JP7177579B2 - Semiconductor switching unit - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、半導体スイッチングユニットに関する。 Embodiments of the invention relate to semiconductor switching units.
直列に接続された複数の半導体スイッチング素子と、複数の半導体スイッチング素子のそれぞれに並列に接続された複数のスナバ回路と、を備えた半導体スイッチングユニットが知られている。半導体スイッチングユニットは、例えば、電力変換装置などに用いられている。 A semiconductor switching unit is known that includes a plurality of semiconductor switching elements connected in series and a plurality of snubber circuits connected in parallel to each of the plurality of semiconductor switching elements. Semiconductor switching units are used, for example, in power converters and the like.
こうした半導体スイッチングユニットでは、複数の半導体スイッチング素子をターンオフし、電流を遮断すると、スナバ回路に電流が転流する際に、サージ電圧が発生する。このサージ電圧が大きくなると、半導体スイッチング素子を破損させてしまう可能性が生じる。すなわち、サージ電圧は、半導体スイッチングユニットの遮断可能電流を小さくさせてしまう要因となる。 In such a semiconductor switching unit, when a plurality of semiconductor switching elements are turned off to cut off the current, a surge voltage is generated when the current is commutated to the snubber circuit. If this surge voltage becomes large, there is a possibility that the semiconductor switching element will be damaged. That is, the surge voltage becomes a factor that reduces the interruptable current of the semiconductor switching unit.
このため、半導体スイッチングユニットでは、電流遮断時に発生するサージ電圧を抑制し、遮断可能電流を大きくできるようにすることが望まれる。 For this reason, in the semiconductor switching unit, it is desired to suppress the surge voltage that occurs when the current is interrupted, and to increase the current that can be interrupted.
本発明の実施形態は、電流遮断時に発生するサージ電圧を抑制し、遮断可能電流を大きくできるようにした半導体スイッチングユニットを提供する。 An embodiment of the present invention provides a semiconductor switching unit that suppresses a surge voltage that occurs when current is interrupted and increases the current that can be interrupted.
本発明の実施形態によれば、所定の方向に積層して設けられるとともに直列に接続された複数の半導体スイッチング素子と、前記複数の半導体スイッチング素子のそれぞれに隣接して前記所定の方向に積層して設けられ、前記複数の半導体スイッチング素子のそれぞれに並列に接続された複数のスナバ回路と、を備え、前記複数のスナバ回路は、前記複数の半導体スイッチング素子をターンオフした際に、前記複数のスナバ回路が積層された前記所定の方向を軸とする軸周りのループ状の電流を流すとともに、前記所定の方向において互いに隣接する一対の前記スナバ回路間において、前記ループ状の電流の向きが逆向きとなるように配線されている半導体スイッチングユニットが提供される。 According to an embodiment of the present invention, a plurality of semiconductor switching elements stacked in a predetermined direction and connected in series; and a plurality of snubber circuits connected in parallel to each of the plurality of semiconductor switching elements, wherein the plurality of snubber circuits are configured to switch off the plurality of snubber circuits when the plurality of semiconductor switching elements are turned off. A loop-shaped current is caused to flow around an axis in the predetermined direction in which the circuits are stacked, and the direction of the loop-shaped current is opposite between the pair of snubber circuits that are adjacent to each other in the predetermined direction. A semiconductor switching unit is provided that is wired such that:
電流遮断時に発生するサージ電圧を抑制し、遮断可能電流を大きくできるようにした半導体スイッチングユニットが提供される。 Provided is a semiconductor switching unit capable of suppressing a surge voltage generated at the time of current interruption and increasing a current that can be interrupted.
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Each embodiment will be described below with reference to the drawings.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each portion, the size ratio between portions, and the like are not necessarily the same as the actual ones. Also, even when the same parts are shown, the dimensions and ratios may be different depending on the drawing.
In addition, in the present specification and each figure, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with respect to the already-appearing figures, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体スイッチングユニットを模式的に表す回路図である。
図2(a)及び図2(b)は、第1の実施形態に係る半導体スイッチングユニットを模式的に表す平面図及び側面図である。
図2(b)は、より詳しくは、図2(a)の平面図を矢線A方向に見た側面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a semiconductor switching unit according to the first embodiment.
2A and 2B are a plan view and a side view schematically showing the semiconductor switching unit according to the first embodiment. FIG.
2(b) is, more specifically, a side view of the plan view of FIG. 2(a) viewed in the direction of arrow A. FIG.
図1、図2(a)及び図2(b)に表したように、半導体スイッチングユニット10は、複数の半導体スイッチング素子12と、複数のスナバ回路14と、を備える。
As shown in FIGS. 1, 2A, and 2B, the
複数の半導体スイッチング素子12は、所定の方向に並べて設けられるとともに直列に接続されている。
A plurality of
複数のスナバ回路14は、複数の半導体スイッチング素子12のそれぞれに隣接して所定の方向に並べて設けられ、複数の半導体スイッチング素子12のそれぞれに並列に接続される。
A plurality of
半導体スイッチングユニット10は、第1端子11aと、第2端子11bと、を有する。第1端子11aは、直列に接続された複数の半導体スイッチング素子12の一端に接続される。第2端子11bは、直列に接続された複数の半導体スイッチング素子12の他端に接続される。
The
半導体スイッチングユニット10は、複数の半導体スイッチング素子12により、第1端子11aと第2端子11bとの間の導通状態と遮断状態とを切り替える。半導体スイッチングユニット10は、例えば、電力変換装置や遮断器などに用いられる。但し、半導体スイッチングユニット10の用途は、これらに限ることなく、導通状態と遮断状態との切り替えを必要とする任意の用途でよい。
The
また、この例において、半導体スイッチングユニット10は、直列に接続された4つの半導体スイッチング素子12と、4つの半導体スイッチング素子12のそれぞれに並列に接続された4つのスナバ回路14と、を備えている。半導体スイッチング素子12及びスナバ回路14の数は、4つに限ることなく、2つ又は3つでもよいし、5つ以上でもよい。半導体スイッチング素子12及びスナバ回路14の数は、必要な耐圧などに応じて適宜設定すればよい。
In this example, the
複数の半導体スイッチング素子12は、第1主端子12aと、第2主端子12bと、制御端子12cと、を有する。隣接する一対の半導体スイッチング素子12において、1つの半導体スイッチング素子12の第2主端子12bは、次の半導体スイッチング素子12の第1主端子12aと電気的に接続される。これにより、隣接する一対の半導体スイッチング素子12が、直列に接続される。制御端子12cは、半導体スイッチング素子12のオン・オフの切り替えに用いられる。
The multiple
複数の半導体スイッチング素子12には、例えば、IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの自励式の半導体スイッチング素子が用いられる。例えば、半導体スイッチング素子12がIEGTである場合、第1主端子12aは、コレクタであり、第2主端子12bは、エミッタであり、制御端子12cは、ゲートである。
Self-excited semiconductor switching elements such as IEGTs (Injection Enhanced Gate Transistors) and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are used for the plurality of
また、複数の半導体スイッチング素子12には、例えば、圧接型の半導体スイッチング素子が用いられる。この場合、半導体スイッチング素子12は、略円板状であり、一方の端面に第1主端子12aが設けられ、第1主端子12aと反対側の端面に第2主端子12bが設けられる。
In addition, pressure contact type semiconductor switching elements, for example, are used for the plurality of
圧接型の複数の半導体スイッチング素子12は、図2(b)に表したように、第1主端子12a及び第2主端子12bが設けられた各端面と直交する方向に積層して使用される。複数の半導体スイッチング素子12が並ぶ所定の方向は、例えば、複数の半導体スイッチング素子12の積層方向である。
As shown in FIG. 2B, a plurality of press-contact type
但し、複数の半導体スイッチング素子12は、圧接型に限ることなく、例えば、モジュール型のパッケージの半導体スイッチング素子などでもよい。また、複数の半導体スイッチング素子12は、IEGTやIGBTに限定されるものではない。複数の半導体スイッチング素子12は、半導体スイッチングユニット10の用途や必要な耐圧などに応じて適宜選択すればよい。複数の半導体スイッチング素子12は、所定の方向に並べて設けられ、直列に接続される任意の自励式の半導体スイッチング素子でよい。以下では、複数の半導体スイッチング素子12が、圧接型である場合を例に、説明を行う。
However, the plurality of
半導体スイッチングユニット10は、例えば、複数の放熱板20と、一対の絶縁部材22と、弾性部材24と、一対の支持体26、28と、をさらに備える。
The
複数の半導体スイッチング素子12のそれぞれは、複数の放熱板20のそれぞれの間に設けられる。放熱板20には、例えば、アルミニウムや銅などの金属材料が用いられる。放熱板20は、導電性を有する。複数の半導体スイッチング素子12は、複数の放熱板20を介して直列に接続される。放熱板20は、例えば、冷却フィンやヒートシンクなどと呼ばれる場合もある。
Each of the plurality of
一対の絶縁部材22の一方は、複数の半導体スイッチング素子12と複数の放熱板20との積層体の一端側に設けられる。一対の絶縁部材22の他方は、複数の半導体スイッチング素子12と複数の放熱板20との積層体の他端側に設けられる。換言すれば、複数の半導体スイッチング素子12と複数の放熱板20との積層体は、一対の絶縁部材22の間に設けられる。
One of the pair of insulating
一対の支持体26、28は、複数の半導体スイッチング素子12と複数の放熱板20と一対の絶縁部材22との積層体を支持する。支持体26は、積層体の一端側を支持する。支持体28は、積層体の他端側を支持する。すなわち、一対の支持体26、28の間に一対の絶縁部材22が設けられ、一対の絶縁部材22の間に複数の半導体スイッチング素子12と複数の放熱板20との積層体が設けられる。
A pair of
弾性部材24は、一方の絶縁部材22と支持体26との間に設けられている。弾性部材24は、例えば、バネである。弾性部材24は、複数の半導体スイッチング素子12と複数の放熱板20と一対の絶縁部材22との積層体の熱収縮に起因する圧接力の変化を抑制し、積層体に一定の圧接力が加わるようにする。
The
複数のスナバ回路14のそれぞれは、抵抗素子40と、コンデンサ42と、ダイオード44と、を有する。コンデンサ42及びダイオード44は、半導体スイッチング素子12の第1主端子12aと第2主端子12bとの間に直列に接続されている。すなわち、コンデンサ42及びダイオード44は、互いに直列に接続され、半導体スイッチング素子12に対して並列に接続されている。抵抗素子40は、ダイオード44に並列に接続されている。
Each of the
また、複数のスナバ回路14のそれぞれは、スナバインダクタンス46を有する。スナバインダクタンス46は、実際の素子ではなく、配線などに起因する寄生インダクタンスである。
Also, each of the plurality of
この例において、スナバ回路14は、いわゆるRCDスナバ回路である。但し、スナバ回路14は、RCDスナバ回路に限ることなく、RCスナバ回路などでもよい。スナバ回路14は、半導体スイッチング素子12のスイッチングにともなう過渡的な電圧変動を抑制可能な任意の回路でよい。以下では、スナバ回路14をRCDスナバ回路として説明を行う。
In this example,
また、ダイオード44には、例えば、半導体スイッチング素子12と同様の圧接型のダイオードが用いられる。この場合、ダイオード44は、略円板状であり、一方の端面にアノードが設けられ、アノードと反対側の端面にカソードが設けられる。
For the
圧接型のダイオード44は、半導体スイッチング素子12と同様に、積層して使用される。図2(b)に表したように、圧接型のダイオード44は、半導体スイッチング素子12と隣接して積層される。また、図2(a)に表したように、抵抗素子40及びコンデンサ42は、半導体スイッチング素子12及びダイオード44に隣接して配置され、ブスバーなどの配線部材を介して電気的に接続される。このように、スナバ回路14は、半導体スイッチング素子12に隣接して設けられる。半導体スイッチングユニット10は、例えば、隣接して設けられた状態で配線された半導体スイッチング素子12及びスナバ回路14を1つのモジュールとし、このモジュールを複数積層することによって構成される。
As with the
半導体スイッチングユニット10は、例えば、複数の放熱板50と、複数の絶縁部材52と、一対の絶縁部材54と、弾性部材56と、をさらに備える。
The
複数のスナバ回路14のそれぞれのダイオード44は、複数の放熱板50のそれぞれの間に設けられる。放熱板50には、例えば、放熱板20と同様のものを用いることができる。
Each
半導体スイッチング素子12の場合は、1つの放熱板20が2つの半導体スイッチング素子12に共通に用いられ、放熱板20を介して複数の半導体スイッチング素子12が直列に接続される。一方、ダイオード44の場合は、2つのダイオード44が直列に接続されないようにする必要がある。このため、ダイオード44の場合には、2つの放熱板50の間にダイオード44が設けられ、この2つの放熱板50とダイオード44との積層体同士の間に、絶縁部材52が設けられている。
In the case of the
一対の絶縁部材54の一方は、複数のダイオード44と複数の放熱板50と複数の絶縁部材52との積層体の一端側に設けられる。一対の絶縁部材54の他方は、複数のダイオード44と複数の放熱板50と複数の絶縁部材52との積層体の他端側に設けられる。換言すれば、複数のダイオード44と複数の放熱板50と複数の絶縁部材52との積層体は、一対の絶縁部材54の間に設けられる。
One of the pair of insulating
複数のダイオード44と複数の放熱板50と複数の絶縁部材52と一対の絶縁部材54との積層体は、一対の支持体26、28によって支持される。複数のダイオード44と複数の放熱板50と複数の絶縁部材52と一対の絶縁部材54との積層体は、例えば、一対の支持体26、28とは別の支持体などによって支持してもよい。
A laminate of a plurality of
弾性部材56は、一方の絶縁部材54と支持体26との間に設けられている。弾性部材56は、弾性部材24と同様に、積層体の圧接力の変化を抑制する。
The
図1に表したように、半導体スイッチング素子12及びスナバ回路14によって構成される4つのモジュールのうち、第1端子11aと接続された1段目のモジュール(図1において最も上のモジュール)においては、半導体スイッチング素子12の第1主端子12aにダイオード44のアノードが接続され、ダイオード44のカソードがコンデンサ42の一方の端子に接続され、コンデンサ42の他方の端子が半導体スイッチング素子12の第2主端子12bに接続されている。1段目のモジュールは、例えば、図2(b)において、最も上に積層されたモジュールである。
As shown in FIG. 1, among the four modules composed of the
一方、1段目のモジュールの直下の2段目のモジュールにおいては、半導体スイッチング素子12の第1主端子12aにコンデンサ42の一方の端子に接続され、コンデンサ42の他方の端子にダイオード44のアノードが接続され、ダイオード44のカソードが半導体スイッチング素子12の第2主端子12bに接続されている。
On the other hand, in the second stage module immediately below the first stage module, the first
3段目のモジュールは、1段目のモジュールと同様に構成されている。そして、4段目のモジュールは、2段目のモジュールと同様に構成されている。 The modules in the third stage are configured in the same manner as the modules in the first stage. The modules in the fourth stage are configured in the same manner as the modules in the second stage.
図3(a)及び図3(b)は、第1の実施形態に係る半導体スイッチングユニットの動作の一例を模式的に表す説明図である。
図3(a)は、半導体スイッチングユニット10の1段目及び3段目のモジュールの動作の一例を模式的に表す。図3(b)は、半導体スイッチングユニット10の2段目及び4段目のモジュールの動作の一例を模式的に表す。
3A and 3B are explanatory diagrams schematically showing an example of the operation of the semiconductor switching unit according to the first embodiment. FIG.
FIG. 3(a) schematically shows an example of the operation of the first-stage and third-stage modules of the
図3(a)に表したように、1段目及び3段目のモジュールでは、半導体スイッチング素子12をターンオフした際に、スナバ回路14に転流する電流が、ダイオード44からコンデンサ42の順に流れる。このため、この例では、スナバ回路14に転流する電流は、複数のスナバ回路14の並ぶ所定の方向(積層方向)を軸とする軸周りのうち左周りのループ状の電流となる。
As shown in FIG. 3A, in the first- and third-stage modules, when the
一方、図3(b)に表したように、2段目及び4段目のモジュールでは、半導体スイッチング素子12をターンオフした際に、スナバ回路14に転流する電流が、コンデンサ42からダイオード44の順に流れる。このため、この例では、スナバ回路14に転流する電流は、複数のスナバ回路14の並ぶ所定の方向を軸とする軸周りのうち右周りのループ状の電流となる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the second and fourth stage modules, when the
このように、半導体スイッチングユニット10では、複数のスナバ回路14が、複数の半導体スイッチング素子12をターンオフした際に、所定の方向を軸とする軸周りのループ状の電流を流すとともに、互いに隣接する一対のスナバ回路14間において、ループ状の電流の向きが逆向きとなるように配線されている。
As described above, in the
図4は、半導体スイッチングユニットの特性の一例を模式的に表すグラフ図である。
図4は、複数の半導体スイッチング素子12をターンオフした際に、半導体スイッチング素子12の第1主端子12aと第2主端子12bとの間に流れる電流の特性CT、及び第1主端子12aと第2主端子12bとの間に印加される電圧の特性VTの一例を模式的に表す。
FIG. 4 is a graph diagram schematically showing an example of characteristics of a semiconductor switching unit.
FIG. 4 shows the characteristics CT of the current flowing between the first
図4に表したように、複数の半導体スイッチング素子12をターンオフし、電流を遮断すると、スナバ回路14に電流が転流する際に、サージ電圧Vdspが発生する場合がある。図4に表したように、半導体スイッチング素子12の第1主端子12aと第2主端子12bとの間に流れる電流が完全に遮断される前に、大きなサージ電圧Vdspが発生すると、半導体スイッチング素子12を破損させてしまう可能性がある。
As shown in FIG. 4 , when the plurality of
サージ電圧Vdspは、以下の(1)式で表すことができる。
(1)式において、Vfrは、スナバ回路14のダイオード44の過渡オン電圧である。Lsnbは、スナバインダクタンス46である。Lsnb・di/dtは、スナバインダクタンス46に流れる電流変化により発生する誘導起電力を表す。Cは、スナバ回路14のコンデンサ42の静電容量である。1/C∫idtは、コンデンサ42に充電される電圧を表す。すなわち、サージ電圧Vdspは、ダイオード44の過渡オン電圧と、スナバインダクタンス46に流れる電流変化により発生する誘導起電力と、コンデンサ42に充電される電圧と、の和で表すことができる。
The surge voltage Vdsp can be expressed by the following equation (1).
In equation (1), Vfr is the transient ON voltage of
本願発明者は、鋭意の検討の結果、(1)式の3つの要素の中でも、スナバインダクタンス46により発生する誘導起電力の影響が大きいことを見出した。特に、電力変換装置や遮断器に半導体スイッチングユニット10を用いた場合など、比較的大きな電流を遮断する場合には、電流遮断時にスナバインダクタンス46に流れる電流変化が大きくなる傾向にある。このため、サージ電圧Vdspを抑制するためには、スナバインダクタンス46を低減させることが効果的である。このように、本願発明者は、スナバインダクタンス46を低減させることにより、サージ電圧Vdspを効果的に抑制できることを見出した。
As a result of intensive studies, the inventors of the present application have found that the induced electromotive force generated by the
半導体スイッチング素子12及びスナバ回路14を有するモジュールを複数積み重ねて半導体スイッチングユニット10を構成する場合、近接するスナバ回路14間において相互インダクタンスの影響がある。この際、各モジュールを全て同じように配線し、複数のスナバ回路14において全て同じ向きにループ状の電流が流れるようにすると、相互インダクタンスが和動的に作用し、自己インダクタンスに相互インダクタンスが加算される。このため、遮断時のサージ電圧Vdspが大きく現れ、遮断可能電流が小さくなってしまう。
When stacking a plurality of modules each having the
これに対し、本実施形態に係る半導体スイッチングユニット10では、複数のスナバ回路14が、複数の半導体スイッチング素子12をターンオフした際に、所定の方向を軸とする軸周りのループ状の電流を流すとともに、互いに隣接する一対のスナバ回路14間において、ループ状の電流の向きが逆向きとなるように配線されている。
On the other hand, in the
これにより、近接するスナバ回路14間において相互インダクタンスを差動的に作用させることができる。例えば、近接するスナバ回路14間において磁束を打ち消し合わせることができる。これにより、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの合成インダクタンスを低減させることができる。上記の(1)式におけるスナバインダクタンス46により発生する誘導起電力を低減させ、遮断時のサージ電圧Vdspを低減させることができる。従って、電流遮断時に発生するサージ電圧Vdspを抑制し、遮断可能電流を大きくできるようにした半導体スイッチングユニット10を提供することができる。
As a result, the mutual inductance can act differentially between
(第2の実施形態)
図5(a)及び図5(b)は、第2の実施形態に係る半導体スイッチングユニットを模式的に表す平面図及び側面図である。
図5(b)は、より詳しくは、図5(a)の平面図を矢線B方向に見た側面図である。なお、上記第1の実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Second embodiment)
5(a) and 5(b) are a plan view and a side view schematically showing a semiconductor switching unit according to the second embodiment.
More specifically, FIG. 5B is a side view of the plan view of FIG. It should be noted that the same reference numerals are given to the components that are substantially the same in terms of function and configuration as those of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
図5(a)及び図5(b)に表したように、半導体スイッチングユニット10aは、複数の遮蔽板16をさらに備える。複数の遮蔽板16は、複数のスナバ回路14のそれぞれの間に設けられ、互いに隣接する一対のスナバ回路14間の磁気的な結合を抑制する。
As shown in FIGS. 5(a) and 5(b), the
各遮蔽板16は、例えば、互いに隣接する一対のコンデンサ42の間に設けられる。なお、複数の遮蔽板16及び複数のコンデンサ42は、例えば、図示を省略した支持部材などを介して一対の支持体26、28に支持される。複数の遮蔽板16及び複数のコンデンサ42は、一対の支持体26、28とは別の部材で支持してもよい。
Each shielding
コンデンサ42の一方の端子は、配線部材42aを介して半導体スイッチング素子12と接続されている。コンデンサ42の他方の端子は、配線部材42bを介してダイオード44と接続されている。図5では、図示を簡略化しているが、配線部材42a、42bは、例えば、ブスバーなどと呼ばれる平板状の部材である。但し、配線部材42a、42bは、例えば、配線ケーブルなどでもよい。
One terminal of the
各遮蔽板16は、例えば、互いに隣接する一対のスナバ回路14の一対の配線部材42aの間、及び一対の配線部材42bの間にも設けられる。換言すれば、各遮蔽板16は、一対のコンデンサ42の間に延びるとともに、一対の配線部材42aの間、及び一対の配線部材42bの間にも延びる。
Each
但し、各遮蔽板16を設ける位置は、上記に限定されるものではない。各遮蔽板16を設ける位置は、互いに隣接する一対のスナバ回路14の間の任意の位置でよい。各遮蔽板16を設ける位置は、互いに隣接する一対のスナバ回路14間の磁気的な結合を適切に抑制できる任意の位置でよい。例えば、ダイオード44が圧接型でない場合などには、互いに隣接する一対のダイオード44の間に、各遮蔽板16を設けてもよい。
However, the position where each shielding
各遮蔽板16は、互いに隣接する一対のスナバ回路14の少なくとも一部の間に設けられていればよい。例えば、上記のように、一対の配線部材42aの間、及び一対の配線部材42bの間に各遮蔽板16を設けることにより、互いに隣接する一対のスナバ回路14間の磁気的な結合をより適切に抑制することができる。
Each
複数の遮蔽板16には、例えば、銅やアルミニウムなどの金属材料が用いられる。但し、複数の遮蔽板16の材料は、金属材料に限ることなく、隣接する一対のスナバ回路14間の磁気的な結合を抑制可能な任意の材料でよい。複数の遮蔽板16は、例えば、導電性を有する。複数の遮蔽板16の電位は、例えば、フローティングに設定される。複数の遮蔽板16の電位は、例えば、グランド(共通電位)などに設定してもよい。これにより、例えば、隣接する一対のスナバ回路14間の磁気的な結合をより適切に抑制することができる。
A metal material such as copper or aluminum is used for the plurality of shielding
以上、説明したように、本実施形態に係る半導体スイッチングユニット10aは、複数のスナバ回路14のそれぞれの間に設けられ、互いに隣接する一対のスナバ回路14間の磁気的な結合を抑制する複数の遮蔽板16を備える。
As described above, the
これにより、スナバ回路14に流れる電流による磁束が、隣接するスナバ回路14のループに鎖交することを抑制することができる。従って、上記第1の実施形態と同様に、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの合成インダクタンスを低減させることができる。上記の(1)式におけるスナバインダクタンス46により発生する誘導起電力を低減させ、遮断時のサージ電圧Vdspを低減させることができる。従って、電流遮断時に発生するサージ電圧Vdspを抑制し、遮断可能電流を大きくできるようにした半導体スイッチングユニット10aを提供することができる。
As a result, the magnetic flux due to the current flowing through the
なお、複数の遮蔽板16を設ける場合には、複数のスナバ回路14は、上記第1の実施形態と同様にループ状の電流の向きが交互になるように配線してもよいし、複数のスナバ回路14のそれぞれでループ状の電流の向きが同じになるように配線してもよい。
When a plurality of shielding
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態に係る半導体スイッチングユニットを模式的に表す平面図である。
図6に表したように、半導体スイッチングユニット10bでは、複数のスナバ回路14が、半導体スイッチング素子12との並列接続を行うための一対の配線ケーブル60、62を有する。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a plan view schematically showing a semiconductor switching unit according to the third embodiment.
As shown in FIG. 6, in the
配線ケーブル60は、コンデンサ42の一方の端子と半導体スイッチング素子12とを接続する。配線ケーブル62は、コンデンサ42の他方の端子とダイオード44とを接続する。一対の配線ケーブル60、62は、ツイストされている。
A
このように、本実施形態に係る半導体スイッチングユニット10bでは、スナバ回路14の配線の一部である配線ケーブル60、62をツイストしている。これにより、スナバ回路14に流れる電流による磁束が、隣接するスナバ回路14のループに鎖交することを抑制することができる。従って、上記第1の実施形態及び第2の実施形態と同様に、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの合成インダクタンスを低減させることができる。上記の(1)式におけるスナバインダクタンス46により発生する誘導起電力を低減させ、遮断時のサージ電圧Vdspを低減させることができる。従って、電流遮断時に発生するサージ電圧Vdspを抑制し、遮断可能電流を大きくできるようにした半導体スイッチングユニット10bを提供することができる。
Thus, in the
なお、この例では、コンデンサ42の一方の端子と半導体スイッチング素子12とを接続する配線ケーブル60と、コンデンサ42の他方の端子とダイオード44とを接続する配線ケーブル62と、を示している。ツイストする一対の配線ケーブルは、上記の区間を配線する配線ケーブルに限ることなく、スナバ回路14を半導体スイッチング素子12に並列接続するための任意の区間の配線でよい。
In this example, a
また、ツイストする配線ケーブルは、少なくとも2本であればよく、3本以上の配線ケーブルをツイストしてもよい。 At least two distribution cables may be twisted, and three or more distribution cables may be twisted.
図7は、第3の実施形態に係る半導体スイッチングユニットの変形例を模式的に表す平面図である。
図7に表したように、半導体スイッチングユニット10cは、複数の遮蔽板16を備えるとともに、複数のスナバ回路14が、ツイストされた一対の配線ケーブル60、62を有する。
FIG. 7 is a plan view schematically showing a modification of the semiconductor switching unit according to the third embodiment.
As shown in FIG. 7, the
このように、上記第2の実施形態の構成と第3の実施形態の構成とを組み合わせ、複数の遮蔽板16を設けつつ、複数のスナバ回路14の配線の一部をツイストしてもよい。これにより、電流遮断時に発生するサージ電圧Vdspをより確実に抑制することができる。遮断可能電流をより大きくできるようにした半導体スイッチングユニット10cを提供することができる。
In this manner, the configuration of the second embodiment and the configuration of the third embodiment may be combined to provide a plurality of shielding
半導体スイッチングユニット10cにおいて、複数の遮蔽板16は、例えば、互いに隣接する一対のスナバ回路14の一対の配線ケーブル60、62の間に設けられる。これにより、互いに隣接する一対のスナバ回路14間の磁気的な結合をより適切に抑制することができる。
In the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
10、10a、10b、10c 半導体スイッチングユニット、 12 半導体スイッチング素子、 14 スナバ回路、 16 遮蔽板、 20 放熱板、 22 絶縁部材、 24 弾性部材、 26 支持体、 28 支持体、 40 抵抗素子、 42 コンデンサ、 44 ダイオード、 46 スナバインダクタンス、 50 放熱板、 52 絶縁部材、 54 絶縁部材、 56 弾性部材、 60、62 配線ケーブル
Claims (3)
前記複数の半導体スイッチング素子のそれぞれに隣接して前記所定の方向に積層して設けられ、前記複数の半導体スイッチング素子のそれぞれに並列に接続された複数のスナバ回路と、
を備え、
前記複数のスナバ回路は、前記複数の半導体スイッチング素子をターンオフした際に、前記複数のスナバ回路が積層された前記所定の方向を軸とする軸周りのループ状の電流を流すとともに、前記所定の方向において互いに隣接する一対の前記スナバ回路間において、前記ループ状の電流の向きが逆向きとなるように配線されている半導体スイッチングユニット。 a plurality of semiconductor switching elements stacked in a predetermined direction and connected in series;
a plurality of snubber circuits provided adjacent to each of the plurality of semiconductor switching elements and stacked in the predetermined direction and connected in parallel to each of the plurality of semiconductor switching elements;
with
When the plurality of semiconductor switching elements are turned off, the plurality of snubber circuits pass a loop-shaped current about the predetermined direction in which the plurality of snubber circuits are stacked, and the predetermined A semiconductor switching unit in which a pair of snubber circuits adjacent to each other in direction are wired so that the direction of the loop-shaped current is opposite.
前記一対の配線ケーブルは、ツイストされている請求項1又は2記載の半導体スイッチングユニット。 The plurality of snubber circuits have a pair of wiring cables for parallel connection with the semiconductor switching elements,
3. The semiconductor switching unit according to claim 1 , wherein said pair of distribution cables are twisted.
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