JP7086308B2 - Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置 - Google Patents
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Description
本願は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置に関するものである。
ダブルチョッパタイプのＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、半導体スイッチング素子等での損失を増加させることなく、リアクトルのリプル電流を低減させることができるとともに、小型且つ安価に構成することができるチョッパ回路として提案され、無停電電源装置での平滑コンデンサの電圧制御などに用いられている。
従来のダブルチョッパタイプのＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、それぞれダイオードが逆並列接続された４個のトランジスタと２個のリアクトルと２個のコンデンサとを備える。そして、２個のトランジスタを１つのパッケージに内蔵し、３つの端子を露出する半導体モジュールが用いられる（例えば特許文献１参照）。
従来のダブルチョッパタイプのＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、それぞれダイオードが逆並列接続された４個のトランジスタと２個のリアクトルと２個のコンデンサとを備える。そして、２個のトランジスタを１つのパッケージに内蔵し、３つの端子を露出する半導体モジュールが用いられる（例えば特許文献１参照）。
従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置では、２個の半導体モジュールを用いる必要があり、設置面積の低減化には不適であった。また、各半導体モジュールとコンデンサとを流れる循環電流の経路の配線インダクタンスが異なり、サージ電圧の低減が困難であった。このためサージ電圧による悪影響が発生し、各部の冷却を効果的に行えないという問題点があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、サージ電圧による悪影響を抑制し、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化の促進された構成のＤＣ／ＤＣコンバータ装置を提供することを目的とする。
本願に開示されるＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、それぞれダイオードが逆並列接続された第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列接続された第１ブリッジ回路と、それぞれダイオードが逆並列接続された第３スイッチング素子と第４スイッチング素子とが直列接続された第２ブリッジ回路とを１つのパッケージに収納した半導体モジュールと、第１、第２平滑コンデンサと、前記半導体モジュールと前記第１、第２平滑コンデンサとを接続する積層導体とを備える。前記半導体モジュールは、前記パッケージの第１面に並んで設けられた入出力端子である第１～第４端子と、前記パッケージの第２面に並んで設けられた入出力端子である第５、第６端子とを備え、前記第１端子と前記第２端子との間に前記第１ブリッジ回路が接続され、前記第３端子と前記第４端子との間に前記第２ブリッジ回路が接続され、前記第１ブリッジ回路の中間端子が前記第５端子に接続され、前記第２ブリッジ回路の中間端子が前記第６端子に接続される。前記第１、第２平滑コンデンサは、前記パッケージの前記第１面に対向するように配列される。そして、前記積層導体は、前記第１端子と前記第１平滑コンデンサの正極とを接続する高電位接続導体と、前記第４端子と前記第２平滑コンデンサの負極とを接続する低電位接続導体と、前記第２端子および前記第３端子と前記第１平滑コンデンサの負極および前記第２平滑コンデンサの正極とを接続する中間電位接続導体とが積層されて成る。
本願に開示されるＤＣ／ＤＣコンバータ装置によれば、小さな設置面積で、各第１、第２ブリッジ回路によるサージ電圧の差を抑制できる。これにより、サージ電圧による悪影響を抑制し、各部の冷却が効果的に可能であって、小型化の促進されたＤＣ／ＤＣコンバータ装置を提供する事ができる。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置としての昇圧チョッパ回路の概略回路構成を示す図である。
図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００は、第１ブリッジ回路１と第１平滑コンデンサＣ１と第１リアクトル２１とを有するチョッパと、第２ブリッジ回路２と第２平滑コンデンサＣ２と第２リアクトル２２とを有するチョッパとを、入力直流電源３と負荷４との間に備える、ダブルチョッパタイプの昇圧チョッパ回路である。
図１は、実施の形態１によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置としての昇圧チョッパ回路の概略回路構成を示す図である。
図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００は、第１ブリッジ回路１と第１平滑コンデンサＣ１と第１リアクトル２１とを有するチョッパと、第２ブリッジ回路２と第２平滑コンデンサＣ２と第２リアクトル２２とを有するチョッパとを、入力直流電源３と負荷４との間に備える、ダブルチョッパタイプの昇圧チョッパ回路である。
第１ブリッジ回路１は、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２が逆並列接続された第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とが直列接続されて成り、第２ブリッジ回路２は、それぞれダイオードＤ３、Ｄ４が逆並列接続された第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４とが直列接続されて成る。
第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）あるいはＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いる。また、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４およびダイオードＤ１～Ｄ４の材料には、Ｓｉ（ケイ素）あるいはＳｉＣ（炭化ケイ素）などが用いられる。
第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）あるいはＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いる。また、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４およびダイオードＤ１～Ｄ４の材料には、Ｓｉ（ケイ素）あるいはＳｉＣ（炭化ケイ素）などが用いられる。
また、第１ブリッジ回路１と第２ブリッジ回路２とは、半導体モジュール５０に収納される。即ち、半導体モジュール５０の１つのパッケージに４個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４と４個のダイオードＤ１～Ｄ４とが収納される。半導体モジュール５０には、入出力端子である第１～第６端子１１～１６が外側に露出するように形成される。
半導体モジュール５０の内側では、第１端子１１と第２端子１２との間に第１ブリッジ回路１が接続され、第３端子１３と第４端子１４との間に第２ブリッジ回路２が接続される。また、第１ブリッジ回路１の中間端子（交流端子）が第５端子１５に接続され、第２ブリッジ回路２の中間端子（交流端子）が第６端子１６に接続される。
半導体モジュール５０の外側では、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とが接続され、第２端子１２と第１平滑コンデンサＣ１の負極３２とが接続され、第３端子１３と第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とが接続され、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とが接続される。第１平滑コンデンサＣ１の負極３２と、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とは互いに接続され、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１と、第２平滑コンデンサＣ２の負極３４との間に負荷４が接続される。
また、第５端子１５には第１リアクトル２１の一端が接続され、第６端子１６には第２リアクトル２２の一端が接続される。第１リアクトル２１の他端と第２リアクトル２２の他端との間に入力直流電源３が接続される。
また、第５端子１５には第１リアクトル２１の一端が接続され、第６端子１６には第２リアクトル２２の一端が接続される。第１リアクトル２１の他端と第２リアクトル２２の他端との間に入力直流電源３が接続される。
即ち、第１ブリッジ回路１は第１平滑コンデンサＣ１の両極間に接続され、第２ブリッジ回路２は第２平滑コンデンサＣ２の両極間に接続され、第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２とは直列接続され、該直列回路は負荷４と並列に接続される。また、第１ブリッジ回路１の中間端子は、第１リアクトル２１を介して入力直流電源３の正極に接続され、第２ブリッジ回路２の中間端子は、第２リアクトル２１を介して入力直流電源３の負極に接続される。
なお、図１では昇圧チョッパ回路を示したが、この実施の形態は降圧チョッパ回路にも適用できる。
図２は、実施の形態１の別例によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置としての降圧チョッパ回路の概略回路構成を示す図である。図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２００は、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１と、第２平滑コンデンサＣ２の負極３４との間に入力直流電源３が接続され、第１リアクトル２１と第２リアクトル２２との間に負荷４が接続される。その他の構成は、図１で示したＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００（昇圧チョッパ回路）と同様である。
図２は、実施の形態１の別例によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置としての降圧チョッパ回路の概略回路構成を示す図である。図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２００は、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１と、第２平滑コンデンサＣ２の負極３４との間に入力直流電源３が接続され、第１リアクトル２１と第２リアクトル２２との間に負荷４が接続される。その他の構成は、図１で示したＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００（昇圧チョッパ回路）と同様である。
図３は、半導体モジュール５０の入出力端子の配置を示す図である。
第１ブリッジ回路１と第２ブリッジ回路２とは、半導体モジュール５０の１つのパッケージ５１に収納される。パッケージ５１は、一般的に直方体であり、図３では、２つの側面である第１面と第２面とを右辺と左辺とで示す。なお、第１面および第２面は、図示する面に限らない。
図３に示すように、第１端子１１、第２端子１２、第３端子１３および第４端子１４は、この順にパッケージ５１の第１面に並んで配置される。また、第５端子１５および第６端子１６は、この順にパッケージ５１の第２面に並んで配置される。
第１端子１１、第２端子１２、第３端子１３および第４端子１４は、ほぼ等間隔に配置され、互いに電気的に絶縁される。第５端子１５と第６端子１６とも、互いに電気的に絶縁される。
第１ブリッジ回路１と第２ブリッジ回路２とは、半導体モジュール５０の１つのパッケージ５１に収納される。パッケージ５１は、一般的に直方体であり、図３では、２つの側面である第１面と第２面とを右辺と左辺とで示す。なお、第１面および第２面は、図示する面に限らない。
図３に示すように、第１端子１１、第２端子１２、第３端子１３および第４端子１４は、この順にパッケージ５１の第１面に並んで配置される。また、第５端子１５および第６端子１６は、この順にパッケージ５１の第２面に並んで配置される。
第１端子１１、第２端子１２、第３端子１３および第４端子１４は、ほぼ等間隔に配置され、互いに電気的に絶縁される。第５端子１５と第６端子１６とも、互いに電気的に絶縁される。
図４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００の概略上面図であり、図５は、図４で示すＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００を手前から見た概略側面図である。
図４および図５に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００は、半導体モジュール５０と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを接続する積層導体４０を備える。そして、半導体モジュール５０と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２と積層導体４０とを備えたユニットであるダブルチョッパユニット６０が構成される。
図４および図５に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００は、半導体モジュール５０と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを接続する積層導体４０を備える。そして、半導体モジュール５０と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２と積層導体４０とを備えたユニットであるダブルチョッパユニット６０が構成される。
ダブルチョッパユニット６０は、図中、右側に第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２が、左側に半導体モジュール５０がそれぞれ配置され、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の右側から、ファン等の送風部品（図示せず）による冷却風が左向きに送られる。即ち、半導体モジュール５０は、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２よりも冷却風の下流側に配置される。また、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列される。
なお、半導体モジュール５０は、冷却器７０上にネジなどで固定される。
なお、半導体モジュール５０は、冷却器７０上にネジなどで固定される。
上述したように、半導体モジュール５０の第１端子１１、第２端子１２、第３端子１３および第４端子１４は、この順にパッケージ５１の第１面に並んで配置される。そして、このパッケージ５１の第１面に対向するように、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２が配列され、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３、負極３４の４端子がこの順に並んでパッケージ５１の第１面に対向配置される。
積層導体４０は、それぞれ導体板から成る高電位接続導体４１と中間電位接続導体４２と低電位接続導体４３とを、絶縁材４４を介して積層して構成される。高電位接続導体４１、中間電位接続導体４２および低電位接続導体４３を構成する３枚の導体板は、半導体モジュール５０と接続するために突出した端子部４８を除いて全て同じ幅と長さで構成される。
高電位接続導体４１は、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続する。中間電位接続導体４２は、第２端子１２および第３端子１３と、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とを接続する。低電位接続導体４３は、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続する。
高電位接続導体４１は、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続する。中間電位接続導体４２は、第２端子１２および第３端子１３と、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とを接続する。低電位接続導体４３は、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続する。
図５に示すように、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２上に、下から低電位接続導体４３、中間電位接続導体４２、高電位接続導体４１の順番に同じ領域に等間隔で重ね、各接続導体４１～４３の間に、この接続導体４１～４３の導体板より幅と長さが大きな絶縁材４４を挿入することで、３層の積層導体４０が構成される。
積層導体４０は、半導体モジュール５０の第１～第４端子１１～１４と金属ネジなどの導電物で接続される。同様に、積層導体４０は、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３、負極３４の４端子と金属ネジなどの導電物で接続される。なお、積層導体４０の低電位接続導体４３、中間電位接続導体４２および高電位接続導体４１は、それぞれかわし穴４５を設けて、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の所望の端子以外との接続を回避する。
積層導体４０は、半導体モジュール５０の第１～第４端子１１～１４と金属ネジなどの導電物で接続される。同様に、積層導体４０は、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３、負極３４の４端子と金属ネジなどの導電物で接続される。なお、積層導体４０の低電位接続導体４３、中間電位接続導体４２および高電位接続導体４１は、それぞれかわし穴４５を設けて、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の所望の端子以外との接続を回避する。
また、パッケージ５１の第２面に設けられた、半導体モジュール５０の第５端子１５は、第１リアクトル２１に接続される導電体と金属ネジなどの導電物で接続される。同様に、半導体モジュール５０の第６端子１６は、第２リアクトル２２に接続される導電体と金属ネジなどの導電物で接続される。
図６～図８は、それぞれダブルチョッパユニット６０の一部を示す平面図である。図６は、半導体モジュール５０と第１平滑コンデンサＣ１とを高電位接続導体４１で接続する様子を示す。図７は、半導体モジュール５０と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを中間電位接続導体４２で接続する様子を示す。図８は、半導体モジュール５０と第２平滑コンデンサＣ２とを低電位接続導体４３で接続する様子を示す。
図６に示すように、高電位接続導体４１は、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを、即ち高電位部分を接続する。高電位接続導体４１は、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２と、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３、負極３４とに対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
図６に示すように、高電位接続導体４１は、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを、即ち高電位部分を接続する。高電位接続導体４１は、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２と、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３、負極３４とに対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
図７に示すように、中間電位接続導体４２は、第２端子１２および第３端子１３と、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とを、即ち中間電位部分を接続する。中間電位接続導体４２は、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１と、第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とに対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
図８に示すように、低電位接続導体４３は、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを、即ち低電位部分を接続する。低電位接続導体４３は、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２と、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とに対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
図８に示すように、低電位接続導体４３は、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを、即ち低電位部分を接続する。低電位接続導体４３は、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２と、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とに対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
図９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置（昇圧チョッパ回路）１００に流れる循環電流の経路を示す回路図である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００では、第１平滑コンデンサＣ１の充電と第２平滑コンデンサＣ２の充電とが交互に繰り返し実施され、第１平滑コンデンサＣ１の充電モードと、第２平滑コンデンサＣ２の充電モードとの動作の切り替え時に、循環電流Ｉｐｃ、Ｉｃｎが流れる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００では、第１平滑コンデンサＣ１の充電と第２平滑コンデンサＣ２の充電とが交互に繰り返し実施され、第１平滑コンデンサＣ１の充電モードと、第２平滑コンデンサＣ２の充電モードとの動作の切り替え時に、循環電流Ｉｐｃ、Ｉｃｎが流れる。
第１平滑コンデンサＣ１の充電モードでは、第２スイッチング素子Ｑ２がオフで第３スイッチング素子Ｑ３がオンの期間中、入力直流電源３からの電流が、第１リアクトル２１→第１ダイオードＤ１→第１平滑コンデンサＣ１→第３スイッチング素子Ｑ３→第２リアクトル２２を通って流れ、第１平滑コンデンサＣ１を必要な電圧値まで充電する。
第２平滑コンデンサＣ２の充電モードでは、第２スイッチング素子Ｑ２がオンで第３スイッチング素子Ｑ３がオフの期間中、入力直流電源３からの電流が、第１リアクトル２１→第２スイッチング素子Ｑ２→第２平滑コンデンサＣ２→第４ダイオードＤ４→第２リアクトル２２を通って流れ、第２平滑コンデンサＣ２を必要な電圧値まで充電する。
第２平滑コンデンサＣ２の充電モードでは、第２スイッチング素子Ｑ２がオンで第３スイッチング素子Ｑ３がオフの期間中、入力直流電源３からの電流が、第１リアクトル２１→第２スイッチング素子Ｑ２→第２平滑コンデンサＣ２→第４ダイオードＤ４→第２リアクトル２２を通って流れ、第２平滑コンデンサＣ２を必要な電圧値まで充電する。
第１平滑コンデンサＣ１の充電モードから第２平滑コンデンサＣ２の充電モードに切り替わる際、第２平滑コンデンサＣ２の充電モード開始時に、第２スイッチング素子Ｑ２がターンオンした瞬間、第１ダイオードＤ１は、順方向に流れていた電流が逆方向に一時的に流れた後にオフする。この第１ダイオードＤ１を逆方向に流れる電流により、第１平滑コンデンサＣ１→第１ダイオードＤ１→第２スイッチング素子Ｑ２を循環する循環電流Ｉｐｃ（実線矢印で図示）が流れる。その後、第２スイッチング素子Ｑ２がターンオフした瞬間に発生するスイッチングサージ電圧ＶＭ１は、循環電流Ｉｐｃによる電流経路上の配線インダクタンスに基づいて演算できる。
また、第２平滑コンデンサＣ２の充電モードから第１平滑コンデンサＣ１の充電モードに切り替わる際、第１平滑コンデンサＣ１の充電モード開始時に、第３スイッチング素子Ｑ３がターンオンした瞬間、第４ダイオードＤ４は、順方向に流れていた電流が逆方向に一時的に流れた後にオフする。この第４ダイオードＤ４を逆方向に流れる電流により、第２平滑コンデンサＣ２→第３スイッチング素子Ｑ３→第４ダイオードＤ４を循環する循環電流Ｉｃｎ（点線矢印で図示）が流れる。その後、第３スイッチング素子Ｑ３がターンオフした瞬間に発生するスイッチングサージ電圧ＶＭ２は、循環電流Ｉｃｎによる電流経路上の配線インダクタンスに基づいて演算できる。
図１０は、ダブルチョッパユニット６０に流れる循環電流Ｉｐｃ、Ｉｃｎの経路を示す図である。図１０に示すように、循環電流Ｉｐｃの経路長と循環電流Ｉｃｎの経路長は等しくなり、配線インダクタンスは概ね等しくなる。また、半導体モジュール５０の第１～第４端子１１～１４および第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の正極、負極の配置により、循環電流Ｉｐｃ、Ｉｃｎの経路長を短くでき、配線インダクタンスを低減できる。
そして、半導体モジュール５０から第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２へ流れる電流と、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２から半導体モジュール５０へ流れる電流とが、積層導体４０の中で対向する事になり、配線インダクタンスをさらに低減できる。
そして、半導体モジュール５０から第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２へ流れる電流と、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２から半導体モジュール５０へ流れる電流とが、積層導体４０の中で対向する事になり、配線インダクタンスをさらに低減できる。
スイッチングサージ電圧は、（直流印加電圧）＋｛（配線インダクタンス）×（電流時間変化率）｝で算出でき、配線インダクタンスの大きさに応じて大きくなる。この実施の形態では、上記のように循環電流Ｉｐｃ、Ｉｃｎの経路上の配線インダクタンスを概ね等しくして低減できる。スイッチングサージ電圧ＶＭ１、ＶＭ２は、電力損失の発生、および第２、第３スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の劣化などを引き起こすものであるが、配線インダクタンスの低減により、共に抑制できる。このため、スイッチングサージ電圧ＶＭ１、ＶＭ２による悪影響を抑制できる。
図１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００に発生するサージ電圧を示す図であり、スイッチング素子のターンオフ時のスイッチングサージ電圧ＶＭ１、ＶＭ２を、スイッチング素子に流れる電流Ｉと共に示す。循環電流Ｉｐｃ、Ｉｃｎの経路上の配線インダクタンスが概ね等しくなるため、スイッチングサージ電圧ＶＭ１とスイッチングサージ電圧ＶＭ２との差も小さくできる。このため、ＶＭ１とＶＭ２との相違期間Ｔｄｅｆにおいて発生する相違電圧Ｖｄｅｆと電流Ｉとの積による、半導体モジュール５０の損失差も小さくできる。
このため、半導体モジュール５０の冷却を効果的に実施でき、冷却器７０の小型化に貢献できる。
このため、半導体モジュール５０の冷却を効果的に実施でき、冷却器７０の小型化に貢献できる。
なお、積層導体４０は、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２上に、下から低電位接続導体４３、中間電位接続導体４２、高電位接続導体４１の順番に重ねるものを示したが、いずれの順番に重ねても良く、同様の効果が得られる。
また、スイッチングサージ電圧について、昇圧チョッパ回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００について説明したが、降圧チョッパ回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ装置２００についても、同様にスイッチングサージ電圧を抑制でき、その悪影響を抑制できる。
さらに、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の許容温度は、半導体モジュール５０の許容温度より一般的に低いものであるが、冷却風の風上側に第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２を配置するため、効果的に第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２および半導体モジュール５０を冷却できる。
さらにまた、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列されるため、第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２とは、冷却風に同等に冷却され、冷却能力の違いが発生しない。
また、半導体モジュール５０の１つのパッケージ５１に４個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４と４個のダイオードＤ１～Ｄ４とを収納するため、複数の半導体モジュールを用いる従来のものに比べて、半導体モジュール５０を効果的に冷却でき、また設置面積が小さくＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００の小型化が促進できる。
さらにまた、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列されるため、第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２とは、冷却風に同等に冷却され、冷却能力の違いが発生しない。
また、半導体モジュール５０の１つのパッケージ５１に４個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４と４個のダイオードＤ１～Ｄ４とを収納するため、複数の半導体モジュールを用いる従来のものに比べて、半導体モジュール５０を効果的に冷却でき、また設置面積が小さくＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００の小型化が促進できる。
この実施の形態に対する比較例として、図１と同様の回路構成であって、２つの半導体モジュールＭ１、Ｍ２と２つの平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを冷却風の向きと同方向に一列に配置した場合を、図１２～図１５に示す。
図１２は、比較例によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置３００の概略回路構成を示す図である。図１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置３００の概略上面図であり、図１４は、図１３で示すＤＣ／ＤＣコンバータ装置３００を手前から見た概略側面図である。また、図１５は、循環電流の経路を示す図である。
図１２は、比較例によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置３００の概略回路構成を示す図である。図１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置３００の概略上面図であり、図１４は、図１３で示すＤＣ／ＤＣコンバータ装置３００を手前から見た概略側面図である。また、図１５は、循環電流の経路を示す図である。
図１２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置３００は、図１で示したＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００と同様の回路構成のダブルチョッパタイプの昇圧チョッパ回路である。即ち、第１ブリッジ回路１と第１平滑コンデンサＣ１と第１リアクトル２１とを有するチョッパと、第２ブリッジ回路２と第２平滑コンデンサＣ２と第２リアクトル２２とを有するチョッパとを、入力直流電源３と負荷４との間に備える。
この比較例では、第１ブリッジ回路１は半導体モジュールＭ１に収納され、第２ブリッジ回路２は半導体モジュールＭ２に収納される。
即ち、半導体モジュールＭ１のパッケージには、２個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と２個のダイオードＤ１、Ｄ２とが収納され、入出力端子であるＴＡ、ＴＢ、ＴＣが外側に露出するように形成される。また、半導体モジュールＭ２のパッケージには、２個のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４と２個のダイオードＤ３、Ｄ４とが収納され、入出力端子である端子ＴＡ、端子ＴＢ、端子ＴＣが外側に露出するように形成される。
この比較例では、第１ブリッジ回路１は半導体モジュールＭ１に収納され、第２ブリッジ回路２は半導体モジュールＭ２に収納される。
即ち、半導体モジュールＭ１のパッケージには、２個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と２個のダイオードＤ１、Ｄ２とが収納され、入出力端子であるＴＡ、ＴＢ、ＴＣが外側に露出するように形成される。また、半導体モジュールＭ２のパッケージには、２個のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４と２個のダイオードＤ３、Ｄ４とが収納され、入出力端子である端子ＴＡ、端子ＴＢ、端子ＴＣが外側に露出するように形成される。
図１３および図１４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置３００は、半導体モジュールＭ１、Ｍ２と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを接続する積層導体１４０を備える。各半導体モジュールＭ１、Ｍ２は、３つの端子ＴＡ、ＴＢ、ＴＣがパッケージの１つの面に形成される。２つの半導体モジュールＭ１、Ｍ２と２つの平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とが冷却風の向きと同方向に一列に配置され、半導体モジュールＭ１、Ｍ２の６端子と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の正極、負極の４端子の計１０個の端子が図示されるように並んで配置される。また、半導体モジュールＭ１、Ｍ２は冷却器１７０上に固定される。
積層導体１４０は、それぞれ導体板から成る高電位接続導体１４１と中間電位接続導体１４２と低電位接続導体１４３とを、絶縁材１４４を介して積層して構成される。各導体板には、絶縁のためのかわし穴４５が設けられる。
高電位接続導体１４１は、半導体モジュールＭ１の端子ＴＡと第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続する。中間電位接続導体１４２は、半導体モジュールＭ１の端子ＴＣ、半導体モジュールＭ２の端子ＴＡ、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３を接続する。低電位接続導体１４３は、半導体モジュールＭ２の端子ＴＣと第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続する。
また、半導体モジュールＭ１の端子ＴＢには第１リアクトル２１が接続され、半導体モジュールＭ２の端子ＴＢには第２リアクトル２２が接続される。
高電位接続導体１４１は、半導体モジュールＭ１の端子ＴＡと第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続する。中間電位接続導体１４２は、半導体モジュールＭ１の端子ＴＣ、半導体モジュールＭ２の端子ＴＡ、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３を接続する。低電位接続導体１４３は、半導体モジュールＭ２の端子ＴＣと第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続する。
また、半導体モジュールＭ１の端子ＴＢには第１リアクトル２１が接続され、半導体モジュールＭ２の端子ＴＢには第２リアクトル２２が接続される。
このように構成されるＤＣ／ＤＣコンバータ装置３００では、上述した循環電流Ｉｐｃ、Ｉｃｎは、図１５に示すような経路で流れる。この場合、循環電流Ｉｐｃの経路長と循環電流Ｉｃｎの経路長との差は大きく、配線インダクタンスの差も大きくなる。このため、スイッチングサージ電圧の抑制に限界があり、それによる悪影響が発生する。また、第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２とは冷却風に対して上流側と下流側との配置になるため、同様に冷却されず、効果的に冷却できない。さらに、２個の半導体モジュールＭ１、Ｍ２を用いるため、設置面積の低減化には不適である。
以上説明したような比較例に比べて、この実施の形態１によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００は、スイッチングサージ電圧による悪影響を抑制し、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化が促進されるものである。
次に、この実施の形態１の別例によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ａを、図１６～図２１に基づいて以下に説明する。この場合、半導体モジュールの第１～第４端子および第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の正極、負極の配置が、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００と異なる。ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００と同様の部分は同符号を用いて適宜、説明を省略する。
図１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ａ内の半導体モジュール５０Ａの入出力端子の配置を示す図である。
図１６に示すように、第１端子１１、第２端子１２、第４端子１４および第３端子１３は、この順にパッケージ５１Ａの第１面に並んで配置される。また、第５端子１５および第６端子１６は、この順にパッケージ５１Ａの第２面に並んで配置される。
第１端子１１、第２端子１２、第４端子１４および第３端子１３は、ほぼ等間隔に配置され、互いに電気的に絶縁される。第５端子１５と第６端子１６とも、互いに電気的に絶縁される。
図１６に示すように、第１端子１１、第２端子１２、第４端子１４および第３端子１３は、この順にパッケージ５１Ａの第１面に並んで配置される。また、第５端子１５および第６端子１６は、この順にパッケージ５１Ａの第２面に並んで配置される。
第１端子１１、第２端子１２、第４端子１４および第３端子１３は、ほぼ等間隔に配置され、互いに電気的に絶縁される。第５端子１５と第６端子１６とも、互いに電気的に絶縁される。
図１７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ａの概略上面図であり、図１８は、図１７で示すＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ａを手前から見た概略側面図である。
図１７および図１８に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ａは、半導体モジュール５０Ａと第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを接続する積層導体４０Ａを備える。そして、半導体モジュール５０Ａと第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２と積層導体４０Ａとを備えたユニットであるダブルチョッパユニット６０Ａが構成される。
図１７および図１８に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ａは、半導体モジュール５０Ａと第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを接続する積層導体４０Ａを備える。そして、半導体モジュール５０Ａと第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２と積層導体４０Ａとを備えたユニットであるダブルチョッパユニット６０Ａが構成される。
ダブルチョッパユニット６０Ａは、図中、右側に第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２が、左側に半導体モジュール５０Ａがそれぞれ配置され、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の右側から、ファン等の送風部品（図示せず）による冷却風が左向きに送られる。即ち、半導体モジュール５０Ａは、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２よりも冷却風の下流側に配置される。また、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列される。
上述したように、半導体モジュール５０Ａの第１端子１１、第２端子１２、第４端子１４および第３端子１３は、この順にパッケージ５１Ａの第１面に並んで配置される。そして、このパッケージ５１Ａの第１面に対向するように、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２が配列され、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２、第２平滑コンデンサＣ２の負極３４、正極３３の４端子がこの順に並んでパッケージ５１Ａの第１面に対向配置される。
積層導体４０Ａは、それぞれ導体板から成る高電位接続導体４１と中間電位接続導体４２Ａと低電位接続導体４３Ａとを、絶縁材４４を介して積層して構成される。３枚の導体板は、半導体モジュール５０Ａと接続するために突出した端子部４８を除いて全て同じ幅と長さで構成される。この場合も、いずれの順番で積層しても良い。
積層導体４０Ａは、それぞれ導体板から成る高電位接続導体４１と中間電位接続導体４２Ａと低電位接続導体４３Ａとを、絶縁材４４を介して積層して構成される。３枚の導体板は、半導体モジュール５０Ａと接続するために突出した端子部４８を除いて全て同じ幅と長さで構成される。この場合も、いずれの順番で積層しても良い。
図１９～図２１は、それぞれダブルチョッパユニット６０Ａの一部を示す平面図である。図１９は、半導体モジュール５０Ａと第１平滑コンデンサＣ１とを高電位接続導体４１で接続する様子を示す。図２０は、半導体モジュール５０Ａと第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを中間電位接続導体４２Ａで接続する様子を示す。図２１は、半導体モジュール５０Ａと第２平滑コンデンサＣ２とを低電位接続導体４３Ａで接続する様子を示す。
このＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ａにおいても、ダブルチョッパユニット６０Ａに流れる循環電流Ｉｐｃの経路長と循環電流Ｉｃｎの経路長は等しく、かつ短くでき、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００の場合と同様に配線インダクタンスを低減でき、スイッチングサージ電圧ＶＭ１、ＶＭ２による悪影響を抑制できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００の場合と同様に、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化が促進できる。
実施の形態２．
次に、この実施の形態２によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｂを、図２２～図２５に基づいて以下に説明する。この場合、積層導体の構成が、上記実施の形態１のＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００と異なる。ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００と同様の部分は同符号を用いて適宜、説明を省略する。
図２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｂの概略上面図であり、図２３は、図２２で示すＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｂを手前から見た概略側面図である。
次に、この実施の形態２によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｂを、図２２～図２５に基づいて以下に説明する。この場合、積層導体の構成が、上記実施の形態１のＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００と異なる。ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００と同様の部分は同符号を用いて適宜、説明を省略する。
図２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｂの概略上面図であり、図２３は、図２２で示すＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｂを手前から見た概略側面図である。
図２２および図２３に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｂは、半導体モジュール５０と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを接続する積層導体４０Ｂを備える。そして、半導体モジュール５０と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２と積層導体４０Ｂとを備えたユニットであるダブルチョッパユニット６０Ｂが構成される。
この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００と同様の半導体モジュール５０を用い、即ち、第１端子１１、第２端子１２、第３端子１３および第４端子１４は、この順にパッケージ５１の第１面に並んで配置される。そして、このパッケージ５１の第１面に対向するように、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２が配列され、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３、負極３４の４端子がこの順に並んでパッケージ５１の第１面に対向配置される。
この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００と同様の半導体モジュール５０を用い、即ち、第１端子１１、第２端子１２、第３端子１３および第４端子１４は、この順にパッケージ５１の第１面に並んで配置される。そして、このパッケージ５１の第１面に対向するように、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２が配列され、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３、負極３４の４端子がこの順に並んでパッケージ５１の第１面に対向配置される。
また、ダブルチョッパユニット６０Ｂは、図中、右側に第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２が、左側に半導体モジュール５０がそれぞれ配置され、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の右側から、ファン等の送風部品（図示せず）による冷却風が左向きに送られる。即ち、半導体モジュール５０は、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２よりも冷却風の下流側に配置される。また、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列される。
積層導体４０Ｂは、それぞれ導体板から成る高電位接続導体４１Ｂと中間電位接続導体４２と低電位接続導体４３Ｂとを、絶縁材４４を介して積層して構成される。高電位接続導体４１Ｂ、中間電位接続導体４２および低電位接続導体４３Ｂを構成する３枚の導体板は、半導体モジュール５０と接続するために突出した端子部４８を備える。
高電位接続導体４１Ｂは、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続する。中間電位接続導体４２は、第２端子１２および第３端子１３と、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とを接続する。低電位接続導体４３Ｂは、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続する。
高電位接続導体４１Ｂは、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続する。中間電位接続導体４２は、第２端子１２および第３端子１３と、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とを接続する。低電位接続導体４３Ｂは、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続する。
図２３に示すように、積層導体４０Ｂは、高電位接続導体４１Ｂと低電位接続導体４３Ｂとが積層方向の同じ位置に配置され、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂと、中間電位接続導体４２とが絶縁材４４を介して積層される。これにより、２層構造の積層導体４０Ｂが構成される。
この場合、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２上に、下から中間電位接続導体４２が配置され、その上に、中間電位接続導体４２の導体板より幅と長さが大きな絶縁材４４を介して高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂが配置される。高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂは、端子部４８を除いて、中間電位接続導体４２の端面と重なるように、中間電位接続導体４２に応じた幅と長さで形成され、かつ配置される。
なお、この場合も、いずれの順番で積層しても良く、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂを下層に、中間電位接続導体４２を上層に配置しても良い。
この場合、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２上に、下から中間電位接続導体４２が配置され、その上に、中間電位接続導体４２の導体板より幅と長さが大きな絶縁材４４を介して高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂが配置される。高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂは、端子部４８を除いて、中間電位接続導体４２の端面と重なるように、中間電位接続導体４２に応じた幅と長さで形成され、かつ配置される。
なお、この場合も、いずれの順番で積層しても良く、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂを下層に、中間電位接続導体４２を上層に配置しても良い。
積層導体４０Ｂは、半導体モジュール５０の第１～第４端子１１～１４と金属ネジなどの導電物で接続される。同様に、積層導体４０Ｂは、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３、負極３４の４端子と金属ネジなどの導電物で接続される。なお、積層導体４０Ｂの高電位接続導体４１Ｂ、中間電位接続導体４２および低電位接続導体４３Ｂは、それぞれかわし穴４５を設けて、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の所望の端子以外との接続を回避する。
図２４、図２５は、それぞれダブルチョッパユニット６０Ｂの一部を示す平面図である。
図２４は、半導体モジュール５０と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを、高電位接続導体４１Ｂ、低電位接続導体４３Ｂでそれぞれ接続する様子を示す。図２４に示すように、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂは、端子部４８を除いて同じ幅と長さの導電板から成り、高電位接続導体４１Ｂは第２平滑コンデンサＣ２の領域上には延在せず、低電位接続導体４３Ｂは第１平滑コンデンサＣ１の領域上には延在しない。そして、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂは、同じ高さ位置に配置される。
図２４は、半導体モジュール５０と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを、高電位接続導体４１Ｂ、低電位接続導体４３Ｂでそれぞれ接続する様子を示す。図２４に示すように、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂは、端子部４８を除いて同じ幅と長さの導電板から成り、高電位接続導体４１Ｂは第２平滑コンデンサＣ２の領域上には延在せず、低電位接続導体４３Ｂは第１平滑コンデンサＣ１の領域上には延在しない。そして、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂは、同じ高さ位置に配置される。
高電位接続導体４１Ｂは、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続し、即ち高電位部分を接続する。高電位接続導体４１Ｂは、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２に対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
低電位接続導体４３Ｂは、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続し、即ち低電位部分を接続する。低電位接続導体４３Ｂは、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３に対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
低電位接続導体４３Ｂは、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続し、即ち低電位部分を接続する。低電位接続導体４３Ｂは、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３に対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
図２５は、半導体モジュール５０と第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを中間電位接続導体４２で接続する様子を示す。図２５に示すように、中間電位接続導体４２は、第２端子１２および第３端子１３と、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とを接続する。
この実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、ダブルチョッパユニット６０Ｂに流れる循環電流Ｉｐｃの経路長と循環電流Ｉｃｎの経路長は等しく、かつ短くでき、配線インダクタンスを低減できる。このため、スイッチングサージ電圧ＶＭ１、ＶＭ２による悪影響を抑制できる。また、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化が促進できる。
また、積層導体４０Ｂを２層構造にしたため、小型化がさらに促進でき、コスト低減も図れる。
また、積層導体４０Ｂを２層構造にしたため、小型化がさらに促進でき、コスト低減も図れる。
なお、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｂの各導体板の面積が、実施の形態１の場合より小さいため、配線インダクタンスの低減効果は実施の形態１に比べて劣る。
次に、この実施の形態２の別例によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｃを、図２６～図２９に基づいて以下に説明する。この場合、半導体モジュールの第１～第４端子および第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の正極、負極の配置が、図１６～図２１で示した上記実施の形態１の別例と同様である。ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００、２００、１００Ａ、１００Ｂと同様の部分は同符号を用いて適宜、説明を省略する。
図２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｃの概略上面図であり、図２７は、図２６で示すＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｃを手前から見た概略側面図である。
図２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｃの概略上面図であり、図２７は、図２６で示すＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｃを手前から見た概略側面図である。
図２６および図２７に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｃは、半導体モジュール５０Ａと第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを接続する積層導体４０Ｃを備える。そして、半導体モジュール５０Ａと第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２と積層導体４０Ｃとを備えたユニットであるダブルチョッパユニット６０Ｃが構成される。
この場合、半導体モジュール５０Ａの第１端子１１、第２端子１２、第４端子１４および第３端子１３は、この順にパッケージ５１Ａの第１面に並んで配置される。そして、このパッケージ５１Ａの第１面に対向するように、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２が配列され、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２、第２平滑コンデンサＣ２の負極３４、正極３３の４端子がこの順に並んでパッケージ５１Ａの第１面に対向配置される。
この場合、半導体モジュール５０Ａの第１端子１１、第２端子１２、第４端子１４および第３端子１３は、この順にパッケージ５１Ａの第１面に並んで配置される。そして、このパッケージ５１Ａの第１面に対向するように、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２が配列され、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２、第２平滑コンデンサＣ２の負極３４、正極３３の４端子がこの順に並んでパッケージ５１Ａの第１面に対向配置される。
積層導体４０Ｃは、それぞれ導体板から成る高電位接続導体４１Ｂと中間電位接続導体４２Ａと低電位接続導体４３Ｃとを、絶縁材４４を介して積層して構成される。高電位接続導体４１Ｂ、中間電位接続導体４２Ａおよび低電位接続導体４３Ｃを構成する３枚の導体板は、半導体モジュール５０Ａと接続するために突出した端子部４８を備える。
高電位接続導体４１Ｂは、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続する。中間電位接続導体４２Ａは、第２端子１２および第３端子１３と、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とを接続する。低電位接続導体４３Ｃは、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続する。
高電位接続導体４１Ｂは、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続する。中間電位接続導体４２Ａは、第２端子１２および第３端子１３と、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とを接続する。低電位接続導体４３Ｃは、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続する。
図２７に示すように、積層導体４０Ｃは、高電位接続導体４１Ｂと低電位接続導体４３Ｃとが積層方向の同じ位置に配置され、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｃと、中間電位接続導体４２Ａとが絶縁材４４を介して積層される。これにより、２層構造の積層導体４０Ｃが構成される。この場合も、いずれの順番で積層しても良い。
図２８、図２９は、ダブルチョッパユニット６０Ｃの一部を示す平面図である。
図２８は、半導体モジュール５０Ａと第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを、高電位接続導体４１Ｂ、低電位接続導体４３Ｃでそれぞれ接続する様子を示す。図２８に示すように、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｃは、端子部４８を除いて同じ幅と長さの導電板から成り、高電位接続導体４１Ｂは第２平滑コンデンサＣ２の領域上には延在せず、低電位接続導体４３Ｃは第１平滑コンデンサＣ１の領域上には延在しない。そして、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｃは、同じ高さ位置に配置される。
高電位接続導体４１Ｂは、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続し、低電位接続導体４３Ｃは、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続する。
図２８は、半導体モジュール５０Ａと第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを、高電位接続導体４１Ｂ、低電位接続導体４３Ｃでそれぞれ接続する様子を示す。図２８に示すように、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｃは、端子部４８を除いて同じ幅と長さの導電板から成り、高電位接続導体４１Ｂは第２平滑コンデンサＣ２の領域上には延在せず、低電位接続導体４３Ｃは第１平滑コンデンサＣ１の領域上には延在しない。そして、高電位接続導体４１Ｂおよび低電位接続導体４３Ｃは、同じ高さ位置に配置される。
高電位接続導体４１Ｂは、第１端子１１と第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続し、低電位接続導体４３Ｃは、第４端子１４と第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続する。
図２９は、半導体モジュール５０Ａと第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを中間電位接続導体４２Ａで接続する様子を示す。図２９に示すように、中間電位接続導体４２Ａは、第２端子１２および第３端子１３と、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とを接続する。
このＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｃにおいても、ダブルチョッパユニット６０Ｃに流れる循環電流Ｉｐｃの経路長と循環電流Ｉｃｎの経路長は等しく、かつ短くでき、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｂの場合と同様に配線インダクタンスを低減でき、スイッチングサージ電圧ＶＭ１、ＶＭ２による悪影響を抑制できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１００Ｂの場合と同様に、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化が促進できる。
実施の形態３．
次に、この実施の形態３によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０を、図３０～図３５に基づいて以下に説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同符号を用いて適宜、説明を省略する。
図３０は、実施の形態３によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０の概略回路構成を示す図である。図３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０の概略上面図であり、図３２は、図３１で示すＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０を手前から見た概略側面図である。
次に、この実施の形態３によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０を、図３０～図３５に基づいて以下に説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同符号を用いて適宜、説明を省略する。
図３０は、実施の形態３によるＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０の概略回路構成を示す図である。図３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０の概略上面図であり、図３２は、図３１で示すＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０を手前から見た概略側面図である。
図３０に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０は、図１で示した半導体モジュール５０および第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２を２組、並列に接続したものである。
図３１および図３２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０は、２組の半導体モジュール５０と２組の第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを接続する積層導体４０Ｄを備える。そして、２組の半導体モジュール５０および第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２と積層導体４０Ｄとを備えたユニットであるダブルチョッパユニット６０Ｄが構成される。
図３１および図３２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０は、２組の半導体モジュール５０と２組の第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２とを接続する積層導体４０Ｄを備える。そして、２組の半導体モジュール５０および第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２と積層導体４０Ｄとを備えたユニットであるダブルチョッパユニット６０Ｄが構成される。
上記実施の形態１と同様に、各半導体モジュール５０の第１端子１１、第２端子１２、第３端子１３および第４端子１４は、この順にパッケージ５１の第１面に並んで配置される。そして、このパッケージ５１の第１面に対向するように、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２が配列され、第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２、第２平滑コンデンサＣ２の正極３３、負極３４の４端子がこの順に並んでパッケージ５１の第１面に対向配置される。なお、各半導体モジュール５０の第５端子１５、第６端子１６は、第１面とは異なるパッケージ５１の第２面に配置され、第１、第２リアクトル２１、２２にそれぞれ接続される。
ダブルチョッパユニット６０Ｄは、図中、右側に第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２が、左側に半導体モジュール５０がそれぞれ配置され、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の右側から、ファン等の送風部品（図示せず）による冷却風が左向きに送られる。２個の半導体モジュール５０は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列され、かつ第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２よりも冷却風の下流側に配置される。また、計４個の第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列される。
なお、２個の半導体モジュール５０は、冷却器７１上にネジなどで固定される。
なお、２個の半導体モジュール５０は、冷却器７１上にネジなどで固定される。
積層導体４０Ｄは、それぞれ導体板から成る高電位接続導体４１Ｄと中間電位接続導体４２ＤＡ、４２ＤＢと、低電位接続導体４３Ｄとを、絶縁材４４Ｄを介して積層して構成される。高電位接続導体４１Ｄ、中間電位接続導体４２ＤＡ、４２ＤＢおよび低電位接続導体４３Ｄを構成する４枚の導体板は、半導体モジュール５０と接続するために突出した端子部４８を備える。
高電位接続導体４１Ｄは、２個の第１端子１１と２個の第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを接続する。各中間電位接続導体４２ＤＡ、４２ＤＢは、各半導体モジュール５０において、第２端子１２および第３端子１３と、第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とを接続する。低電位接続導体４３Ｄは、２個の第４端子１４と２個の第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを接続する。
図３２に示すように、２組の第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２上に、下から低電位接続導体４３Ｄ、中間電位接続導体４２ＤＡ、４２ＤＢ、高電位接続導体４１Ｄの順番に同じ領域に絶縁材４４Ｄを介して積層される。これにより、３層構造の積層導体４０Ｄが構成される。高電位接続導体４１Ｄと低電位接続導体４３Ｄとは、端子部４８を除いて同じ幅と長さの導電板で形成され、絶縁材４４Ｄは、高電位接続導体４１Ｄおよび低電位接続導体４３Ｄより幅と長さが大きい。２枚の中間電位接続導体４２ＤＡ、４２ＤＢは、同じ幅と長さの導電板で形成され、積層方向の同じ位置に配置され、高電位接続導体４１Ｄおよび低電位接続導体４３Ｄの端面と重なるように配置される。
この場合も、積層導体４０Ｄは、各半導体モジュール５０の第１～第４端子１１～１４と金属ネジなどの導電物で接続され、同様に、各第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の正極、負極の８端子と金属ネジなどの導電物で接続される。なお、積層導体４０Ｄの低電位接続導体４３Ｄ、中間電位接続導体４２ＤＡ、４２ＤＢおよび高電位接続導体４１Ｄは、それぞれかわし穴４５を設けて、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の所望の端子以外との接続を回避する。
図３３～図３５は、それぞれダブルチョッパユニット６０Ｄの一部を示す平面図である。
図３３に示すように、高電位接続導体４１Ｄは、２個の第１端子１１と、２個の第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを、即ち高電位部分を接続する。高電位接続導体４１Ｄは、各第１平滑コンデンサＣ１の負極３２と、各第２平滑コンデンサＣ２の正極３３、負極３４とに対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
図３３に示すように、高電位接続導体４１Ｄは、２個の第１端子１１と、２個の第１平滑コンデンサＣ１の正極３１とを、即ち高電位部分を接続する。高電位接続導体４１Ｄは、各第１平滑コンデンサＣ１の負極３２と、各第２平滑コンデンサＣ２の正極３３、負極３４とに対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
図３４に示すように、各中間電位接続導体４２ＤＡ、４２ＤＢは、各半導体モジュール５０の第２端子１２および第３端子１３と、接続対象となる第１平滑コンデンサＣ１の負極３２および第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とを、即ち中間電位部分を接続する。各中間電位接続導体４２ＤＡ、４２ＤＢは、各第１平滑コンデンサＣ１の正極３１と、各第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とに対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
図３５に示すように、低電位接続導体４３Ｄは、２個の第４端子１４と２個の第２平滑コンデンサＣ２の負極３４とを、即ち低電位部分を接続する。低電位接続導体４３Ｄは、各第１平滑コンデンサＣ１の正極３１、負極３２と、各第２平滑コンデンサＣ２の正極３３とに対して電気的に接触しないかわし穴４５を設け、絶縁している。
このＤＣ／ＤＣコンバータ装置１１０においても、ダブルチョッパユニット６０Ｄに流れる循環電流Ｉｐｃの経路長と循環電流Ｉｃｎの経路長は等しく、かつ短くできる。また、半導体モジュール５０から第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２へ流れる電流と、第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２から半導体モジュール５０へ流れる電流とが、積層導体４０Ｄの中で対向する事になり、配線インダクタンスをさらに低減できる。
このため、配線インダクタンスを低減でき、スイッチングサージ電圧ＶＭ１、ＶＭ２による悪影響を抑制できる。また、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化が促進できる。
このため、配線インダクタンスを低減でき、スイッチングサージ電圧ＶＭ１、ＶＭ２による悪影響を抑制できる。また、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化が促進できる。
なお、この場合も、低電位接続導体４３Ｄ、中間電位接続導体４２ＤＡ、４２ＤＢおよび高電位接続導体４１Ｄを積層する順番は、これに限らずいずれでも良い。
また、上記実施の形態では、昇圧チョッパ回路を用いたが、降圧チョッパ回路を用いても良い。
さらに、半導体モジュール５０および第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２を２組、並列に接続したものを示したが、３組以上を並列接続した構成にも適用できる。
また、上記実施の形態では、昇圧チョッパ回路を用いたが、降圧チョッパ回路を用いても良い。
さらに、半導体モジュール５０および第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２を２組、並列に接続したものを示したが、３組以上を並列接続した構成にも適用できる。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１ 第１ブリッジ回路、２ 第２ブリッジ回路、１１～１４ 第１～第４端子、１５ 第５端子、１６ 第６端子、２１ 第１リアクトル、２２ 第２リアクトル、３１ 正極、３２ 負極、３３ 正極、３４ 負極、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ 積層導体、４１，４１Ｂ，４１Ｄ 高電位接続導体、４２，４２Ａ，４２ＤＡ，４２ＤＢ 中間電位接続導体、４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ 低電位接続導体、４４，４４Ｄ 絶縁材、５０，５０Ａ 半導体モジュール、５１，５１Ａ パッケージ、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１１０，２００ ＤＣ／ＤＣコンバータ装置、Ｃ１ 第１平滑コンデンサ、Ｃ２ 第２平滑コンデンサ、Ｄ１～Ｄ４ 第１～第４ダイオード、Ｑ１～Ｑ４ 第１～第４スイッチング素子。
Claims (9)
- それぞれダイオードが逆並列接続された第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列接続された第１ブリッジ回路と、それぞれダイオードが逆並列接続された第３スイッチング素子と第４スイッチング素子とが直列接続された第２ブリッジ回路とを１つのパッケージに収納した半導体モジュールと、
第１、第２平滑コンデンサと、
前記半導体モジュールと前記第１、第２平滑コンデンサとを接続する積層導体とを備え、
前記半導体モジュールは、前記パッケージの第１面に並んで設けられた入出力端子である第１～第４端子と、前記パッケージの第２面に並んで設けられた入出力端子である第５、第６端子とを備え、前記第１端子と前記第２端子との間に前記第１ブリッジ回路が接続され、前記第３端子と前記第４端子との間に前記第２ブリッジ回路が接続され、前記第１ブリッジ回路の中間端子が前記第５端子に接続され、前記第２ブリッジ回路の中間端子が前記第６端子に接続され、
前記第１、第２平滑コンデンサは、前記パッケージの前記第１面に対向するように配列され、
前記積層導体は、前記第１端子と前記第１平滑コンデンサの正極とを接続する高電位接続導体と、前記第４端子と前記第２平滑コンデンサの負極とを接続する低電位接続導体と、前記第２端子および前記第３端子と前記第１平滑コンデンサの負極および前記第２平滑コンデンサの正極とを接続する中間電位接続導体とが積層されて成る、
ＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 - 前記第１端子、前記第２端子、前記第３端子および前記第４端子は、この順に前記パッケージの前記第１面に配置され、かつ前記第１平滑コンデンサの正極、前記第１平滑コンデンサの負極、前記第２平滑コンデンサの正極および前記第２平滑コンデンサの負極が、この順で前記パッケージの前記第１面に対向して並ぶように配置される、
請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 - 前記第１端子、前記第２端子、前記第４端子および前記第３端子は、この順に前記パッケージの前記第１面に配置され、かつ前記第１平滑コンデンサの正極、前記第１平滑コンデンサの負極、前記第２平滑コンデンサの負極および前記第２平滑コンデンサの正極が、この順で前記パッケージの前記第１面に対向して並ぶように配置される、
請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 - 前記高電位接続導体、前記低電位接続導体および前記中間電位接続導体は、それぞれ導体板から成り、前記積層導体は、前記３枚の導体板がそれぞれ絶縁材を介して積層された３層構造となる、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 - 前記高電位接続導体、前記低電位接続導体および前記中間電位接続導体は、それぞれ導体板から成り、前記高電位接続導体と前記低電位接続導体とが積層方向の同じ位置で配置され、前記積層導体は、前記高電位接続導体および前記低電位接続導体と、前記中間電位接続導体とが絶縁材を介して積層され、前記積層導体を２層構造とした、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 - 前記半導体モジュールの前記第５、第６端子に、それぞれリアクトルが接続される、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 - 前記第１、第２平滑コンデンサは、冷却風の向きに対し垂直方向に配列される、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 - 前記半導体モジュールは、前記第１、第２平滑コンデンサよりも前記冷却風の下流側に配置される、
請求項７に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 - 前記半導体モジュールおよび前記第１、第２平滑コンデンサを複数組備え、該複数の半導体モジュールは、前記冷却風の向きに対し垂直方向に配列される、
請求項７または請求項８に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
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