JP6648613B2 - Inverter device - Google Patents
Inverter device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6648613B2 JP6648613B2 JP2016075513A JP2016075513A JP6648613B2 JP 6648613 B2 JP6648613 B2 JP 6648613B2 JP 2016075513 A JP2016075513 A JP 2016075513A JP 2016075513 A JP2016075513 A JP 2016075513A JP 6648613 B2 JP6648613 B2 JP 6648613B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductor
- plate
- igbt
- semiconductor element
- heat sink
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、インバータ装置に関する。特に、単相インバータ装置の回路インダクタンスを低減させる構造に関する。 The present invention relates to an inverter device. In particular, it relates to a structure for reducing the circuit inductance of a single-phase inverter device.
図4に一般的な単相インバータの回路図を示す。単相インバータは、アームを構成するスイッチング素子のペア(IGBT1とIGBT2またはIGBT3とIGBT4)がP側導体とN側導体の間に直列に接続されている。 FIG. 4 shows a circuit diagram of a general single-phase inverter. In the single-phase inverter, a pair of switching elements (IGBT 1 and IGBT 2 or IGBT 3 and IGBT 4 ) constituting an arm are connected in series between a P-side conductor and an N-side conductor.
図5に示すように、従来技術に係る単相インバータ18は、ヒートシンク19上に半導体パワーモジュール(IGBT16〜IGBT49)が配置される。そして、P側導体20とN側導体21が絶縁板22を介して積層されて、この積層部に平滑コンデンサ10が設けられる。また、P側導体20とN側導体21の積層部の一端部からP側導体20が延在し、この延在部がヒートシンク19上に配置されたIGBT27のコレクタ端子及びIGBT49のコレクタ端子に接続される。また、P側導体20とN側導体21の積層部の端部からN側導体21が延在し、この延在部がヒートシンク19上に配置されたIGBT16のエミッタ端子及びIGBT38のエミッタ端子に接続される。さらに、IGBT16のコレクタ端子とIGBT27のエミッタ端子には交流出力Uの導体23が設けられ、IGBT38のコレクタ端子とIGBT49エミッタ端子には交流出力Vの導体24が設けられる。この導体23と導体24との間には、絶縁板25が設けられる。
As shown in FIG. 5, single-
しかし、半導体パワーモジュールの端子部周辺では、平滑コンデンサからの電流の導通経路が平面方向に広がるため、回路ループが大きくなり回路のインダクタンスが大きくなるおそれがある。 However, since the conduction path of the current from the smoothing capacitor spreads in the plane direction around the terminal portion of the semiconductor power module, there is a possibility that the circuit loop becomes large and the inductance of the circuit becomes large.
また、流れる電流の向きがお互いに逆向きとなるように導体を沿わせて配置することにより回路インダクタンスを打ち消すことができるが(例えば、特許文献5)、P側導体では、IGBT2のコレクタ側の導体とIGBT4のコレクタ側の導体とが分岐しており、N側導体では、IGBT1のエミッタ側の導体とIGBT3のエミッタ側の導体とが分岐しており、半導体パワーモジュールの端子部周辺では、流れる電流の向きがお互いに逆向きとなるように導体を沿わせて配置することが困難である。 Further, the circuit inductance can be canceled by arranging the conductors so that the directions of the flowing currents are opposite to each other (for example, Patent Document 5). However, in the P-side conductor, the collector side of the IGBT 2 is used. Of the IGBT 4 and the collector-side conductor of the IGBT 4 , and the N-side conductor has a branch of the emitter-side conductor of the IGBT 1 and the emitter-side conductor of the IGBT 3. In the periphery, it is difficult to arrange the conductors along the conductors so that the directions of the flowing currents are opposite to each other.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、インバータ装置の回路インダクタンス低減に貢献する技術を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a technique that contributes to a reduction in circuit inductance of an inverter device.
上記目的を達成する本発明のインバータ装置の一態様は、半導体素子のスイッチング動作により直流電源と交流機器との間の電力変換を行うインバータ装置であって、前記直流電源の正極側に設けられた板状の正極側導体と、前記直流電源の負極側に設けられた板状の負極側導体と、前記正極側導体と前記負極側導体との間に直列に接続された第1正極側半導体素子及び第1負極側半導体素子と、前記正極側導体と前記負極側導体との間に直列に接続された第2正極側半導体素子及び第2負極側半導体素子と、前記正極側導体と前記負極側導体との間に設けられる絶縁板と、前記絶縁板の前記正極側導体が設けられた側の板面に対して立設される板状の第1ヒートシンクと、前記絶縁板の前記負極側導体が設けられた側の板面に対して立設される板状の第2ヒートシンクと、を備え、前記正極側導体と前記負極側導体は、前記絶縁板を挟んで対向配置され、前記第1ヒートシンクの一方の面に前記第1正極側半導体素子が設けられ、前記第1ヒートシンクの他方の面に前記第2正極側半導体素子が設けられ、前記第2ヒートシンクの一方の面に前記第1負極側半導体素子が設けられ、前記第2ヒートシンクの他方の面に前記第2負極側半導体素子が設けられたことを特徴としている。 One embodiment of the inverter device of the present invention that achieves the above object is an inverter device that performs power conversion between a DC power supply and an AC device by a switching operation of a semiconductor element, and is provided on a positive electrode side of the DC power supply. A plate-shaped positive-side conductor, a plate-shaped negative-side conductor provided on the negative side of the DC power supply, and a first positive-side semiconductor element connected in series between the positive-side conductor and the negative-side conductor And a first negative electrode side semiconductor element, a second positive electrode side semiconductor element and a second negative electrode side semiconductor element connected in series between the positive electrode side conductor and the negative electrode side conductor, and the positive electrode side conductor and the negative electrode side. An insulating plate provided between the conductive plate and a conductor; a first heat sink in the form of a plate standing upright on a surface of the insulating plate on which the positive-side conductor is provided; and a negative-side conductor of the insulating plate Is set up on the plate surface on the side where A second heat sink having a plate shape, wherein the positive-side conductor and the negative-side conductor are disposed to face each other across the insulating plate, and the first positive-side semiconductor element is provided on one surface of the first heat sink. The second positive electrode semiconductor element is provided on the other surface of the first heat sink, the first negative electrode semiconductor element is provided on one surface of the second heat sink, and the other of the second heat sink is provided. The semiconductor device is characterized in that the second negative electrode side semiconductor element is provided on a surface.
以上の発明によれば、インバータ装置の回路インダクタンスを低減させることができる。 According to the above invention, the circuit inductance of the inverter device can be reduced.
本発明の実施形態にインバータ装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明のインバータ装置は、以下の実施形態に限定されるものではない。 An inverter device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the inverter device of the present invention is not limited to the following embodiment.
図1に、本発明の実施形態に係るインバータ装置1を示す。また、図2,3にインバータ装置1の斜視図を示す。インバータ装置1の回路図は、図4に示した回路図と同じである。また、図2,3では、説明の便宜上、絶縁板11を透明な板として、絶縁板11に隠れた部分が見えるように表示している。
FIG. 1 shows an
図2,3に示すように、インバータ装置1は、P側導体2及びN側導体3と、ヒートシンク4,5と、半導体パワーモジュール(IGBT16〜IGBT49)と、平滑コンデンサ10と、を備える。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
P側導体2及びN側導体3は板状の導体であり、直流電源(図示せず)の正極及び負極に接続される。P側導体2とN側導体3とは絶縁板11を介して電流の向きが反対となるように沿わせて配置される。つまり、P側導体2とN側導体3とは絶縁板11を介した平行平板状に設けられる。このP側導体2とN側導体3の積層部に平滑コンデンサ10が設けられる。P側導体2の一端には直流電源に接続される端子部2aが絶縁板11から立設した状態で形成される。また、P側導体2の他端側の側部には一対の接続部2b,2cが絶縁板11から立設した状態で形成される。この接続部2bはIGBT27のコレクタ端子に接続され、接続部2cはIGBT49のコレクタ端子に接続される。同様に、N側導体3の一端には直流電源に接続される端子部3aが絶縁板11から立設した状態で形成され、N側導体3の他端側の側部には一対の接続部3b,3cが絶縁板11から立設した状態で形成される。この接続部3bにIGBT16のエミッタ端子に接続され、接続部3cはIGBT38のエミッタ端子に接続される。
The P-
ヒートシンク4は、薄い板状に形成されたものであり、P側導体2の主面に対して立設して設けられる。ヒートシンク4(及びヒートシンク5)として、例えば、ヒートシンク内部に水が流通する流路が形成された水冷式のヒートシンクや、ヒートシンク内部にヒートパイプが設けられた沸騰冷却式のヒートシンクが用いられる。ヒートシンク4の一方の面にはIGBT27が設けられ、ヒートシンク4の他方の面にはIGBT49が設けられる。
The
ヒートシンク5は、薄い板状に形成されたものであり、N側導体3の主面に対して立設して設けられる。ヒートシンク5の一方の面にはIGBT16が設けられ、ヒートシンク5の他方の面にはIGBT38が設けられる。
The
半導体パワーモジュール(IGBT16〜IGBT49)は、スイッチング素子(IGBT)とこのスイッチング素子に逆並列に接続される還流ダイオード(図示せず)とがパッケージ化されたモジュールである。なお、スイッチング素子は、IGBTに限定されるものではなく、例えば、MOSFETなどのスイッチング素子でもよい。
Semiconductor power module (
図2に示すように、IGBT16のエミッタ端子は接続部3bを介してN側導体3と接続される。IGBT16のコレクタ端子は交流出力UのU1導体12に接続される。U1導体12は板状の導体であり、絶縁板11上に設けられる。また、IGBT27のコレクタ端子は接続部2bを介してP側導体2と接続される。IGBT27のエミッタ端子は交流出力UのU2導体13に接続される。U2導体13は板状の導体であり、絶縁板11上に設けられる。つまり、U1導体12とU2導体13とは接触した状態で積重され絶縁板11上に配置される。以後、U1導体12とU2導体13とを重ねた導体をU導体14という。
As shown in FIG. 2, the emitter terminal of the
図3に示すように、IGBT38のエミッタ端子は接続部3cを介してN側導体3と接続される。IGBT38のコレクタ端子は交流出力VのV1導体15に接続される。V1導体15は板状の導体であり、絶縁板11上に設けられる。また、IGBT49のコレクタ端子は接続部2cを介してP側導体2と接続される。IGBT49のエミッタ端子は交流出力VのV2導体16に接続される。V2導体16は板状の導体であり、絶縁板11上に設けられる。つまり、V1導体15とV2導体16とは接触した状態で積重され絶縁板11上に配置される。以後、V1導体15とV2導体16とを重ねた導体をV導体17という。なお、U導体14とV導体17は、絶縁板11を挟んで沿った状態で出力側に伸びている。
As shown in FIG. 3, the emitter terminal of the
上記のようにインバータ装置1は、直流電流の流れるP側導体2とN側導体3、交流電流が流れるU導体14及びV導体17を備えている。そして、インバータ装置1では、入力及び平滑コンデンサ10側からP側導体2とN側導体3は沿った状態で半導体パワーモジュール(IGBT16〜IGBT49)の端子部まで伸び、半導体パワーモジュールの端子部周辺で一度上下に分かれて接続される。上下に分かれた半導体パワーモジュールの端子部(IGBT27とIGBT49ではエミッタ端子、IGBT16とIGBT38ではコレクタ端子)からU導体14とV導体17が沿った状態で出力側に伸びている。このように、入力側から出力側までの電流経路において、導通経路の広がりを最小限に抑え、対向する電流方向の導体が極力沿わせて配置されている。
As described above, the
以上のような本発明の実施形態に係るインバータ装置1によれば、2枚の薄いヒートシンク4,5に半導体パワーモジュール(IGBT16〜IGBT49)を設け、ヒートシンク4,5の間に導体(具体的には、P側導体2とN側導体3)を設け、さらに電流の向きが反対の導体を沿わせることで、回路の相互インダクタンスを低減させることができる。
According to the
つまり、ヒートシンク4の一方の面にIGBT27を配置し、ヒートシンク4の他方の面にIGBT49を配置することで、P側導体2に接続される半導体パワーモジュール(IGBT27、IGBT49)のコレクタ端子同士を近接させてIGBT27及びIGBT49を配置することができる。同様に、ヒートシンク5の一方の面にIGBT16を配置し、ヒートシンク5の他方の面にIGBT38を配置することで、N側導体3に接続される半導体パワーモジュール(IGBT16、IGBT38)のエミッタ端子同士を近接させてIGBT16及びIGBT38を配置することができる。その結果、P側導体2及びN側導体3の幅(ヒートシンク4,5の半導体パワーモジュールの配置面に対して垂直方向の幅)が短くなり、電流の導通経路の広がりが改善され、回路ループが小さくなる。このように、回路ループが小さくなることで、インバータ装置1の直流側の回路インダクタンスが低減し、素子ターンオフ時のサージ電圧が抑制される。また、P側導体2及びN側導体3を絶縁板11を介した平行平面導体とし、電流の向きが反対となるように沿わせて配置することで、回路インダクタンスを打ち消す効果を生じさせることができる。特に、半導体パワーモジュール(IGBT16〜IGBT49)の端子部近傍までP側導体2とN側導体3とを沿わせて配置することができるので、回路インダクタンスが低減し、素子ターンオフ時のサージ電圧を抑制することができる。
That is, the
また、半導体パワーモジュール(IGBT16〜IGBT49)をヒートシンク4,5に両面実装し、導体(P側導体2(及びN側導体3)とU導体14(及びV導体17))は屈折が少ないため、インバータ装置1を小型化することができる。具体的には、接触回避のための加工部で、U導体14(及びV導体17)の素子付近の加工におけるU導体14(及びV導体17)の屈折が少ないため、インバータ装置1を小型化することができる。
Further, the semiconductor power module (
1…インバータ装置
2…P側導体(正極側導体)
2a…端子部、2b,2c…接続部
3…N側導体(負極側導体)
3a…端子部、3b,3c…接続部
4,5…ヒートシンク
6〜9…半導体パワーモジュール(IGBT1〜IGBT4)
10…平滑コンデンサ
11…絶縁板
12…U1導体、13…U2導体、14…U導体
15…V1導体、16…V2導体、17…V導体
1.
2a: Terminal portion, 2b, 2c: Connection portion 3: N-side conductor (negative-side conductor)
3a ... terminal portion, 3b, 3c ...
10 ... smoothing
Claims (4)
前記直流電源の正極側に設けられた板状の正極側導体と、
前記直流電源の負極側に設けられた板状の負極側導体と、
前記正極側導体と前記負極側導体との間に直列に接続された第1正極側半導体素子及び第1負極側半導体素子と、
前記正極側導体と前記負極側導体との間に直列に接続された第2正極側半導体素子及び第2負極側半導体素子と、
前記正極側導体と前記負極側導体との間に設けられる絶縁板と、
前記絶縁板の前記正極側導体が設けられた側の板面に対して立設される板状の第1ヒートシンクと、
前記絶縁板の前記負極側導体が設けられた側の板面に対して立設される板状の第2ヒートシンクと、を備え、
前記正極側導体と前記負極側導体は、前記絶縁板を挟んで対向配置され、
前記第1ヒートシンクの一方の面に前記第1正極側半導体素子が設けられ、前記第1ヒートシンクの他方の面に前記第2正極側半導体素子が設けられ、
前記第2ヒートシンクの一方の面に前記第1負極側半導体素子が設けられ、前記第2ヒートシンクの他方の面に前記第2負極側半導体素子が設けられた
ことを特徴とするインバータ装置。 An inverter device that performs power conversion between a DC power supply and an AC device by a switching operation of a semiconductor element,
A plate-shaped positive-side conductor provided on the positive side of the DC power supply,
A plate-shaped negative electrode-side conductor provided on the negative electrode side of the DC power supply,
A first positive semiconductor element and a first negative semiconductor element connected in series between the positive conductor and the negative conductor,
A second positive electrode side semiconductor element and a second negative electrode side semiconductor element connected in series between the positive electrode side conductor and the negative electrode side conductor,
An insulating plate provided between the positive conductor and the negative conductor,
A plate-shaped first heat sink that stands upright on a plate surface of the insulating plate on which the positive electrode-side conductor is provided;
A plate-shaped second heat sink that stands upright on a plate surface of the insulating plate on which the negative electrode-side conductor is provided,
The positive electrode-side conductor and the negative electrode-side conductor are disposed to face each other with the insulating plate interposed therebetween,
The first positive side semiconductor element is provided on one surface of the first heat sink, and the second positive side semiconductor element is provided on the other surface of the first heat sink,
The inverter device according to claim 1, wherein the first negative-side semiconductor element is provided on one surface of the second heat sink, and the second negative-side semiconductor element is provided on the other surface of the second heat sink.
ことを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。 The inverter device according to claim 1, wherein the positive electrode side conductor and the negative electrode side conductor are provided in a parallel plate shape with the insulating plate interposed therebetween.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインバータ装置。 3. The inverter device according to claim 1, wherein the first heat sink and the second heat sink are liquid-cooled heat sinks including water cooling or boiling cooling.
前記第2正極側半導体素子のエミッタに接続される板状の第3導体と、前記第2負極側半導体素子のコレクタに接続される板状の第4導体が、前記絶縁板上に重ねた状態で設けられた
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のインバータ装置。 A state in which a plate-shaped first conductor connected to the emitter of the first positive-side semiconductor element and a plate-shaped second conductor connected to the collector of the first negative-side semiconductor element are overlaid on the insulating plate Provided by
A state in which a plate-shaped third conductor connected to the emitter of the second positive electrode-side semiconductor element and a plate-shaped fourth conductor connected to the collector of the second negative electrode-side semiconductor element are overlaid on the insulating plate The inverter device according to any one of claims 1 to 3, wherein the inverter device is provided.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016075513A JP6648613B2 (en) | 2016-04-05 | 2016-04-05 | Inverter device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016075513A JP6648613B2 (en) | 2016-04-05 | 2016-04-05 | Inverter device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017188996A JP2017188996A (en) | 2017-10-12 |
JP6648613B2 true JP6648613B2 (en) | 2020-02-14 |
Family
ID=60044300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016075513A Active JP6648613B2 (en) | 2016-04-05 | 2016-04-05 | Inverter device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6648613B2 (en) |
-
2016
- 2016-04-05 JP JP2016075513A patent/JP6648613B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017188996A (en) | 2017-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6160780B2 (en) | 3-level power converter | |
CN105742278B (en) | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips | |
JP6366612B2 (en) | Power semiconductor module | |
JP6179490B2 (en) | Power module | |
JP5132175B2 (en) | Power converter | |
JP3173512U (en) | Semiconductor device | |
JP4640213B2 (en) | Power semiconductor device and inverter bridge module using the same | |
JP5440634B2 (en) | Power converter | |
JP2004311685A (en) | Semiconductor device for power | |
JP2019162032A (en) | Semiconductor unit, semiconductor device, and uninterruptible power supply | |
JP2020017623A (en) | Semiconductor device | |
KR20180097566A (en) | Induction heating power supply | |
JP2012105382A (en) | Semiconductor device | |
JP2017038020A (en) | Semiconductor module | |
JP2013125889A (en) | Semiconductor device | |
JP4842018B2 (en) | Power converter | |
JP4957842B2 (en) | Power converter | |
JP6648613B2 (en) | Inverter device | |
JP7062979B2 (en) | Power supply | |
JP2014093881A (en) | Power conversion device | |
JP2015225988A (en) | Semiconductor device | |
JP6011656B2 (en) | Inverter device | |
JP2009089491A (en) | Power conversion device | |
US9407166B2 (en) | Inverter device | |
JP6493171B2 (en) | Power converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190219 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191217 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20191218 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191230 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6648613 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |