JPH11206142A - インバータ装置 - Google Patents
インバータ装置Info
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- JPH11206142A JPH11206142A JP10002538A JP253898A JPH11206142A JP H11206142 A JPH11206142 A JP H11206142A JP 10002538 A JP10002538 A JP 10002538A JP 253898 A JP253898 A JP 253898A JP H11206142 A JPH11206142 A JP H11206142A
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Abstract
等化が容易に得られ、製品の低価格化と小型化に充分に
対応できるようにしたインバータ装置を提供すること。 【解決手段】 2個のインバータモジュール1−1
UD、1−2UDの主端子、例えばエミッタ端子3A、3
Bを並列に接続する並列バー(導体バー)9に対する外部
回路からの配線バー(導体バー)10の接続位置を、例え
ば距離Lだけ中心からずらし、インバータモジュール1
−1UDに対する電流が流れ易くなるようにしたもの。 【効果】 並列バー9と配線バー10との間に現われる
相互インダクタンスによる影響で、インバータモジュー
ル1−2UDに多く電流が流れようとするのを抑え、電
流の均等化が得られる。
Description
アームに、導体バーで並列接続した2個のスイッチング
素子モジュールを用いたインバータ装置に係り、特に、
比較的容量が大きい汎用インバータに好適なインバータ
装置に関する。
タ装置が製品化され、広く使用されているが、このと
き、そのインバータ主回路の各アームを構成するスイッ
チング素子として、例えばIGBT(絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタ)などのスイッチング素子をフライ
ホイールダイオードと一体にモジュール化した、いわゆ
るインバータモジュールを用いるのが通例になってき
た。
ュールの一例を示したもので、図5は平面図で、図6は
側面図であり、図示のように、インバータモジュール1
の本体は長方形の平面形状に作られ、その一方の平面部
に主電流端子となるコレクタ端子2とエミッタ端子3が
設けてある。そして、平面部の他方は放熱面4となって
おり、この放熱面4を所定の放熱フィンに密着するよう
にしてインバータに組み込み、主回路配線を施して使用
されるようになっている。
のインダクタンスが大きいと、インバータモジュールタ
ーンオフ時でのサージ電流が大きくなり、インバータモ
ジュールが破壊してしまう虞れがある。そこで、インバ
ータ装置では、従来から、主回路の配線部材として、銅
やアルミニウム(合金を含む)など導電性の良い材料の板
材からなる導体バー(ブスバー)を用い、これにより、極
力、インダクタンスの少ない配線が得られるようにする
のが通例である。
置を構成する場合、インバータ主回路の各スイッチング
素子として、複数個のインバータモジュールを並列に接
続して使用する場合があるが、この場合、例えば、図
7、図8に示すように、2個のインバータモジュール1
−1、1−2を用い、それらの各コレクタ端子2とエミ
ッタ端子3を並列接続用の導体バー5、6によりそれぞ
れ並列に接続して用いる方法が従来から採用されてい
る。
部の回路と接続するための配線用の導体バー7、8を、
各並列接続用の導体バー5、6と平行に配置していた。
なお、以下、これらモジュールを並列に接続するための
導体バー、例えば導体バー5、6については並列バーと
記載し、この並列バー以外の導体バー、例えば導体バー
7、8などについては配線バーと記載する。
のスイッチング素子が、並列接続したインバータモジュ
ールで構成されている場合、主回路配線の抵抗分やイン
ダクタンス分が、並列接続された2個のインバータモジ
ュール間で異なると、各インバータモジュールでの電流
分担が不均等になり、2個並列接続したことによる定格
容量の増大が充分に得られなくなってしまう虞れがあ
る。つまり、図示の場合、インバータモジュールを2
個、並列にしたにもかかわらず、夫々のインバータモジ
ュールの定格電流の2倍の電流まで使用することができ
ず、2倍未満の電流でしか使用できなくなってしまうの
である。
列バー5、6の中央部に、配線バー7、8を接続した場
合、並列バー5、6のインバータモジュール1−2側に
位置する部分と、配線バー7、8の間に現われる相互イ
ンダクンスにより、これらの部分での各バーの自己イン
ダクタンスが打ち消され、この結果、並列バー5、6の
インバータモジュール1−1側に位置する部分よりも電
流が流れ易くなってしまうので、インバータモジュール
1−2に電流が偏って流れ、定格一杯まで使用しようと
した場合、一方のインバータモジュール1−2が破壊さ
れてしまう虞れがあった。
線バー7、8に流れる電流解析シミュレーションの結果
を示したもので、並列バー5、6と配線バー7、8の中
に描いてある線は電流の流線を表わす。この電流解析シ
ミュレーション結果によれば、並列バー5、6と配線バ
ー7、8間の距離Hを約30mmとした場合、端子2、
3の右側と左側に流れる電流の比は、約85%:15%
で、インバータモジュール1−2側に偏って多くの電流
が流れることが判った。
は、電流の比は75%:25%となるが、やはりインバ
ータモジュール1−2側に多く電流が流れる点には変わ
りがないことが判った。
ることにより、一応、電流の偏りは抑えられるものの、
影響が無視できる程度にするには、距離Hをかなり大き
くしてやる必要があり、これでは、製品が大型化してし
まい、実用性に乏しくなってしまう。
刊行物 “富士新第3世代 IGBTモジュールNシリーズ アプリケーションマニュアル”(第8章「並列接続」)な
どによれば、図10に示すように、例えば3個のインバ
ータモジュール1を用いた場合、それらのコレクタ端子
2及びエミッタ端子3を並列バー5、6でそれぞれ並列
に接続した上で、外部の電源又は出力との接続線となる
配線バー7、8を、各並列バー5、6の長さ方向の中央
部に接続し、可能な限り均等化を図るようにしていた。
も、並列バー5、6と平行に配線することは避け、図2
に示すように、直角方向に配置し、交差させる場合も直
交させて相互誘導が抑えられるようにし、さらには、相
互インダクタンスの影響が無いように、配線バー7、8
を並列バー5、6から充分に離して、相互間の距離を大
きく保つようにしていた。
バータ装置内でのインバータモジュールを含む主回路素
子配置と主回路配線の自由度を保持する点について配慮
がされておらず、小型化と低価格化を図る上で大きな障
害を持ってしまうという問題があった。
に配置した従来技術では、インバータモジュールに電流
が不均等に流れた場合でもモジュールが破壊しないよう
に、許容電流に余裕の有るインバータモジュールを使用
する必要があり、価格の増加を抑えることができなかっ
た。
が無視できるよう、例えば電磁遮蔽板などを用い、並列
バーと配線バーの間に相互インダクタンスが現われない
ようにする方法が考えられるが、この場合、構成が複雑
化し、やはり価格の増加が避けられない上、小型化の大
きな障害になってしまう。
流が、並列接続したモジュール間で多少偏ってもインバ
ータモジュールが破壊しないように、インバータモジュ
ールの許容電流に余裕をもたせ、容量の大きなインバー
タモジュールを使用してやれば、インバータモジュール
の破壊を防ぐことはできるが、この場合、インバータモ
ジュールの容量増加に伴う製品の価格上昇と大型化が避
けられない。
ンスや相互インダクタンスを算出する一般式は従来から
良く知られており、従って、この一般式を用いて配線設
計を施すことが考えられる。しかし、一般的に、インバ
ータ装置の内部に配置されたブスバーや電線の形状か
ら、それらの自己インダクタンスや相互インダクタンス
を正確に算出することは難しく、従って、実際には、経
験やカンに頼りインバータ装置を作らざるを得ず、余裕
を持った設計にする必要があり、このため、装置の低価
格化と小型化には限度があった。
ようにした従来技術では、インバータ装置の構成要素の
中で大型の部品であるインバータモジュールと平滑コン
デンサのレイアウトに制限が生じてしまう。つまり、こ
の場合、導体バーの配置状態から、おのずとインバータ
モジュールの配置と電源側にある平滑コンデンサの位置
関係が決まってしまい、レイアウトの変更が極めて難し
くなってしまうのである。従って、この場合でも、やは
り製品が大型化せざるを得なかった。
行に配置した場合でも、一方と他方のインバータモジュ
ール間での電流の均等化が容易に得られ、製品の低価格
化と小型化に充分に対応できるようにしたインバータ装
置を提供することにある。
主回路の各アームに、導体バーで並列接続した2個のス
イッチング素子モジュールを用いたインバータ装置にお
いて、前記導体バーに対する外部からの導電線路の接続
点を、前記2個のスイッチング素子モジュールに対する
接続点の一方に片寄って設け、前記2個のスイッチング
素子モジュールに流れる電流の均等化が得られるように
して達成される。
置について、図示の実施形態により詳細に説明する。図
1は、本発明の一実施形態が適用されたインバータ装置
の一例で、この例におけるインバータ主回路は、図示の
ように、UアームとVアーム、それにWアームの3個の
アームで構成された3相インバータ回路で構成されてい
るが、さらに各アームは、図示してないが、上アームU
U、VU、WU、及び下アームUD、VD、WDで構成されて
いる。
WU、及び下アームUD、VD、WDは、各々2個のインバ
ータモジュール1−1UU、1−2UUとインバータモジ
ュール1−1UD、1−2UD、インバータモジュール1
−1VU、1−2VUとインバータモジュール1−1
VD、1−2VD、それにインバータモジュール1−1W
U、1−2WUとインバータモジュール1−1WD、1−
2WDで構成されている。
10は配線バー、11、12は並列兼配線バー、13、
14は導体板、そして15は絶縁板である。ここで、並
列バー9、配線バー10、並列兼配線バー11、12、
それに導体板13、14は、夫々導電性のよい銅、アル
ミニウム(合金を含む)などの板材で作られている。
各々2個のインバータモジュール1−1UD、1−2
UD、インバータモジュール1−1VD、1−2VD、そ
れにインバータモジュール1−1WD、1−2WDの各エ
ミッタ端子3を並列に接続する働きをする。
に接続する働きをする。並列兼配線バー11は、各相の
上アームのインバータモジュール1−1UU、1−2UU
とインバータモジュール1−1VU、1−2VU、それに
インバータモジュール1−1WU、1−2WUの各コレク
タ端子2を並列に接続する並列バーとして働くと共に、
これらを導体板13に接続する働きをする。
インバータモジュール1−1UD、1−2UDとインバー
タモジュール1−1VD、1−2VD、それにインバータ
モジュール1−1WD、1−2WDの各コレクタ端子2を
並列に接続すると共に、上アームのインバータモジュー
ル1−1UU、1−2UUとインバータモジュール1−1
VU、1−2VU、それにインバータモジュール1−1W
U、1−2WUの各エミッタ端子3を並列に接続する並列
バーとして働き、さらに、これらをU相、V相、W相の
各交流出力端子(図示してない)に接続する配線バーとし
ての働きをする。
(+)端子に接続され、これによりインバータ主回路の直
流側(+)主端子を形成する働きをする。端子板14は、
平滑コンデンサの(−)端子に接続され、これによりイン
バータ主回路の直流側(−)主端子を形成する働きをす
る。そして、これらの導体板13、14は、図示のよう
に、間に絶縁板15を挾んで重ね合わされるが、このと
き、絶縁板15は、導体板13、14の間で短絡が発生
するのを防止する働きをする。
は配線用導体部材である。なお、これらのうち、配線導
体部材21〜28は、夫々導電性のよい銅、アルミニウ
ム(合金を含む)などの板材で作られている。
有する電解コンデンサを用いたもので、この実施形態で
は、図示のように、全部で8個の電解コンデンサを用
い、これらを配線用導体部材21〜28で並列に接続す
ることにより、必要とする静電容量を持った平滑コンデ
ンサが得られるようになっている。
体部材21、22は、各々4個の平滑コンデンサ20の
(+)端子を並列に接続する働きをし、次に配線導体部材
23は、これら配線導体部材21、22を並列に接続す
る働きをする。そして、配線導体部材25は、この配線
導体部材23を導体板13に接続する働きをする。従っ
て、これにより、8個の平滑コンデンサ20の(+)端子
は、全て導体板13に接続されることになる。
個の平滑コンデンサ20の(−)端子を並列に接続する。
次に大略H形に作られた配線導体部材27は、4個の配
線導体部材26の全てを並列に接続する働きをする。そ
して、配線導体部材28は、この配線導体部材27を導
体板14に接続する働きをする。従って、これにより、
8個の平滑コンデンサ20の(−)端子は、全て導体板1
4に接続されることになる。
路の直流側(+)主端子を形成する導体板13と、インバ
ータ主回路の直流側(−)主端子を形成する導電板14
が、絶縁板14を挾んで重ね合わされているのは、公知
のように、平滑コンデンサ20とインバータモジュール
1の間のインダクタンスを削減させるためである。
アームのインバータモジュール1−1UD、1−2UDを
抜き出し、拡大して示した平面図と側面図であり、これ
らの図で、Cは並列バー9の長さ方向の中央位置で、各
インバータモジュール1−1UD、1−2UDのエミッタ
端子3A、3Bから等距離になっている位置を表わして
おり、Sは並列バー9の配線バー10に対する接続点を
表わす。
に、この接続点Sが、この並列バー9の中央位置Cから
所定の距離Lだけインバータモジュール1−1UD側に
偏った位置になっており、これにより、並列バー9によ
り並列に接続されているインバータモジュール1−1U
D、1−2UD間でのエミッタ−コレクタ電流の均等化が
得られるようになっている。
ンス分を考えた場合、常識的には、この並列バー9の中
心位置Cに配線バー10を接続した方が、電流の均等化
の点では有利であるように思われる。
10の並列バー9に対する接続位置を中心位置Cからず
らした場合の電流解析用シミュレーション結果であり、
ここで、並列バー9と配線バー10内の線は電流流線を
示したものである。
の場合は、並列接続された各インバータモジュールのエ
ミッタ端子3A、3Bの双方に配線バー10からの電流
流線が均等に別れて並列バー9に入り、同じ本数の流線
が各エミッタ端子3A、3Bに達しており、電流が均等
化されていることが判る。
理由は、次のように説明できる。まず、図4において、
一方のインバータモジュール1−1UDのエミッタ端子
3Aから接続点Sまでの距離をLA、他方のインバータ
モジュール1−2UDのエミッタ端子3Bから接続点S
までの距離をLBとする。
の接続位置を中心Cから距離Lずらして、接続点Sにす
れば、距離LA<距離LBとなるから、接続点Sからエミ
ッタ端子3Bに至るまでの並列バー9による抵抗分とイ
ンダクタンス分は、エミッタ端子3Aに至るまでの並列
バー9による抵抗分とインダクタンス分よりも増加する
ことは確かであり、この結果、一方のインバータモジュ
ール1−1UDのエミッタ端子3Aの電流の方が、他方
のインバータモジュール1−2UDのエミッタ端子3B
の電流よりも多くなってしまい、均等化が得られよう筈
は無いように思われる。
ー10が平行になっているので、この部分では相互イン
ダクタンスが現われ、且つ、このとき、並列バー9と配
線バー10では電流の方向が反対になっているので、上
記したように、このときの相互インダクタンスは平行バ
ー9のインダクタンス分を打ち消す方向に働く。
距離LA=距離LBにしたとすると、このときは、これも
上記したように、予想に反して、インバータモジュール
1−1UDのエミッタ端子3Aの電流の方が、他方のイ
ンバータモジュール1−2UDのエミッタ端子3Bの電
流よりも少なくなってしまい、反対の方向で均等化は得
られない。
距離LBとしたので、距離LA=距離LBとしたときでの
インバータモジュール1−2UDのエミッタ端子3Bの
電流を抑え、その分、インバータモジュール1−1UD
のエミッタ端子3Aの電流が増えるので、電流の均等化
が得られるのである。この場合、並列バー9と配線バー
10が平行になっている部分の長さは、距離LBと同じ
であり、従って、ずらす距離Lを調整することにより、
相互インダクタンスの大きさを変えることができる。
は、並列バー9と配線バー10が平行になっている部分
での距離Hによっても変わり、距離Hが小さくなるに従
って大きくなる。そして、このことは電流解析用シミュ
レーション解析からも確かめられており、或る実施形態
では、距離Hの最適値は約25mmであった。
は、上アームのインバータモジュール1−1UU、1−
2UUとインバータモジュール1−1UD、1−2UD、
インバータモジュール1−1VU、1−2VUのコレクタ
端子間でも問題になる。
ないが、並列兼配線バー11についても、それを並列バ
ーと配線バーとに分離し、並列バー9と配線バー10の
場合と同様にして、電流の均等化を図るようにしてもよ
い。
を並列接続したとき、並列に接続した各々のインバータ
モジュールに電流が均等に流れるため、インバータモジ
ュールの許容電流に余計な余裕をとる必要がなくなり、
このため、インバータモジュールとして定格電流が小さ
く、外形寸法が小さいものが使用でき、従って、インバ
ータ装置の大きさを小さくすることができ、且つ、定格
電流が小さいインバータモジュールを使用できるため、
コスト的にも有利である。
ールを並列接続しているブスバーと電源や出力を取り出
すブスバーとを平行に沿わせた配線もできるため、部品
配置についての自由度が増し、従って、インバータ装置
の大きさを小さくすることができる。
ュールを並列接続したとき、電気的に接続しなければな
らないブスバーの形状だけの変更だけで、各々のインバ
ータモジュールでの電流の均等化がえられるので、他に
回路や部品の追加を要せず、従って、小型化を妨げるこ
となく信頼性を上げることができ、且つ、このときも他
に回路や部品の追加を要しないため、コスト的にも有利
である。
対する信頼性の向上をねらい主回路と制御回路、駆動回
路、保護回路を搭載した各相ごとに独立した基板をイン
バータモジュールの上に載せた構造とした場合、主端子
コレクタと主端子エミッタの電源や出力への取り出し線
と主端子コレクタと主端子エミッタの並列配線を平行に
沿わせることが出来ることから、基板上の強電部と弱電
部を分けやすくすることができ、このため誘導ノイズな
どを防ぐことができる。また、基板上の強電部と弱電部
の絶縁を強化することができる。
す分解説明図である。
面図である。
面図である。
析用シミュレーション結果の一例を示す説明図である。
る。
る。
を示す平面図である。
を示す側面図である。
レーション結果の一例を示す説明図である。
実装例を示す平面図である。
並列に接続するための導体バー) 6 並列バー(インバータモジュールのエミッタ端子を
並列に接続するための導体バー) 7、8 配線バー(電源又は出力などの外部の回路と接
続するための配線用の導体バー) 9 並列バー(インバータモジュールを並列に接続する
ための導体バー) 10 配線バー(配線用の導体バー) 11、12 並列兼配線バー(並列用と配線用を兼ねた
導体バー) 13、14 導体板 15 絶縁板 20 平滑コンデンサ 21〜28 配線用導体部材
Claims (3)
- 【請求項1】 インバータ主回路の各アームに、導体バ
ーで並列接続した2個のスイッチング素子モジュールを
用いたインバータ装置において、 前記導体バーに対する外部からの導電線路の接続点を、
前記2個のスイッチング素子モジュールに対する接続点
の一方に片寄って設け、 前記2個のスイッチング素子モジュールに流れる電流の
均等化が得られれるように構成したことを特徴とするイ
ンバータ装置。 - 【請求項2】 請求項1の発明において、 前記電流の均等化が、前記接続点の位置の調整に伴う前
記導体バーと前記導電線路による相互インダクタンスの
変化により、与えられていることを特徴とするインバー
タ装置。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2の発明において、 前記導電線路の少なくとも一部が、前記導体バーと平行
に配置されていることを特徴とするインバータ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10002538A JPH11206142A (ja) | 1998-01-08 | 1998-01-08 | インバータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10002538A JPH11206142A (ja) | 1998-01-08 | 1998-01-08 | インバータ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11206142A true JPH11206142A (ja) | 1999-07-30 |
Family
ID=11532168
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10002538A Pending JPH11206142A (ja) | 1998-01-08 | 1998-01-08 | インバータ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11206142A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006074918A (ja) * | 2004-09-02 | 2006-03-16 | Toyota Motor Corp | 電力変換装置 |
EP3550712A4 (en) * | 2016-11-29 | 2020-07-08 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | POWER CONVERSION DEVICE |
-
1998
- 1998-01-08 JP JP10002538A patent/JPH11206142A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006074918A (ja) * | 2004-09-02 | 2006-03-16 | Toyota Motor Corp | 電力変換装置 |
EP3550712A4 (en) * | 2016-11-29 | 2020-07-08 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | POWER CONVERSION DEVICE |
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