７（正極端）を構成している。フィルタコンデンサユニット１０３の他方の電極にはバスバ３６が接続されており、そのバスバ３６に一方の端が、入力端４７（負極端）を構成している。

図４に示されているように、積層ユニット１０の下方に回路基板５０が配置されている。回路基板５０には、全ての半導体モジュール８の制御端子２５が接続されている。回路基板５０には、各半導体モジュール８に収容されているトランジスタを駆動する駆動回路５１が実装されている。なお、先に述べたように、半導体モジュール８ａ、８ｂに収容されている上アームトランジスタ６ａと６ｂは、同じタイミングでオンとオフが切り換えられる。同様に半導体モジュール８ａ、８ｂに収容されている下アームトランジスタ７ａ、７ｂも同じタイミングでオンとオフが切り換えられる。回路基板に実装されている駆動回路５１が、半導体モジュール８ａ、８ｂに収容されているトランジスタに、それらを駆動する指令信号を供給する。より具体的には、駆動回路５１は、２個の半導体モジュール８ａ、８ｂの各々の上アームトランジスタ６ａ、６ｂに対して同じタイミングでオンオフさせる高電位側スイッチング指令信号を供給するとともに、各々の下アームトランジスタ７ａ、７ｂに対して同じタイミングでオンオフさせる低電位側スイッチング指令信号を供給する。なお、駆動回路５１は、他の半導体モジュール８ｃ−８ｈに収容されているトランジスタに対しても指令信号を供給する。

２個の半導体モジュール８ａ、８ｂの中点端子同士を接続している中点接続バスバ３４について説明する。図５は、中点接続バスバ３４とその周辺を拡大した斜視図である。図６は、中点接続バスバ３４と２個の中点端子２４の位置関係を示す図である。図６（Ａ）は平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢＢ線における断面を示しており、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のＣＣ線における断面を示している。図６では、半導体モジュール８ａ、８ｂの一部を仮想線で示してある。また、図５では、中点端子２４ａ、２４ｂ以外のパワー端子に接続されているバスバは図示を省略している。なお、説明の便宜上、図５及び図６では、半導体モジュール８ａの中点端子を符号２４ａで表し、半導体モジュール８ｂの中点端子を符号２４ｂで表す。なお、中点端子２４ａ、２４ｂの一方を区別なく示すときには、中点端子２４と称する。

先に述べたように、中点接続バスバ３４は、半導体モジュール８ａ、８ｂの中点端子２４同士を相互に接続するとともに、それらの中点端子２４をリアクトルユニット１０４の一方の端子に接続する。中点接続バスバ３４の中点端子側の先端は、３個の枝部３４ａ、３４ｂ、３４ｃに枝分かれしている。説明の便宜上、３個の枝部３４ａ−３４ｃがつながっている部分を共通の基部３４ｄ、あるいは、単に基部３４ｄと称する。３個の枝部３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、共通の基部３４ｄから平行に延びている。先に述べたように、バスバは、細長金属板で作られており、３個の枝部３４ａ−３４ｃの夫々も板状である。図５に示されているように、半導体モジュール８ａ、８ｂの中点端子２４ａ、２４ｂも平板状である。２個の中点端子２４ａ、２４ｂは平行に延びている。別言すれば、２個の中点端子２４ａ、２４ｂは、幅広面が対向するように並んでいる。平行に延びている３個の枝部３４ａ−３４ｃのうち、一方の側の枝部３４ａは一方の中点端子２４ａと接続されており、他方の側の枝部３４ｂは他方の中点端子２４ｂと接続されている。中点端子２４と中点接続バスバ３４（枝部３４ａ、３４ｂ）は、溶接により接続されている。

３個の枝部３４ａ−３４ｃのうち、中央の枝部３４ｃは、中点端子２４ａ、２４ｂの各々から距離を隔てつつ、幅広面が２個の中点端子２４ａ、２４ｂの間に拡がるように、２個の中点端子２４ａ、２４ｂの間に延びている。即ち、中央の枝部３４ｃは、直接には中点端子２４ａ、２４ｂのいずれにも触れていない。図中の座標系を用いて表現すれば以下の通りである。半導体モジュール８ａ、８ｂは、図中座標系のＸ方向に並んでおり、中点端子２４ａ、２４ｂは、Ｚ方向に延びている。中点接続バスバ３４の先端の３個枝部３４ａ−３４ｃはＹ方向に延びており、中央の枝部３４ｃは、その幅広面がＸＹ平面に広がるように、２個の中点端子２４ａ、２４ｂの間に延びている。

図６（Ａ）に示すように、中央の枝部３４ｃは、その幅広面を平面視したときに、両側の枝部３４ａ、３４ｂと、基部３４ｄで３方を囲まれる。一方の枝部３４ａは中点端子２４ａと接続されており、他方の枝部３４ｂは他方の中点端子２４ｂと接続されている。先に述べたように中央の枝部３４ｃは中点端子２４ａ、２４ｂのいずれとも接触はしていないが、基部３４ｄを通じて中点端子２４ａ、２４ｂと同電位となっている。先に述べたように、半導体モジュール８ａ、８ｂは並列動作する。従って理想的には、中点接続バスバ３４を介して一方の半導体モジュール８ａ（８ｂ）から他方の半導体モジュール８ｂ（８ａ）へは電流が流れない。しかし、現実の半導体モジュールには固体差に起因した固有の抵抗値があるため、中点接続バスバ３４を介して一方の半導体モジュール８ａ（８ｂ）から他方の半導体モジュール８ｂ（８ａ）へと電流が流れ得る。例えば、図６（Ａ）に示すように、半導体モジュール８ａの中点端子２４ａから半導体モジュール８ｂの中点端子２４ｂへと電流が流れる場合、中点端子２４ａ、枝部３４ａ、基部３４ｄ、枝部３４ｂ、中点端子２４ｂの順に電流が流れる。即ち、図６（Ａ）にて符号Ｉａｂの矢印が示すように、中点端子間を流れる電流は、中央の枝部３４ｃの幅広面を平面視したときに枝部３４ｃを囲むように流れる。その電流に起因して枝部３４ｃには渦電流が発生する。図６（Ａ）において符号Ｉｅｄが示す矢印線が渦電流を示している。渦電流Ｉｅｄは、中点端子２４ａから中点端子２４ｂへ流れる電流Ｉａｂに起因して発生する磁束を抑える方向に流れる。磁束の抑制は、すなわち、枝部３４ａ、基部３４ｄ、枝部３４ｂで構成される中点端子間の導電経路のインダクタンスが低減されることを意味する。即ち、２個の中点端子２４ａ、２４ｂの間に延びる枝部３４ｃは、中点端子２４ａ、２４ｂ同士をつなぐ導電経路のインダクタンスを低減する。その結果、２個の半導体モジュール８ａ、８ｂのトランジスタのスイッチング動作に起因するサージ電圧が、中点端子をつなぐバスバの寄生インダクタンスによって増大することが抑制される。

図７―図９を参照して、実施例の中点接続バスバ３４の枝部の構造と、その変形例と、参考例を説明する。図７（Ａ）は、実施例の中点接続バスバ３４の先端付近の展開図であり、図７（Ｂ）は中点接続バスバ３４の先端付近の斜視図である。図８（Ａ）は、変形例の中点接続バスバ１３４の先端付近の展開図であり、図８（Ｂ）は中点接続バスバ１３４の先端付近の斜視図である。図９（Ａ）は、参考例の中点接続バスバ２３４の先端付近の展開図であり、図９（Ｂ）は中点接続バスバ２３４の先端付近の斜視図である。先に述べたように、中点接続バスバ３４（１３４、２３４）の枝部がつながっている共通部分を基部３４ｄ（１３４ｄ、２３４ｄ）と称する。

図７（Ａ）に示すように、折り曲げ前の中点接続バスバ３４では、中点接続バスバ３４の先端の基部３４ｄから３方に枝部３４ａ−３４ｃが延びている。３個の枝部３４ａ−３４ｃは、基部３４ｄから同じ方向に直角に曲げられ、３個の枝部３４ａ−３４ｃが平行になる。そうして、図７（Ｂ）に示す形状が得られる。

図８（Ａ）に示すように、変形例の中点接続バスバ１３４は、バスバ本体の先端がＴ字形状を成しており、その横棒部分に相当する基部１３４ｄから３個の枝部１３４ａ−１３４ｃが平行に延びている。変形例の中点接続バスバ１３４は、基部１３４ｄの両端を同じ方向に折り曲げることで、図８（Ｂ）に示す形状が得られる。

図９（Ａ）に示すように、参考例の中点接続バスバ２３４は、バスバ本体の先端がＬ字に屈曲しており、そのＬ字の横棒部分に相当する基部２３４ｄから３個の枝部２３４ａ−２３４ｃが平行に延びている。基部２３４ｄの２か所を直角に折り曲げることで、図９（Ｂ）に示す形状が得られる。図８の中点接続バスバ１３４と図９の中点接続バスバ２３４は、３個の枝部１３４ａ−１３４ｃ（２３４ａ−２３４ｃ）と基部１３４ｄ（２３４ｄ）の幾何学的関係が同じであり、基部１３４ｄ（２３４ｄ）に対するそれ以外のバスバ部分の接続箇所が相違する。

図７、図８のいずれの中点接続バスバ３４（１３４）も、先端が、基部から平行に延びる３個の枝部に枝分かれしており、中央の枝部３４ｃ（１３４ｃ）は、幅広面が両側の枝部の間に拡がるように延びている。平板状の中央の枝部３４ｃ（１３４ｃ）を平面視したときに、両側の枝部３４ａと３４ｂ（１３４ａと１３４ｂ）と基部３４ｄ（１３４ｄ）が中央の枝部３４ｃ（１３４ｃ）の三方を囲んでいる。中点接続バスバ３４（１３４）を２個の半導体モジュール８ａ、８ｂの中点端子２４ａ、２４ｂに接続すると、一方の中点端子２４ａ（２４ｂ）から他方の中点端子２４ｂ（２４ａ）に電流が流れるときに中央の枝部３４ｃ（１３４ｃ）に渦電流が発生し、中点端子２４ａ、２４ｂの間のバスバの寄生インダクタンスが低減される。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のトランジスタ６ａ、７ａ（６ｂ、７ｂ）が２個のスイッチング素子の一例に相当する。実施例の電力変換装置２では、電圧コンバータ回路において２個の半導体モジュールを並列に接続し、それらを並列動作させる。本明細書が開示する技術は、インバータの一相を生成する直流接続を２個の半導体モジュールで並列化した構成にも適用することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電力変換装置
３：フィルタコンデンサ
４：リアクトル
５：平滑コンデンサ
６ａ、６ｂ：上アームトランジスタ
７ａ、７ｂ：下アームトランジスタ
８ａ−８ｈ：半導体モジュール
１０：積層ユニット
１２：電圧コンバータ回路
１３ａ、１３ｂ：インバータ回路
２１ａ、２１ｂ：半導体チップ
２２：正極端子
２３：負極端子
２４、２４ａ、２４ｂ：中点端子
２５：制御端子
３１：正極バスバ
３２：負極バスバ
３３：出力用バスバ
３４：中点接続バスバ
３４ａ−３４ｃ：枝部
３４ｄ：基部
３５、３６：バスバ
４０：ケース
５０：回路基板
５１：駆動回路
８１：バッテリ
８３ａ、８３ｂ：走行用モータ
１００：電気自動車
１０３：フィルタコンデンサユニット
１０４：リアクトルユニット
１０５：平滑コンデンサユニット
１３４：中点接続バスバ
１３４ａ−１３４ｃ：枝部
１３４ｄ：基部
２３４：中点接続バスバ
２３４ａ−２３４ｃ：枝部
２３４ｄ：基部

Claims (2)

1. 電力変換用の２個のスイッチング素子の直列接続を収容しているとともに、当該直列接続の高電位側端子と低電位側端子と中点端子を有する２個の半導体モジュールと、
   ２個の前記半導体モジュールの前記中点端子同士を接続する中点接続バスバと、
   ２個の前記半導体モジュールの各々の高電位側の前記スイッチング素子に対して同じタイミングでオンオフさせる高電位側スイッチング指令信号を供給するとともに、各々の低電位側の前記スイッチング素子に対して同じタイミングでオンオフさせる低電位側スイッチング指令信号を供給する駆動回路と、
   を備えており、
   ２個の前記半導体モジュールの前記中点端子は平行に延びており、
   前記中点接続バスバの先端は、平行に延びる３個の枝部に、共通の基部から枝分かれしており、
   一方の側の前記枝部が一方の前記中点端子に接続しており、他方の側の前記枝部が他方の前記中点端子に接続しており、
   中央の前記枝部は、板状であり、各々の前記中点端子から距離を隔てつつ、幅広面が２個の前記中点端子の間に拡がるように、２個の前記中点端子の間に延びており、
   前記中点接続バスバの先端を平面に展開したとき、前記基部を挟んで中央の前記枝部とは反対側へ、前記中点接続バスバのバスバ本体が延びているとともに、前記一方の側の前記枝部と前記他方の側の前記枝部が前記バスバ本体から左右対称に延びている、
   電力変換装置。
2. 前記中点接続バスバの先端を平面に展開したとき、前記基部と前記バスバ本体がＴ字形状をなしている、請求項１に記載の電力変換装置。

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