JP7110772B2

JP7110772B2 - power converter

Info

Publication number: JP7110772B2
Application number: JP2018129382A
Authority: JP
Inventors: 泰輔藁科
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2038-07-06
Also published as: JP2020010499A

Description

本明細書が開示する技術は、電力変換器に関する。特に、２個のスイッチング素子の直列接続を収容している複数のパワーモジュールが並んで配置されているとともに、所定の電気部品に対して夫々のパワーモジュール内のスイッチング素子を接続するバスバを備えた電力変換器に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a power converter. In particular, a plurality of power modules each containing a series connection of two switching elements are arranged side by side, and a bus bar is provided to connect the switching elements in each power module to a predetermined electrical component. It relates to power converters.

特許文献１に、スイッチング素子を収容した複数のパワーモジュールを備えた電力変換器が開示されている。複数のパワーモジュールは並んで配置されている。複数のパワーモジュールは複数の冷却器とともに１個ずつ交互に積層されており、夫々のパワーモジュールは両面から冷却される。夫々のパワーモジュール内のスイッチング素子は１個のコンデンサと並列に接続されている。複数のスイッチング素子とコンデンサは、バスバと呼ばれる金属部材で接続されている。 Patent Literature 1 discloses a power converter provided with a plurality of power modules containing switching elements. A plurality of power modules are arranged side by side. A plurality of power modules are alternately stacked together with a plurality of coolers, and each power module is cooled from both sides. A switching element in each power module is connected in parallel with one capacitor. A plurality of switching elements and capacitors are connected by metal members called busbars.

バスバは細いワイヤケーブルよりも内部抵抗（インダクタンス）が小さいが、大電力を扱う電力変換器ではバスバのインダクタンスを極力抑えることが重要である。特許文献２には、複数のスイッチング素子の夫々と電源を接続するとともに、複数のスイッチング素子を直接に接続し、バスバをループ状に形成する技術が開示されている。ループ状のバスバによってインダクタンスの並列回路が形成され、スイッチング素子と電源の間のバスバに生じる寄生インダクタンスが小さくなる。 A busbar has a smaller internal resistance (inductance) than a thin wire cable, but it is important to minimize the inductance of the busbar in power converters that handle high power. Patent Literature 2 discloses a technique of connecting a power supply to each of a plurality of switching elements and directly connecting the plurality of switching elements to form a busbar in a loop shape. A parallel circuit of inductance is formed by the loop-shaped bus bar, and the parasitic inductance generated in the bus bar between the switching element and the power supply is reduced.

特開２０１４－０９０５３８号公報JP 2014-090538 A 特開２００２－１４１４５２号公報JP-A-2002-141452

バスバのインダクタンスが特に問題となるのは、並列に接続されたスイッチング素子を同時にオンオフする場合である。この場合、電源などの電気部品と一方のスイッチング素子の間のインダクタンスと電気部品と他方のスイッチング素子の間のインダクタンスの差が大きいとゲート発振が生じるおそれがある。本明細書は、ゲート発振を抑える技術を提供する。 The inductance of the busbar becomes a particular problem when switching elements connected in parallel are turned on and off at the same time. In this case, gate oscillation may occur if there is a large difference in inductance between an electrical component such as a power supply and one switching element and between the electrical component and the other switching element. This specification provides techniques for suppressing gate oscillation.

本明細書が開示する電力変換器は、複数のパワーモジュールとバスバを備えている。夫々のパワーモジュールは内部に２個のスイッチング素子の直列接続体を収容している。複数のパワーモジュールは並んで配置されている。バスバは、所定の電気部品に対して夫々のスイッチング素子を接続する。夫々のパワーモジュールは、当該パワーモジュールのパッケージの内部で直列接続体における２個のスイッチング素子の接続の中点あるいは負極側と導通しているとともに、パッケージから延びている端子を備えている。バスバは、ベース部と複数の枝部と複数のブリッジ部を備えている。ベース部は、電気部品に接続されているとともに、複数のパワーモジュールの端子に隣接するようにパワーモジュールの並び方向に延びている。複数の枝部の夫々はベース部の縁から対応する夫々の端子に向かって延びているとともに対応する端子と接続されている。ブリッジ部は枝部から延びており、隣接する枝部のブリッジ部同士が接続されている。なお、電気部品は、典型的には、リアクトルあるいはコンデンサである。なお、以下では、「直列接続体」を単純に「直列接続」と称する場合があり、「直列接続体における２個のスイッチング素子の接続の中点」を単純に「直列接続の中点」と称する場合がある。 A power converter disclosed in this specification includes a plurality of power modules and busbars. Each power module internally accommodates a series connection of two switching elements. A plurality of power modules are arranged side by side. A busbar connects each switching element to a predetermined electrical component. Each power module has a terminal that is electrically connected to the middle point or the negative side of the connection of two switching elements in the series connection inside the package of the power module and that extends from the package. The busbar has a base portion, a plurality of branch portions, and a plurality of bridge portions. The base portion is connected to the electrical component and extends in the direction in which the power modules are arranged so as to be adjacent to the terminals of the plurality of power modules. Each of the plurality of branch portions extends from an edge of the base portion toward and is connected to a corresponding terminal. The bridges extend from the branches and connect the bridges of adjacent branches. Note that the electrical component is typically a reactor or a capacitor. In the following description, the “series connection” may be simply referred to as “series connection”, and the “midpoint of the connection of two switching elements in the series connection” may simply be referred to as “the midpoint of the series connection”. sometimes referred to as

上記の構成によれば、隣接するパワーモジュールの端子（スイッチング素子と導通している端子）が、枝部とベース部で電気的に接続されるとともに、枝部とブリッジ部でも電気的に接続される。複数のスイッチング素子を並列に接続するバスバが二重の導電経路を備えるので、スイッチング素子の夫々と電気部品との間のバスバのインダクタンスの差を抑えることができる。特に、並列に接続されているスイッチング素子の出力側（ｎ型スイッチング素子におけるソースあるいはエミッタ）の側のインダクタンスが異なるとゲート発振が生じ易い。ブリッジ部を備える枝部が２個のスイッチング素子の直列接続の中点と接続される場合は、夫々の正極側のスイッチング素子の出力端と電気部品との間のインダクタンスの差が小さくなる。ブリッジ部を備える枝部が２個のスイッチング素子の直列接続の負極側と接続される場合は、夫々の負極側のスイッチング素子の出力端と電気部品との間のインダクタンスの差が小さくなる。いずれの場合も、並列に接続されているスイッチング素子の出力側のバスバのインダクタンスの差が小さくなり、ゲート発振を抑制することができる。 According to the above configuration, the terminals of the adjacent power modules (terminals electrically connected to the switching elements) are electrically connected at the branch portion and the base portion, and are also electrically connected at the branch portion and the bridge portion. be. Since the bus bar that connects the switching elements in parallel has a double conductive path, it is possible to suppress the difference in the inductance of the bus bar between each of the switching elements and the electrical component. In particular, if the inductance on the output side (source or emitter in the n-type switching element) of the switching elements connected in parallel differs, gate oscillation is likely to occur. When the branch with the bridge is connected to the midpoint of the series connection of the two switching elements, the difference in inductance between the output end of each positive switching element and the electrical component becomes small. When a branch with a bridge is connected to the negative side of a series connection of two switching elements, the difference in inductance between the output of each negative switching element and the electrical component is small. In either case, the difference in inductance between the output-side busbars of the switching elements connected in parallel becomes small, and gate oscillation can be suppressed.

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。 Details and further improvements of the technique disclosed in this specification are described in the following "Mode for Carrying Out the Invention".

第１実施例の電力変換器を含む電気自動車のブロック図である。1 is a block diagram of an electric vehicle including a power converter of a first embodiment; FIG. パワーモジュールの斜視図である。It is a perspective view of a power module. 積層体とコンデンサと負極バスバのアセンブリの斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of an assembly of a laminate, a capacitor, and a negative bus bar; 負極バスバの展開図である。FIG. 4 is a development view of a negative bus bar; 図３の破線Ｖの部分の拡大図である。4 is an enlarged view of a portion indicated by a dashed line V in FIG. 3; FIG. 第２実施例の電力変換器の平面図である。It is a top view of the power converter of 2nd Example.

（第１実施例）図１から図５を参照して第１実施例の電力変換器２を説明する。電力変換器２は、電気自動車１００に搭載される。図１に、電力変換器２を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。実施例の電気自動車１００は、走行用モータ９３ａ、９３ｂを備えている。電力変換器２は、バッテリ９１の直流電力を走行用モータ９３ａ、９３ｂの駆動電力に変換するデバイスである。２個の走行用モータ９３ａ、９３ｂの出力は、不図示のギアボックスで合成されて車軸（即ち駆動輪）へと伝達される。 (First Embodiment) A power converter 2 of a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. Power converter 2 is mounted on electric vehicle 100 . FIG. 1 shows a block diagram of a power system of an electric vehicle 100 including a power converter 2. As shown in FIG. The electric vehicle 100 of the embodiment includes driving motors 93a and 93b. The power converter 2 is a device that converts the DC power of the battery 91 into drive power for the traction motors 93a and 93b. The outputs of the two traveling motors 93a and 93b are combined by a gearbox (not shown) and transmitted to the axle (that is, drive wheels).

電力変換器２は、不図示のシステムメインリレーを介してバッテリ９１と接続されている。電力変換器２は、バッテリ９１の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂと、昇圧後の直流電力を交流に変換する２セットのインバータ回路１３ａ、１３ｂを備えている。インバータ回路１３ａが走行用モータ９３ａの駆動電力を生成し、インバータ回路１３ｂが走行用モータ９３ｂの駆動電力を生成する。モータ９３ａ、９３ｂはいずれも三相交流モータであり、インバータ回路１３ａ、１３ｂが出力する駆動電力も三相交流電力である。 The power converter 2 is connected to the battery 91 via a system main relay (not shown). The power converter 2 includes voltage converter circuits 12a and 12b that boost the voltage of the battery 91, and two sets of inverter circuits 13a and 13b that convert the boosted DC power into AC power. The inverter circuit 13a generates driving power for the traveling motor 93a, and the inverter circuit 13b generates driving power for the traveling motor 93b. Both the motors 93a and 93b are three-phase AC motors, and the drive power output from the inverter circuits 13a and 13b is also three-phase AC power.

電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂは並列に接続されている。電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂの夫々は、バッテリ側の端子に印加された電圧を昇圧してインバータ側の端子に出力する昇圧動作と、インバータ側の端子に印加された電圧を降圧してバッテリ側の端子に出力する降圧動作の双方を行うことが可能な双方向ＤＣ－ＤＣコンバータである。バッテリ９１とインバータ回路１３ａ、１３ｂの間に複数の電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂを並列に接続することで、負荷を分散することができる。 The voltage converter circuits 12a, 12b are connected in parallel. Each of the voltage converter circuits 12a and 12b performs a step-up operation of stepping up the voltage applied to the battery side terminal and outputting it to the inverter side terminal, and stepping down the voltage applied to the inverter side terminal and stepping down the voltage applied to the battery side terminal. It is a bi-directional DC-DC converter capable of performing both step-down operations for output to terminals. By connecting a plurality of voltage converter circuits 12a and 12b in parallel between the battery 91 and the inverter circuits 13a and 13b, the load can be distributed.

説明の便宜上、以下では、バッテリ側の端子を低電圧端１８と称し、インバータ側の端子を高電圧端１９と称する。低電圧端１８と高電圧端１９は、夫々、２個の電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂに共通である。低電圧端１８の正極と負極を夫々、低圧正極端１８ａと低圧負極端１８ｂと称する。高電圧端１９の正極と負極を夫々、高圧正極端１９ａと高圧負極端１９ｂと称する。 For convenience of explanation, the terminal on the battery side is hereinafter referred to as the low voltage terminal 18 and the terminal on the inverter side is referred to as the high voltage terminal 19 . A low voltage end 18 and a high voltage end 19 are common to the two voltage converter circuits 12a, 12b, respectively. The positive and negative electrodes of the low voltage end 18 are referred to as the low voltage positive end 18a and the low voltage negative end 18b, respectively. The positive and negative electrodes of the high voltage terminal 19 are referred to as the high voltage positive terminal 19a and the high voltage negative terminal 19b, respectively.

電圧コンバータ回路１２ａについて説明する。電圧コンバータ回路１２ａは、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続、リアクトル７、フィルタコンデンサ５、平滑コンデンサ６、各スイッチング素子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個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続は、高圧正極端１９ａと高圧負極端１９ｂの間に接続されている。リアクトル７は、一端が低圧正極端１８ａに接続されており、他端はスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続の中点に接続されている。フィルタコンデンサ５は、低圧正極端１８ａと低圧負極端１８ｂの間に接続されている。平滑コンデンサ６は、高圧正極端１９ａと高圧負極端１９ｂの間に接続されている。低圧負極端１８ｂは高圧負極端１９ｂと直接に接続されている。スイッチング素子９ｂが主に昇圧動作に関与し、スイッチング素子９ａが主に降圧動作に関与する。図１の電圧コンバータ回路１２ａはよく知られているので詳細な説明は省略する。なお、符号８ａが示す破線矩形の範囲の回路が、後述するパワーモジュール８ａに対応する。 The voltage converter circuit 12a will be described. The voltage converter circuit 12a includes a series connection of two switching elements 9a and 9b, a reactor 7, a filter capacitor 5, a smoothing capacitor 6, and diodes connected in antiparallel to each switching element. A series connection of two switching elements 9a, 9b is connected between a high voltage positive terminal 19a and a high voltage negative terminal 19b. The reactor 7 has one end connected to the low-voltage positive terminal 18a and the other end connected to the midpoint of the series connection of the switching elements 9a and 9b. Filter capacitor 5 is connected between low voltage positive terminal 18a and low voltage negative terminal 18b. The smoothing capacitor 6 is connected between the high voltage positive terminal 19a and the high voltage negative terminal 19b. The low voltage negative terminal 18b is directly connected to the high voltage negative terminal 19b. The switching element 9b is mainly involved in the step-up operation, and the switching element 9a is mainly involved in the step-down operation. Since the voltage converter circuit 12a of FIG. 1 is well known, detailed description thereof will be omitted. It should be noted that a circuit within a dashed rectangle indicated by reference numeral 8a corresponds to a power module 8a, which will be described later.

電圧コンバータ回路１２ｂは、電圧コンバータ回路１２ａと並列に接続されている。電圧コンバータ回路１２ｂは、電圧コンバータ回路１２ａと同じ回路構造を有しており、リアクトル７、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続、フィルタコンデンサ５、平滑コンデンサ６、スイッチング素子９ｃ、９ｄの夫々に逆並列に接続されているダイオードを備えている。なおリアクトル７、フィルタコンデンサ５、平滑コンデンサ６は、電圧コンバータ回路１２ａと兼用である。電圧コンバータ回路１２ｂは電圧コンバータ回路１２ａと同じ回路構造を有しているので詳しい説明は省略する。なお、符号８ｂが示す破線矩形の範囲の回路が後述するパワーモジュール８ｂに対応する。 The voltage converter circuit 12b is connected in parallel with the voltage converter circuit 12a. The voltage converter circuit 12b has the same circuit structure as the voltage converter circuit 12a, and includes a reactor 7, a series connection of two switching elements 9c and 9d, a filter capacitor 5, a smoothing capacitor 6, and switching elements 9c and 9d. with a diode connected in anti-parallel to . The reactor 7, the filter capacitor 5, and the smoothing capacitor 6 are also used as the voltage converter circuit 12a. Since the voltage converter circuit 12b has the same circuit structure as the voltage converter circuit 12a, detailed description thereof will be omitted. It should be noted that a circuit within a dashed rectangle indicated by reference numeral 8b corresponds to a power module 8b, which will be described later.

電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂの夫々は、２個のスイッチング素子の直列接続を含んでいる。スイッチング素子９ａ、９ｃは、直列接続の正極側のスイッチング素子であり、それらを以下では上スイッチング素子９ａ、９ｃと称する場合がある。スイッチング素子９ｂ、９ｄは、直列接続の負極側のスイッチング素子であり、それらを以下では下スイッチング素子９ｂ、９ｄと称する場合がある。 Each of the voltage converter circuits 12a, 12b includes a series connection of two switching elements. The switching elements 9a and 9c are switching elements connected in series on the positive electrode side, and are hereinafter sometimes referred to as upper switching elements 9a and 9c. The switching elements 9b and 9d are switching elements connected in series on the negative electrode side, and are hereinafter sometimes referred to as lower switching elements 9b and 9d.

電圧コンバータ回路１２ａのスイッチング素子９ａ、９ｂと電圧コンバータ回路１２ｂのスイッチング素子９ｃ、９ｄはコントローラ３によって制御される。コントローラ３は、電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂの夫々の上スイッチング素子９ａ、９ｃに同じデューティ比のＰＷＭ信号（駆動信号）を送る。コントローラ３は、電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂの夫々の下スイッチング素子９ｂ、９ｄに対しても同じデューティ比のＰＷＭ信号（駆動信号）を送る。 A controller 3 controls the switching elements 9a and 9b of the voltage converter circuit 12a and the switching elements 9c and 9d of the voltage converter circuit 12b. The controller 3 sends PWM signals (drive signals) with the same duty ratio to the upper switching elements 9a and 9c of the voltage converter circuits 12a and 12b, respectively. The controller 3 also sends PWM signals (drive signals) with the same duty ratio to the lower switching elements 9b and 9d of the voltage converter circuits 12a and 12b, respectively.

電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂは、同じデューティ比のＰＷＭ信号（駆動信号）で駆動される。並列に接続された電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂは、同じ駆動信号で駆動されるため、あたかも一つの電圧コンバータ回路のように振る舞う。複数の電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂを並列に接続し、同じ駆動信号で駆動することによって、夫々の電圧コンバータ回路の負荷を軽減できる。なお、デューティ比は同じであっても、電圧コンバータ回路１２ａのスイッチング素子９ａ、９ｂと電圧コンバータ回路１２ｂのスイッチング素子９ｃ、９ｄは、異なるタイミングでオンオフされてもよい。 The voltage converter circuits 12a and 12b are driven by PWM signals (driving signals) having the same duty ratio. Since the voltage converter circuits 12a and 12b connected in parallel are driven by the same drive signal, they behave as if they are one voltage converter circuit. By connecting a plurality of voltage converter circuits 12a and 12b in parallel and driving them with the same drive signal, the load on each voltage converter circuit can be reduced. Even if the duty ratio is the same, the switching elements 9a and 9b of the voltage converter circuit 12a and the switching elements 9c and 9d of the voltage converter circuit 12b may be turned on and off at different timings.

インバータ回路１３ａについて説明する。インバータ回路１３ａは、２個のスイッチング素子９ｅ、９ｆの直列接続を３組有している。図１では左端のスイッチング素子のみに符号９ｅ、９ｆを付し、残りのスイッチング素子への符号は省略した。３組の直列接続は並列に接続されている。夫々の直列接続の中点から交流が出力される。３組の直列接続により、三相交流が出力される。インバータ回路１３ａが出力する三相交流はモータ９３ａに供給される。符号８ｃが示す破線矩形の範囲の回路がパワーモジュール８ｃに対応する。パワーモジュール８ｄ、８ｅは、パワーモジュール８ｃと同じ構造を有している。 The inverter circuit 13a will be described. The inverter circuit 13a has three series connections of two switching elements 9e and 9f. In FIG. 1, only the switching elements on the left end are denoted by reference numerals 9e and 9f, and the reference numerals on the remaining switching elements are omitted. The three series connections are connected in parallel. Alternating current is output from the midpoint of each series connection. A three-phase alternating current is output by three series connections. The three-phase alternating current output from the inverter circuit 13a is supplied to the motor 93a. A circuit within a dashed rectangle indicated by reference numeral 8c corresponds to the power module 8c. Power modules 8d and 8e have the same structure as power module 8c.

インバータ回路１３ｂはインバータ回路１３ａと同じ構造を有している。インバータ回路１３ｂは、２個のスイッチング素子の直列接続を３組備えており、夫々の直列接続がパワーモジュール８ｆ、８ｇ、８ｈに対応する。インバータ回路１３ａ、１３ｂの構造は良く知られているので詳しい説明は省略する。 The inverter circuit 13b has the same structure as the inverter circuit 13a. The inverter circuit 13b has three series connections of two switching elements, and each series connection corresponds to the power modules 8f, 8g, and 8h. Since the structures of the inverter circuits 13a and 13b are well known, detailed description thereof will be omitted.

パワーモジュール８ｃ－８ｈは、パワーモジュール８ａと同じ構造、即ち、２個のスイッチング素子９ｅ、９ｆの直列接続と、スイッチング素子９ｅ、９ｆの夫々に逆並列に接続されるダイオードで構成される回路構造を有している。それゆえ、パワーモジュール８ａ、８ｂの上スイッチング素子９ａ、９ｃと同様に、パワーモジュール８ｃ－８ｈの正極側のスイッチング素子９ｅを上スイッチング素子９ｅと称する。パワーモジュール８ｃ－８ｈの負極側のスイッチング素子９ｆを下スイッチング素子９ｆと称する。 The power modules 8c-8h have the same structure as the power module 8a, that is, a circuit structure composed of two switching elements 9e and 9f connected in series and diodes connected in anti-parallel to each of the switching elements 9e and 9f. have. Therefore, like the upper switching elements 9a and 9c of the power modules 8a and 8b, the switching elements 9e on the positive side of the power modules 8c-8h are referred to as upper switching elements 9e. The switching element 9f on the negative electrode side of the power modules 8c-8h is called the lower switching element 9f.

スイッチング素子９ａ－９ｆは、いずれもｎ型のトランジスタである。より具体的には、スイッチング素子９ａ－９ｆは、ｎ型のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチング素子９ａ－９ｆは、ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよい。 The switching elements 9a-9f are all n-type transistors. More specifically, the switching elements 9a-9f are n-type IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). The switching elements 9a-9f may be n-type MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).

図２に、パワーモジュール８ａの斜視図を示す。パワーモジュール８ａは、樹脂製のパッケージ８１の内部に２個の半導体チップ８２ａ、８２ｂが埋設されたデバイスである。パッケージ８１は扁平であり、幅広面８１１と幅狭面８１２を有している。幅狭面８１２は、幅広面８１１と交差する面である。半導体チップ８２ａは、図１のスイッチング素子９ａとこれに逆並列に接続されているダイオードを実現している。半導体チップ８２ｂは、図１のスイッチング素子９ｂとこれに逆並列に接続されているダイオードを実現している。半導体チップ８２ａ、８２ｂはパッケージ８１の内部で直列に接続されており、直列接続の正極側と負極側は、夫々、正極端子８３ａ、負極端子８３ｂと導通している。２個の半導体チップ８２ａ、８２ｂの直列接続の中点が中点端子８３ｃと導通している。別言すれば、パワーモジュール８ａは、パッケージ８１の内部に２個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続を収容しているとともに、直列接続の正極側と導通している正極端子８３ａ、負極側と導通している負極端子８３ｂ、直列接続の中点と導通している中点端子８３ｃを備えている。３個の端子８３ａ－８３ｃは、幅狭面８１２から延びている。端子８３ａ－８３ｃが設けられている幅狭面８１２とは反対側の幅狭面から制御端子８４ａ、８４ｂが延びている。制御端子８４ａは、半導体チップ８２ａのスイッチング素子９ａのゲートや温度センサと導通する端子群であり、制御端子８４ｂは、半導体チップ８２ｂのスイッチング素子９ｂのゲートや温度センサと導通する端子群である。 FIG. 2 shows a perspective view of the power module 8a. The power module 8a is a device in which two semiconductor chips 82a and 82b are embedded inside a package 81 made of resin. The package 81 is flat and has a wide side 811 and a narrow side 812 . The narrow surface 812 is a surface that intersects with the wide surface 811 . The semiconductor chip 82a implements the switching element 9a of FIG. 1 and a diode connected in antiparallel thereto. The semiconductor chip 82b implements the switching element 9b of FIG. 1 and a diode connected in antiparallel thereto. The semiconductor chips 82a and 82b are connected in series inside the package 81, and the positive side and negative side of the series connection are electrically connected to the positive terminal 83a and the negative terminal 83b, respectively. The midpoint of the serial connection of the two semiconductor chips 82a and 82b is electrically connected to the midpoint terminal 83c. In other words, the power module 8a accommodates a series connection of two switching elements 9a and 9b inside a package 81, and a positive electrode terminal 83a electrically connected to the positive electrode side of the series connection, and a negative electrode terminal 83a. It has a conducting negative terminal 83b and a midpoint terminal 83c conducting with the midpoint of the series connection. Three terminals 83 a - 83 c extend from narrow side 812 . Control terminals 84a, 84b extend from the narrow side opposite the narrow side 812 on which terminals 83a-83c are provided. The control terminals 84a are a group of terminals connected to the gate of the switching element 9a of the semiconductor chip 82a and the temperature sensor, and the control terminals 84b are a group of terminals connected to the gate of the switching element 9b of the semiconductor chip 82b and the temperature sensor.

図１から理解されるように、８個のパワーモジュール８ａ－８ｈは、平滑コンデンサ６に対して並列に接続される。即ち、複数のパワーモジュール８ａ－８ｈのスイッチング素子は、平滑コンデンサ６に対して並列に接続される。図１において符号２０が示すグレーの部分は、平滑コンデンサ６に対して複数のパワーモジュール８ａ－８ｈを並列に接続する負極バスバを示している。「バスバ」とは、金属で作られた長板あるいは長棒の導電部材を意味する。金属板（金属棒）のバスバは、柔軟なワイヤケーブルよりも内部抵抗が小さく、大電力を伝送するのに適している。負極バスバ２０は、平滑コンデンサ６に対して複数のパワーモジュール８ａ－８ｈ（スイッチング素子９ａ等）を並列に接続する。より詳細には、負極バスバ２０は、複数のパワーモジュール８ａ－８ｈの負極端子８３ｂを平滑コンデンサ６と接続する。 As can be seen from FIG. 1, the eight power modules 8a-8h are connected in parallel with the smoothing capacitor 6. FIG. That is, the switching elements of the plurality of power modules 8a-8h are connected in parallel to the smoothing capacitor 6. FIG. A gray portion denoted by reference numeral 20 in FIG. "Busbar" means a long plate or rod conductive member made of metal. Metal plate (metal bar) busbars have lower internal resistance than flexible wire cables and are suitable for transmitting large amounts of power. The negative bus bar 20 connects a plurality of power modules 8a to 8h (switching elements 9a, etc.) in parallel to the smoothing capacitor 6. FIG. More specifically, the negative busbar 20 connects the negative terminals 83b of the plurality of power modules 8a to 8h to the smoothing capacitor 6. FIG.

図３に、平滑コンデンサ６、複数のパワーモジュール８ａ－８ｈ、負極バスバ２０のアセンブリの斜視図を示す。負極バスバ２０は、複数のパワーモジュール８ａ－８ｈの夫々の負極端子８３ｂと平滑コンデンサ６を接続する。正極端子８３ａと中点端子８３ｃにも別のバスバが接続されているが、それらは図示を省略した。図３では、パワーモジュール８ｄ－８ｇについては符号を省略した。以下では、パワーモジュール８ａ－８ｈのいずれかを区別なく示すときにはパワーモジュール８と表記する。 FIG. 3 shows a perspective view of the assembly of the smoothing capacitor 6, the plurality of power modules 8a-8h, and the negative bus bar 20. As shown in FIG. The negative bus bar 20 connects the negative terminal 83b of each of the plurality of power modules 8a to 8h and the smoothing capacitor 6. As shown in FIG. Another bus bar is also connected to the positive terminal 83a and the middle point terminal 83c, but they are omitted from the drawing. In FIG. 3, reference numerals are omitted for the power modules 8d to 8g. Hereinafter, any one of the power modules 8a to 8h will be referred to as the power module 8 when indicated without distinction.

複数のパワーモジュール８は、複数の冷却器３１とともに積層ユニット３０を構成する。図３では、左側の２個の冷却器だけに符号３１を付し、残りの冷却器には符号は省略した。冷却器３１も扁平であり、冷却器３１の幅広面とパワーモジュール８の幅広面８１１（図２参照）が向かい合うように配置されている。複数のパワーモジュール８は、図中の座標系のＸ方向に並んで配置される。複数のパワーモジュール８と複数の冷却器３１は１個ずつ交互に積層される。夫々のパワーモジュール８は両面から冷却されることになる。 A plurality of power modules 8 configure a stack unit 30 together with a plurality of coolers 31 . In FIG. 3, only the two coolers on the left side are labeled 31, and the remaining coolers are omitted. The cooler 31 is also flat, and arranged so that the wide surface of the cooler 31 and the wide surface 811 (see FIG. 2) of the power module 8 face each other. A plurality of power modules 8 are arranged side by side in the X direction of the coordinate system in the figure. The plurality of power modules 8 and the plurality of coolers 31 are alternately stacked one by one. Each power module 8 will be cooled from both sides.

夫々のパワーモジュール８は、積層ユニット３０において積層方向（図中のＸ方向）と平行な幅狭面８１２（図２参照）から図中のＺ方向に延びる端子（正極端子８３ａ、負極端子８３ｂ、中点端子８３ｃ）を備えている。 Each power module 8 has terminals (positive terminal 83a, negative terminal 83b, A center point terminal 83c) is provided.

負極バスバ２０は、一枚の金属板を折り曲げて作られている。図４に、負極バスバ２０の展開図を示す。負極バスバ２０は、ベース部２１と、複数の枝部（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）を備えている。枝部２２ａ、２２ｂは、他の枝部２２ｃと異なり、ブリッジ部２３を備えている。 The negative electrode bus bar 20 is made by bending a single metal plate. FIG. 4 shows a developed view of the negative bus bar 20. As shown in FIG. The negative bus bar 20 includes a base portion 21 and a plurality of branch portions (22a, 22b, 22c). The branch portions 22a and 22b are provided with a bridge portion 23 unlike the other branch portion 22c.

ベース部２１は、平滑コンデンサ６と接続される板状の部位である。ベース部２１は、複数のパワーモジュール８に沿って図中のＸ方向に拡がっている。別言すれば、ベース部２１は、複数のパワーモジュール８の端子８３ａ－８３ｃに隣接するように、複数のパワーモジュール８の並び方向（Ｘ方向）に沿って延びている。 The base portion 21 is a plate-like portion connected to the smoothing capacitor 6 . The base portion 21 extends along the plurality of power modules 8 in the X direction in the figure. In other words, the base portion 21 extends along the direction in which the plurality of power modules 8 are arranged (X direction) so as to be adjacent to the terminals 83a to 83c of the plurality of power modules 8. As shown in FIG.

枝部２２ａはパワーモジュール８ａの負極端子８３ｂと接続される枝部であり、枝部２２ｂはパワーモジュール８ｂの負極端子８３ｂと接続される枝部である。複数の枝部２２ｃの夫々は、パワーモジュール８ｃ－８ｈの夫々の負極端子８３ｂと接続される。別言すれば、枝部２２ａ、２２ｂは、並列に接続される電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂに含まれているパワーモジュール８ａ、８ｂと接続される部分であり、枝部２２ｃは、インバータ回路１３ａ、１３ｂに含まれているパワーモジュール８ｃ－８ｈと接続される部分である。 The branch portion 22a is a branch portion connected to the negative electrode terminal 83b of the power module 8a, and the branch portion 22b is a branch portion connected to the negative electrode terminal 83b of the power module 8b. Each of the plurality of branch portions 22c is connected to the negative terminal 83b of each of the power modules 8c-8h. In other words, the branch portions 22a and 22b are portions connected to the power modules 8a and 8b included in the voltage converter circuits 12a and 12b connected in parallel, and the branch portion 22c is connected to the inverter circuits 13a and 13b. 13b, which are connected to the power modules 8c-8h included in 13b.

枝部２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、ベース部２１の縁から延びている。複数の枝部２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、複数のパワーモジュール８の負極端子８３ｂの夫々に対応するように、パワーモジュールの並び方向（Ｘ方向）に並んでいる。複数の枝部２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、図中の座標系のＹ方向に延びており、枝部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの夫々は対応するパワーモジュール８の負極端子８３ｂに接続されている。枝部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの夫々と対応する負極端子８３ｂは、溶接により接合されている。 Branch portions 22 a , 22 b , 22 c extend from edges of base portion 21 . The plurality of branch portions 22a, 22b, and 22c are arranged in the direction in which the power modules are arranged (X direction) so as to correspond to the negative terminals 83b of the plurality of power modules 8, respectively. A plurality of branches 22a, 22b, 22c extend in the Y direction of the coordinate system in the drawing, and each of the branches 22a, 22b, 22c is connected to the corresponding negative terminal 83b of the power module 8. FIG. Negative terminals 83b corresponding to the branches 22a, 22b, and 22c are joined by welding.

電圧コンバータ回路１２ａ、１２ｂに組み込まれているスイッチング素子９ａ－９ｄを含んでいるパワーモジュール８ａ、８ｂの負極端子８３ｂと接続される枝部２２ａ、２２ｂには、その先端にブリッジ部２３が備えられている。 The branch portions 22a and 22b connected to the negative terminal 83b of the power modules 8a and 8b including the switching elements 9a to 9d incorporated in the voltage converter circuits 12a and 12b are provided with bridge portions 23 at their ends. ing.

図５に、図３における破線Ｖの範囲の拡大図を示す。図５では、パワーモジュール８ａ、８ｂのパッケージ８１の一部のみを示してある。また、図５では、冷却器３１の図示は省略した。図５に示されているように、隣接する枝部２２ａ、２２ｂのブリッジ部２３が相互に接続されている。隣接する枝部２２ａ、２２ｂと夫々のブリッジ部２３は、パワーモジュール８ａの負極端子８３ｂを囲むように連結されている。 FIG. 5 shows an enlarged view of the range of the dashed line V in FIG. FIG. 5 shows only part of the package 81 of the power modules 8a and 8b. 5, illustration of the cooler 31 is omitted. As shown in FIG. 5, the bridge portions 23 of adjacent branches 22a, 22b are interconnected. Adjacent branch portions 22a and 22b and respective bridge portions 23 are connected so as to surround negative terminal 83b of power module 8a.

図３、図５に示されているように、パワーモジュール８ａ、８ｂの夫々のスイッチング素子の端子（負極端子８３ｂ）は、枝部２２ａ、２２ｂとベース部２１を介して電気的に接続されるとともに、枝部２２ａ、２２ｂとブリッジ部２３を介しても電気的に接続される。即ち、２個の下スイッチング素子９ｂ、９ｄは、ベース部２１と枝部２２ａ、２２ｂとブリッジ部２３によって、電気的に二重に接続される。この構造により、平滑コンデンサ６と下スイッチング素子９ｂ、９ｄの夫々との間のインダクタンスが共に小さくなる。別言すれば、並列に接続される下スイッチング素子９ｂ、９ｄの夫々と平滑コンデンサ６との間のインダクタンス差が小さくなる。 As shown in FIGS. 3 and 5, the terminals (negative terminals 83b) of the switching elements of the power modules 8a and 8b are electrically connected to the branch portions 22a and 22b via the base portion 21. In addition, the branch portions 22 a and 22 b are also electrically connected to the bridge portion 23 . That is, the two lower switching elements 9b and 9d are electrically doubly connected by the base portion 21, the branch portions 22a and 22b, and the bridge portion . This structure reduces the inductance between the smoothing capacitor 6 and the lower switching elements 9b and 9d. In other words, the difference in inductance between the lower switching elements 9b and 9d connected in parallel and the smoothing capacitor 6 is reduced.

特に、スイッチング素子９ａ－９ｄはｎ型のトランジスタであり、その出力側（エミッタあるいはソース）の導電経路のインダクタンス差が小さくなる。並列に接続されたｎ型トランジスタの出力側のインダクタンス差が小さいことで、ゲート発振が抑制される。 In particular, the switching elements 9a-9d are n-type transistors, and the inductance difference between the conductive paths on the output side (emitter or source) is small. Gate oscillation is suppressed due to the small inductance difference on the output side of the n-type transistors connected in parallel.

（第２実施例）図６を参照して第２実施例の電力変換器２ａを説明する。図６は、電力変換器２ａの平面図である。より具体的には、図６は、ケース９５の上カバーを外した平面図である。電力変換器２ａの回路構造は、図１に示した電力変換器２の回路構造と同じである。電力変換器２ａは、フィルタコンデンサ５、平滑コンデンサ６、リアクトル７、積層ユニット３０を備えている。それらは第１実施例の電力変換器２の部品と同じである。積層ユニット３０は、複数のパワーモジュール８ａ－８ｈと複数の冷却器３１を積層したデバイスである。右側の２個の冷却器のみに符号３１を付し、残りの冷却器には符号を省略した。左端のパワーモジュール８ａと右端のパワーモジュール８ｈのみに端子の符号８３ａ－８３ｃを付し、残りのパワーモジュールの端子には符号を省略した。 (Second Embodiment) A power converter 2a of a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a plan view of the power converter 2a. More specifically, FIG. 6 is a plan view of the case 95 with the upper cover removed. The circuit structure of power converter 2a is the same as the circuit structure of power converter 2 shown in FIG. The power converter 2 a includes a filter capacitor 5 , a smoothing capacitor 6 , a reactor 7 and a laminated unit 30 . They are the same as the parts of the power converter 2 of the first embodiment. The laminated unit 30 is a device in which a plurality of power modules 8a-8h and a plurality of coolers 31 are laminated. Only the two coolers on the right are labeled 31, the rest of the coolers are omitted. Only the power module 8a at the left end and the power module 8h at the right end are denoted by reference numerals 83a to 83c, and the reference numerals are omitted for the terminals of the remaining power modules.

図１の回路図に示されているように、リアクトル７は、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続の中点（パワーモジュール８ａの中点端子８３ｃ）と接続されるとともに、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続の中点（パワーモジュール８ｂの中点端子８３ｃ）と接続される。図６において、リアクトル７とパワーモジュール８ａ、８ｂの中点端子８３ｃはリアクトルバスバ４０によって接続されている。なお、全てのパワーモジュール８ａ－８ｈの正極端子８３ａと負極端子８３ｂはそれぞれ、正極バスバ５０と負極バスバ２０ａによって平滑コンデンサ６に接続されている。また、インバータ回路１３ａ、１３ｂに属するパワーモジュール８ｃ－８ｈの中点端子８３ｃの夫々には、出力バスバ５１が接続されている。６本の出力バスバ５１の一端は、２組の三相交流の出力端５２として、ケース９５の開口９６に配置されている。 As shown in the circuit diagram of FIG. 1, the reactor 7 is connected to the midpoint of the series connection of the two switching elements 9a and 9b (the midpoint terminal 83c of the power module 8a), It is connected to the middle point of the series connection of the switching elements 9c and 9d (the middle point terminal 83c of the power module 8b). In FIG. 6, the reactor 7 and the middle point terminals 83c of the power modules 8a and 8b are connected by a reactor bus bar 40. As shown in FIG. The positive terminals 83a and negative terminals 83b of all the power modules 8a to 8h are connected to the smoothing capacitor 6 by positive busbars 50 and negative busbars 20a, respectively. An output bus bar 51 is connected to each of the midpoint terminals 83c of the power modules 8c to 8h belonging to the inverter circuits 13a and 13b. One ends of the six output bus bars 51 are arranged in an opening 96 of the case 95 as two sets of three-phase AC output ends 52 .

リアクトルバスバ４０は、ベース部４１、２個の枝部４２ａ、４２ｂ、ブリッジ部４３を備えている。ベース部４１は、一端がリアクトル７に接続されているとともに、複数の中点端子８３ｃに隣接するように、パワーモジュール８ａ、８ｂの並び方向に延びている。枝部４２ａ、４２ｂは、ベース部４１の縁から夫々の中点端子８３ｃに向かって延びているとともに対応する中点端子８３ｃと接続されている。ブリッジ部４３は、枝部４２ａ、４２ｂの夫々の先端から延びている。枝部４２ａのブリッジ部４３と枝部４２ｂのブリッジ部４３が接続されている。 The reactor bus bar 40 includes a base portion 41 , two branch portions 42 a and 42 b and a bridge portion 43 . The base portion 41 has one end connected to the reactor 7 and extends in the direction in which the power modules 8a and 8b are arranged so as to be adjacent to the plurality of midpoint terminals 83c. The branch portions 42a and 42b extend from the edge of the base portion 41 toward the respective center point terminals 83c and are connected to the corresponding center point terminals 83c. The bridge portion 43 extends from the tips of the branch portions 42a and 42b. The bridge portion 43 of the branch portion 42a and the bridge portion 43 of the branch portion 42b are connected.

リアクトルバスバ４０は、リアクトル７を、パワーモジュール８ａの中点端子８３ｃ（即ち、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列接続の中点）に接続するとともに、パワーモジュール８ｂの中点端子８３ｃ（即ち、２個のスイッチング素子９ｃ、９ｄの直列接続の中点）に接続する。ブリッジ部４３を有するリアクトルバスバ４０は、リアクトル７から上スイッチング素子９ａの出力側（エミッタまたはソース）までの間のインダクタンスと、リアクトル７から上スイッチング素子９ｃの出力側（エミッタまたはソース）までの間のインダクタンスの差を小さくする。それゆえ、同時にオンオフされる上スイッチング素子９ａ、９ｃのゲート発振を抑制することができる。 The reactor busbar 40 connects the reactor 7 to the midpoint terminal 83c of the power module 8a (that is, the midpoint of the series connection of the two switching elements 9a and 9b), and also connects the power module 8b to the midpoint terminal 83c (that is, , midpoint of the series connection of the two switching elements 9c and 9d). The reactor busbar 40 having the bridge portion 43 has an inductance between the reactor 7 and the output side (emitter or source) of the upper switching element 9a, and an inductance between the reactor 7 and the output side (emitter or source) of the upper switching element 9c. reduce the inductance difference between Therefore, it is possible to suppress the gate oscillation of the upper switching elements 9a and 9c that are turned on and off at the same time.

実施例で説明した技術に関するそのほかの利点を説明する。負極バスバ２０の２個の枝部２２ａ、２２ｂは、基部がベース部２１で接続されており、先端がブリッジ部２３で接続されている。基部と先端が夫々接続されることで、枝部２２ａ、２２ｂの耐振動特性が向上する。リアクトルバスバ４０も同様の利点を有する。 Other advantages associated with the techniques described in the examples are described. The two branch portions 22 a and 22 b of the negative bus bar 20 are connected at the base portion 21 at the base and connected at the bridge portion 23 at the tip. By connecting the base portion and the tip end, respectively, the vibration resistance characteristics of the branch portions 22a and 22b are improved. Reactor bus bar 40 also has similar advantages.

本明細書が開示する技術は、パワーモジュールの端子を他の電気部品（平滑コンデンサ６やリアクトル７）に接続するバスバにブリッジ部を追加するだけで実現できるので低コストで実現できる。ブリッジ部２３（４３）は、負極端子８３ｂ（中点端子８３ｃ）を囲むように配置されるので、枝部２２ａ、２２ｂと負極端子８３ｂ（枝部４２ａ、４２ｂと中点端子８３ｃ）の溶接工程に影響を与えない。 The technology disclosed in this specification can be realized at low cost by simply adding a bridge portion to the bus bar that connects the terminals of the power module to other electrical components (smoothing capacitor 6 and reactor 7). Since the bridge portion 23 (43) is arranged to surround the negative electrode terminal 83b (the middle point terminal 83c), the welding process of the branch portions 22a, 22b and the negative electrode terminal 83b (the branch portions 42a, 42b and the middle point terminal 83c) is performed. does not affect

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。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as of the filing. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of them has technical utility in itself.

２、２ａ：電力変換器
３：コントローラ
５：フィルタコンデンサ
６：平滑コンデンサ
７：リアクトル
８ａ－８ｈ：パワーモジュール
９ａ－９ｆ：スイッチング素子
１２ａ：電圧コンバータ回路
１３ａ、１３ｂ：インバータ回路
１８：低電圧端
１９：高電圧端
２０、２０ａ：負極バスバ
２１、４１：ベース部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、４２ａ、４２ｂ：枝部
２３、４３：ブリッジ部
３０：積層ユニット
３１：冷却器
４０：リアクトルバスバ
５０：正極バスバ
５１：出力バスバ
５２：出力端
８１：パッケージ
８２ａ、８２ｂ：半導体チップ
８３ａ：正極端子
８３ｂ：負極端子
８３ｃ：中点端子
９１：バッテリ
９３ａ、９３ｂ：走行用モータ
９５：ケース
９６：開口
１００：電気自動車 2, 2a: power converter 3: controller 5: filter capacitor 6: smoothing capacitor 7: reactors 8a-8h: power modules 9a-9f: switching element 12a: voltage converter circuits 13a, 13b: inverter circuit 18: low voltage end 19 : High-voltage terminals 20, 20a: Negative busbars 21, 41: Base parts 22a, 22b, 22c, 42a, 42b: Branch parts 23, 43: Bridge part 30: Laminated unit 31: Cooler 40: Reactor busbar 50: Positive electrode busbar 51: Output bus bar 52: Output end 81: Packages 82a, 82b: Semiconductor chip 83a: Positive terminal 83b: Negative terminal 83c: Middle point terminal 91: Batteries 93a, 93b: Running motor 95: Case 96: Opening 100: Electric vehicle

Claims

a plurality of power modules arranged side by side each containing a series connection of two switching elements;
a bus bar connecting each of the switching elements to a predetermined electrical component;
and
Each of the power modules has a terminal that is electrically connected to the middle point or the negative pole of the connection of the two switching elements in the series connection inside the package of the power module and that extends from the package. cage,
The busbar is
a base portion connected to the electrical component and extending in the direction in which the power modules are arranged so as to be adjacent to the plurality of terminals;
a plurality of branch portions extending from an edge of the base portion toward each of the terminals and connected to the corresponding terminals;
a bridge portion extending from each branch;
and
A power converter in which the bridge portions of the adjacent branch portions are connected to each other.

2. The power converter according to claim 1, wherein adjacent said branch portions and each said bridge portion are connected so as to surround one said terminal.

3. The power converter according to claim 1, wherein said switching element of each said power module is incorporated as a switching element for voltage conversion of a voltage converter.