JPWO2014016925A1

JPWO2014016925A1 - Power converter

Info

Publication number: JPWO2014016925A1
Application number: JP2014526659A
Authority: JP
Inventors: 薫鳥居; 洋平今井; 優山平
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2032-07-25
Also published as: WO2014016925A1; JP5960824B2

Abstract

本明細書は、電力変換装置に関するものであり、コンデンサと複数のスイッチング素子を接続するバスバにおけるサージ電圧を抑制する技術を提供する。電力変換装置２は、コンデンサ９と、少なくとも２個のスイッチング素子６ａ、６ｂと９、バスバ２１を備える。少なくとも２個のスイッチング素子は、コンデンサに並列接続されるとともに同相で駆動される。バスバ２１は、コンデンサ９と夫々のスイッチング素子を接続する。このバスバ２１には、夫々のスイッチング素子との接続点の間からコンデンサに向かって延びるスリットが設けられている。スリットによって電流経路が分割され、サージ電圧が抑制される。The present specification relates to a power conversion device, and provides a technique for suppressing a surge voltage in a bus bar connecting a capacitor and a plurality of switching elements. The power conversion device 2 includes a capacitor 9, at least two switching elements 6 a, 6 b and 9, and a bus bar 21. At least two switching elements are connected in parallel to the capacitor and driven in phase. The bus bar 21 connects the capacitor 9 and each switching element. The bus bar 21 is provided with a slit extending toward the capacitor from between the connection points with the respective switching elements. The current path is divided by the slit, and the surge voltage is suppressed.

Description

本明細書が開示する技術は、インバータや電圧コンバータなどの電力変換装置に関する。特に、電気自動車の走行用モータを駆動するのに適した電力変換装置に関する。本明細書における電気自動車は、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車や燃料電池車を含む。モータに電力を供給するバッテリはリチウムイオンバッテリなどの化学電池でもよいし、燃料電池でもよい。 The technology disclosed in this specification relates to a power conversion device such as an inverter or a voltage converter. In particular, the present invention relates to a power conversion device suitable for driving a traveling motor of an electric vehicle. The electric vehicle in this specification includes a hybrid vehicle and a fuel cell vehicle including both a motor and an engine. The battery that supplies power to the motor may be a chemical cell such as a lithium ion battery or a fuel cell.

インバータや電圧コンバータなどの電力変換装置は、所望の電流／電圧を生成するために多数のスイッチング素子（半導体素子）を備える。スイッチング素子には、一般的に、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどが用いられる。また、電力変換装置は、スイッチング素子への入力電流あるいはスイッチング素子からの出力電流を平滑化するためにコンデンサを備えることも多い。スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続され、スイッチング回路を構成する。 A power conversion device such as an inverter or a voltage converter includes a large number of switching elements (semiconductor elements) in order to generate a desired current / voltage. Generally, a transistor, MOSFET, IGBT, or the like is used as the switching element. In addition, the power conversion device often includes a capacitor to smooth the input current to the switching element or the output current from the switching element. A diode is connected to the switching element in antiparallel to form a switching circuit.

電力変換装置では、コンデンサに複数のスイッチング素子が並列に接続される。例えばインバータでは、３相（ＵＶＷ）の夫々を制御するために、１相に対して２個のスイッチング素子を直列に接続し、計６個のスイッチング素子がコンデンサに並列に接続される。なお、直列接続された２個のスイッチング素子において、高電圧側のスイッチング素子は上アームと呼ばれ、低電圧側のスイッチング素子は下アームと呼ばれることがある。電気自動車の駆動用モータに電力を供給する電力変換装置では、流れる電流が大きい場合、１相の上アーム（及び下アーム）を２個以上のスイッチング素子の並列接続で構成することがある。 In a power converter, a plurality of switching elements are connected in parallel to a capacitor. For example, in an inverter, in order to control each of three phases (UVW), two switching elements are connected in series for one phase, and a total of six switching elements are connected in parallel to a capacitor. Of the two switching elements connected in series, the switching element on the high voltage side may be referred to as the upper arm, and the switching element on the low voltage side may be referred to as the lower arm. In a power converter that supplies power to a drive motor of an electric vehicle, when a flowing current is large, an upper arm (and a lower arm) of one phase may be configured by connecting two or more switching elements in parallel.

電気抵抗を小さくするために、コンデンサとスイッチング素子の接続にはバスバと呼ばれる金属プレートが用いられる。その場合、並列の複数のスイッチング素子が一つのバスバでコンデンサと接続されることがある。例えば、特開２０００−６０１２６号公報（特許文献１）にそのような回路構成を有する電力変換装置（インバータ）が開示されている。特許文献１の技術は、ＵＶＷ３相の各相の上アーム（及び下アーム）を３個のスイッチング素子で構成する。従って３相の上アームの合計で９個のスイッチング素子が並列にコンデンサに接続される。一つのバスバが、９個のスイッチング素子を並列に接続し、コンデンサから夫々のスイッチング素子に電流が流れる。特許文献１の技術では、相の間の干渉を低減するため、バスバにおいて隣接する相の間にスリットを設ける。また、特許文献１の技術では、電流経路の共通化によって、同じ相の複数のスイッチング素子の間の電流のばらつきを抑制する。 In order to reduce the electrical resistance, a metal plate called a bus bar is used to connect the capacitor and the switching element. In that case, a plurality of parallel switching elements may be connected to the capacitor by one bus bar. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2000-60126 (Patent Document 1) discloses a power conversion device (inverter) having such a circuit configuration. In the technique of Patent Document 1, the upper arm (and lower arm) of each phase of the UVW3 phase is configured by three switching elements. Accordingly, a total of nine switching elements of the upper arms of the three phases are connected to the capacitor in parallel. One bus bar connects nine switching elements in parallel, and a current flows from the capacitor to each switching element. In the technique of Patent Document 1, a slit is provided between adjacent phases in the bus bar in order to reduce interference between phases. Moreover, in the technique of Patent Document 1, variation in current between a plurality of switching elements of the same phase is suppressed by sharing a current path.

しかしながら、特許文献１の技術では、電流経路の共通化により、スイッチング素子の間のサージ電圧が増大してしまう。本明細書は、電流アンバランスの改善によるサージ電圧の抑制ではなく、別のアプローチでコンデンサと複数のスイッチング素子を接続するバスバにおけるサージ電圧を抑制する技術を提供する。 However, in the technique of Patent Document 1, the surge voltage between the switching elements increases due to the common current path. This specification provides a technique for suppressing a surge voltage in a bus bar connecting a capacitor and a plurality of switching elements by another approach, instead of suppressing a surge voltage by improving current imbalance.

本明細書が開示する技術は、１相に対して２個以上のスイッチング素子の並列接続を用いる電力変換装置に着目する。そのような複数のスイッチング素子は、コンデンサに並列に接続されるとともに同相で駆動されるスイッチング素子である。別言すれば、同じ駆動信号で（ＰＷＭ信号）で駆動されるスイッチング素子である。従来、そのような複数のスイッチング素子には、できるだけ太い共通のバスバでコンデンサと複数のスイッチング素子を接続するのがよいと考えられていた。バスバが太いほど、インダクタンスが小さくなるからである。例えば、コンデンサと２個のスイッチング素子を別々のバスバで接続すると、１本のバスバに流れる電流は半減するが、１本当たりの太さが細くなってしまうため、インダクタンスが増大する。それゆえ、１本のバスバで２個のスイッチング素子に共通に電流を供給する場合と比較してサージ電圧は大きくなると考えられていた。しかしながら、電流の減少によるサージ電圧減少への寄与度が、インダクタンスの増大によるサージ電圧増大への寄与度を上回る場合がある。そこで、コンデンサと少なくとも２個のスイッチング素子を接続するバスバに、夫々のスイッチング素子との接続点の間からコンデンサに向かって延びるスリットを設ける。即ち、コンデンサからスイッチング素子への電流経路を途中から２つに分岐させる。共通のバスバにスリットを設けることで、バスバの太さを十分に確保した上で、電流経路を分岐させることができる。分岐前のバスバの部分を共通路と称する。単位長さ当たりのインダクタンスは、分岐路の方が共通路よりも大きいが、分岐路を流れる電流は共通路を流れる電流の半分となる（スイッチング素子が２個の場合）。分岐路のインダクタンスは共通路のインダクタンスの２倍にはならないため、トータルのサージ電圧はスリットなしの場合のサージ電圧よりも小さくなる。なお、本明細書が開示する技術はコンデンサと３個以上のスイッチング素子を並列に接続するバスバにも適用可能である。 The technology disclosed in this specification focuses on a power conversion device that uses a parallel connection of two or more switching elements for one phase. The plurality of switching elements are switching elements that are connected in parallel to the capacitor and driven in the same phase. In other words, the switching element is driven by the same drive signal (PWM signal). Conventionally, it has been considered that a capacitor and a plurality of switching elements should be connected to such a plurality of switching elements with a common bus bar as thick as possible. This is because the thicker the bus bar, the smaller the inductance. For example, when a capacitor and two switching elements are connected by separate bus bars, the current flowing through one bus bar is halved, but the thickness per one is reduced, and the inductance increases. Therefore, it has been considered that the surge voltage is increased as compared with the case where a current is commonly supplied to two switching elements with one bus bar. However, the contribution to the surge voltage reduction due to the decrease in current may exceed the contribution to the surge voltage increase due to the increase in inductance. Therefore, a slit extending from the connection point between each switching element to the capacitor is provided in the bus bar connecting the capacitor and at least two switching elements. That is, the current path from the capacitor to the switching element is branched into two from the middle. By providing a slit in the common bus bar, the current path can be branched while sufficiently securing the thickness of the bus bar. The portion of the bus bar before branching is called a common path. The inductance per unit length is larger in the branch path than in the common path, but the current flowing through the branch path is half of the current flowing through the common path (when there are two switching elements). Since the inductance of the branch path does not become twice the inductance of the common path, the total surge voltage is smaller than the surge voltage without the slit. The technology disclosed in this specification can also be applied to a bus bar in which a capacitor and three or more switching elements are connected in parallel.

コンデンサと複数のスイッチング素子を接続する場合、スイッチング素子に近いバスバの部分は元々分岐している場合がある。例えば、スイッチング素子の端子が平行に並んでいる場合、バスバの端部は夫々の端子に向けて分岐する。本明細書が開示する技術は、元々の分岐点からコンデンサへ向けてスリットを設ける。本明細書では、バスバの共通部分をベースプレートと称し、ベースプレートからそれぞれのスイッチング素子へ延びている部分を腕部と称する。スリットは、ベースプレートにおける腕部の付け根の間に設けられている。スリットは長ければ長いほどよい。本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。 When a capacitor and a plurality of switching elements are connected, the portion of the bus bar that is close to the switching elements may be originally branched. For example, when the terminals of the switching elements are arranged in parallel, the end of the bus bar branches toward each terminal. The technology disclosed in this specification provides a slit from the original branch point to the capacitor. In this specification, the common part of the bus bar is referred to as a base plate, and the part extending from the base plate to each switching element is referred to as an arm part. The slit is provided between the bases of the arms in the base plate. The longer the slit, the better. Details of the technology disclosed in this specification and further improvements will be described in the embodiments of the present invention.

電力変換装置のブロック図である。It is a block diagram of a power converter. パワーアセンブリの斜視図である。It is a perspective view of a power assembly. パワーアセンブリの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a power assembly. パワーアセンブリの平面図である。It is a top view of a power assembly. パワーアセンブリの正面図である。It is a front view of a power assembly. バスバの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of a bus bar. バスバに等価回路を重ねて描いた図である。It is the figure which drew the equivalent circuit on the bus bar. 第２実施例の電力変換装置の部分ブロック図である。It is a partial block diagram of the power converter device of 2nd Example. 第２実施例のパワーアセンブリの部分平面図である。It is a partial top view of the power assembly of 2nd Example. バスバの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a bus bar. バスバの他の変形例を示す図である。It is a figure which shows the other modification of a bus bar. バスバの第３の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd modification of a bus bar.

実施例の電力変換装置の好ましい特徴のいくつかを列挙する。実施例の電力変換装置では、バスバが、同相で駆動される複数のスイッチング素子の夫々に別々の電流経路を与えることによって、サージ電圧を低減する。それゆえ、バスバは、電流が共通に流れる部分のインダクタンスが、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分のインダクタンスよりも小さい方がよい。あるいは、バスバは、電流が共通に流れる部分の長さが、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分の長さよりも短いのがよい。 Some of the preferable characteristics of the power converter of an Example are enumerated. In the power converter of the embodiment, the bus bar reduces the surge voltage by providing separate current paths to the plurality of switching elements driven in the same phase. Therefore, in the bus bar, it is preferable that the inductance of the portion where the current flows in common is smaller than the inductance of the portion where the current flows separately for each switching element. Alternatively, in the bus bar, the length of the portion where the current flows in common is preferably shorter than the length of the portion where the current flows separately for each switching element.

電流が別々に流れる部分には同じ大きさの電流が流れることが好ましい。それゆえ、バスバは、コンデンサと夫々のスイッチング素子の間のインダクタンスが等しいのがよい。また、バスバの一部は、コンデンサに沿って配索されている。 It is preferable that the same current flows in the portions where the current flows separately. Therefore, the bus bar should have the same inductance between the capacitor and each switching element. A part of the bus bar is routed along the capacitor.

（第１実施例）図面を参照して第１実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置は、電気自動車に搭載され、バッテリの直流電力を走行用モータの駆動に適した交流電力に変換するデバイスである。まず、図１を参照して電力変換装置２の回路構成を説明する。 (First Embodiment) A power converter according to a first embodiment will be described with reference to the drawings. The power conversion apparatus according to the embodiment is a device that is mounted on an electric vehicle and converts DC power of a battery into AC power suitable for driving a traveling motor. First, the circuit configuration of the power converter 2 will be described with reference to FIG.

電力変換装置２は、昇圧コンバータ３とインバータ４を含むデバイスである。昇圧コンバータ３は、システムメインリレー９２を介して高出力のバッテリ９１と接続している。昇圧コンバータ３は、バッテリ９１の出力電圧をモータ駆動に適した電圧まで昇圧する。バッテリ９１の出力電圧は例えば３００ボルトであり、昇圧コンバータ３の出力は例えば６００ボルトである。昇圧コンバータ３の出力端は平滑化コンデンサ９を介してインバータ４と接続されている。平滑化コンデンサ９は、インバータ４の入力電流を平滑化するために備えられている。インバータ４は、入力された直流電力を所定の周波数の３相交流に変換してモータ９４へ出力する。 The power conversion device 2 is a device including a boost converter 3 and an inverter 4. Boost converter 3 is connected to high-power battery 91 via system main relay 92. Boost converter 3 boosts the output voltage of battery 91 to a voltage suitable for driving the motor. The output voltage of the battery 91 is, for example, 300 volts, and the output of the boost converter 3 is, for example, 600 volts. The output terminal of boost converter 3 is connected to inverter 4 via smoothing capacitor 9. The smoothing capacitor 9 is provided to smooth the input current of the inverter 4. The inverter 4 converts the input DC power into a three-phase AC having a predetermined frequency and outputs it to the motor 94.

車輪を駆動するためのモータ９４の定格出力は数十キロワットである。モータ９４の定格出力を６０キロワット、バッテリ９１の出力を３００ボルト、インバータ４の入力電圧を６００ボルトすると、昇圧コンバータ３には最大２００アンペアの電流が流れ、インバータ４には最大１００アンペアの電流が流れる。昇圧コンバータ３もインバータ４も複数のスイッチング素子（後述）を備えるが、それらのスイッチング素子には大きな電流が流れることになる。 The rated output of the motor 94 for driving the wheels is several tens of kilowatts. When the rated output of the motor 94 is 60 kW, the output of the battery 91 is 300 volts, and the input voltage of the inverter 4 is 600 volts, a current of up to 200 amperes flows through the boost converter 3 and a current of up to 100 amperes flows through the inverter 4. Flowing. Both boost converter 3 and inverter 4 include a plurality of switching elements (described later), and a large current flows through these switching elements.

昇圧コンバータ３もインバータ４も、複数のスイッチング素子を備えている。昇圧コンバータ３は、フィルタコンデンサ８１とリアクトル８２と４個のスイッチング素子（高電圧側スイッチング素子６ａ、６ｂと、低電圧側スイッチング素子７ａ、７ｂ）、及び４個のダイオード８で構成されている。スイッチング素子は典型的にはＩＧＢＴである。並列に接続されている高電圧側のスイッチング素子６ａ、６ｂは、理論的には一つのスイッチング素子で代替できるが、一つのスイッチング素子に流れる電流を小さくするために複数のスイッチング素子を並列接続して使っている。低電圧側スイッチング素子７ａ、７ｂも同様である。一般に昇圧コンバータ（昇降圧コンバータ）は、一つの高電圧側のスイッチング素子と一つの低電圧側のスイッチング素子の直列接続で構成することができるが、昇圧コンバータ３は、高電圧側スイッチング素子と低電圧側スイッチング素子の直列接続のセットを２セット並列に用いる。高電圧側のスイッチング素子６ａ、６ｂは理論的には一つのスイッチング素子として動作するものであり、それらには同じ位相の駆動指令が与えられ、同じタイミングで動作する。低電圧側のスイッチング素子７ａ、７ｂも同様である。並列の高電圧側スイッチング素子６ａ、６ｂには、コントローラ９３から同じ駆動信号（ＰＷＭ信号）が供給される。同様に、並列の低電圧側スイッチング素子７ａ、７ｂにもコントローラ９３から同じ駆動信号（ＰＷＭ信号）が供給される。 Both boost converter 3 and inverter 4 include a plurality of switching elements. The step-up converter 3 includes a filter capacitor 81, a reactor 82, four switching elements (high voltage side switching elements 6a and 6b and low voltage side switching elements 7a and 7b), and four diodes 8. The switching element is typically an IGBT. The switching elements 6a and 6b on the high voltage side connected in parallel can theoretically be replaced with one switching element, but a plurality of switching elements are connected in parallel in order to reduce the current flowing through one switching element. I use it. The same applies to the low-voltage side switching elements 7a and 7b. In general, a boost converter (buck-boost converter) can be configured by connecting one high-voltage side switching element and one low-voltage side switching element in series, but the boost converter 3 has a low-voltage side switching element and a low-voltage side switching element. Two sets of voltage-side switching elements connected in series are used in parallel. The switching elements 6a and 6b on the high voltage side theoretically operate as one switching element, and are given drive commands having the same phase and operate at the same timing. The same applies to the switching elements 7a and 7b on the low voltage side. The same drive signal (PWM signal) is supplied from the controller 93 to the parallel high voltage side switching elements 6a and 6b. Similarly, the same drive signal (PWM signal) is supplied from the controller 93 to the parallel low voltage side switching elements 7a and 7b.

前述したように、昇圧コンバータ３には最大２００アンペアの電流が流れるが、２個のスイッチング素子の並列接続を用いることで、一つのスイッチング素子に流れる電流を最大１００アンペアに抑えている。昇圧コンバータ３の物理的な構造として、直列に接続される一つの高電圧側のスイッチング素子と一つの低電圧側スイッチング素子が、還流ダイオードとともに一つのモールドにパッケージ化される。以下では、スイッチング素子の直列接続と還流ダイオードのパッケージを半導体モジュールと称する。図１において、高電圧側スイッチング素子６ａと低電圧側スイッチング素子７ａとそれらの還流ダイオード８が半導体モジュール５ａに収められ、高電圧側スイッチング素子６ｂと低電圧側スイッチング素子７ｂとそれらの還流ダイオード８が半導体モジュール５ｂに収められる。 As described above, a maximum current of 200 amperes flows through the boost converter 3, but by using a parallel connection of two switching elements, the current flowing through one switching element is suppressed to a maximum of 100 amperes. As a physical structure of boost converter 3, one switching element on the high voltage side and one switching element on the low voltage side connected in series are packaged together with a free wheel diode in one mold. Hereinafter, a series connection of switching elements and a package of freewheeling diodes are referred to as a semiconductor module. In FIG. 1, a high voltage side switching element 6a, a low voltage side switching element 7a and their freewheeling diodes 8 are housed in a semiconductor module 5a, and a high voltage side switching element 6b, a low voltage side switching element 7b and their freewheeling diodes 8 are included. Is housed in the semiconductor module 5b.

インバータ４の回路構成は、よく知られているように、高電圧側スイッチング素子と低電圧側スイッチング素子の直列接続が３セット並列に接続した構成を有している。なお、各スイッチング素子には還流ダイオード８が並列に接続している。インバータ４でも、物理的な構成として、直列に接続される一つの高電圧側のスイッチング素子と一つの低電圧側スイッチング素子が、還流ダイオードとともに一つのモールドにパッケージ化される。インバータ４においても一つのパッケージを半導体モジュールと称する。高電圧側スイッチング素子６ｃと低電圧側スイッチング素子７ｃとそれらの還流ダイオード８が半導体モジュール５ｃに収められ、高電圧側スイッチング素子６ｄと低電圧側スイッチング素子７ｄとそれらの還流ダイオード８が半導体モジュール５ｄに収められ、高電圧側スイッチング素子６ｅと低電圧側スイッチング素子７ｅとそれらの還流ダイオード８が半導体モジュール５ｅに収められる。半導体モジュール５ｃ、５ｄ、及び、５ｅの出力がそれぞれ３相交流のＵ相、Ｖ相、及び、Ｗ相に対応する。 As is well known, the circuit configuration of the inverter 4 has a configuration in which three sets of high voltage side switching elements and low voltage side switching elements are connected in parallel. Each switching element is connected with a freewheeling diode 8 in parallel. Also in the inverter 4, as a physical configuration, one switching element on the high voltage side and one switching element on the low voltage side connected in series are packaged together with the free wheel diode in one mold. In the inverter 4 as well, one package is referred to as a semiconductor module. The high voltage side switching element 6c, the low voltage side switching element 7c and their freewheeling diodes 8 are housed in the semiconductor module 5c, and the high voltage side switching element 6d, the low voltage side switching element 7d and their freewheeling diodes 8 are composed of the semiconductor module 5d. The high voltage side switching element 6e, the low voltage side switching element 7e, and their free-wheeling diodes 8 are housed in the semiconductor module 5e. The outputs of the semiconductor modules 5c, 5d, and 5e correspond to the 3-phase AC U-phase, V-phase, and W-phase, respectively.

図１から明らかなとおり、高電圧側スイッチング素子と低電圧側スイッチング素子のセットはいずれもコンデンサ９（平滑化コンデンサ）と並列に接続している。ハードウエア構成として、５個の半導体モジュール５ａ−５ｅとコンデンサ９は一つのユニットを構成する。以下、そのユニットをパワーアセンブリ１０と称する。 As is apparent from FIG. 1, the set of the high voltage side switching element and the low voltage side switching element are both connected in parallel with the capacitor 9 (smoothing capacitor). As a hardware configuration, the five semiconductor modules 5a-5e and the capacitor 9 constitute one unit. Hereinafter, the unit is referred to as a power assembly 10.

図２に、パワーアセンブリ１０の斜視図を示す。半導体モジュール５ａ−５ｅは、平板型であり、平板型の冷却プレート９５と交互に積層される。なお、図２では一つの冷却プレートにのみ符号９５を付し、他の冷却プレートには符号を省略していることに留意されたい。隣接する冷却プレート９５は短いパイプで接続される。端の冷却プレートには冷媒の供給管と排出管が接続され、外部から冷媒が供給される。冷却プレートの内部は冷媒の通路となっており、冷媒は短いパイプを通じて全ての冷却プレートに行き亘る。半導体モジュール５ａ−５ｅの各々は冷却プレートに挟まれ、両側から冷却される。半導体モジュール５ａ−５ｅに収められたスイッチング素子と還流ダイオードは発熱量が大きいため、冷却プレート９５によって集中的に冷却される。平板型の半導体モジュール５ａ−５ｅと平板型の冷却プレート９５の積層体を半導体積層ユニット１９と称する。また、半導体モジュール５ａ−５ｅの任意の一つを示すときには「半導体モジュール５」と称する。 FIG. 2 shows a perspective view of the power assembly 10. The semiconductor modules 5 a-5 e are flat plate types, and are stacked alternately with flat plate cooling plates 95. Note that in FIG. 2, only one cooling plate is denoted by reference numeral 95, and the other cooling plates are omitted. Adjacent cooling plates 95 are connected by a short pipe. A refrigerant supply pipe and a discharge pipe are connected to the end cooling plate, and the refrigerant is supplied from the outside. The inside of the cooling plate is a passage for the refrigerant, and the refrigerant reaches all the cooling plates through a short pipe. Each of the semiconductor modules 5a-5e is sandwiched between cooling plates and cooled from both sides. Since the switching elements and the free wheel diodes housed in the semiconductor modules 5a-5e generate a large amount of heat, they are intensively cooled by the cooling plate 95. A laminated body of the flat plate type semiconductor modules 5 a to 5 e and the flat plate type cooling plate 95 is referred to as a semiconductor laminated unit 19. Further, when any one of the semiconductor modules 5a-5e is shown, it is referred to as “semiconductor module 5”.

全ての半導体モジュール５ａ−５ｅはコンデンサ９と並列に接続される。半導体モジュール５とコンデンサ９は、平板のバスバ２１、３１、４１、及び、５１で接続される。半導体モジュール５ａ−５ｅ、コンデンサ９、及び、バスバ２１−５１がパワーアセンブリ１０を構成する。図３にパワーアセンブリ１０の分解斜視図を示し、図４Ａにパワーアセンブリ１０の平面図を示し、図４Ｂにパワーアセンブリ１０の正面図を示す。図４Ｂでは、一番手前の冷却プレートの図示を省略するとともに、半導体モジュール５ａの内部の回路も示している。また、図の座標系においてＺ軸は鉛直上方に相当する。 All the semiconductor modules 5a-5e are connected in parallel with the capacitor 9. The semiconductor module 5 and the capacitor 9 are connected by flat bus bars 21, 31, 41, and 51. The semiconductor module 5 a-5 e, the capacitor 9, and the bus bar 21-51 constitute the power assembly 10. 3 is an exploded perspective view of the power assembly 10, FIG. 4A is a plan view of the power assembly 10, and FIG. 4B is a front view of the power assembly 10. In FIG. 4B, the illustration of the foremost cooling plate is omitted, and the circuit inside the semiconductor module 5a is also shown. Also, in the coordinate system of the figure, the Z axis corresponds to vertically upward.

半導体モジュール５の上部からは３本の平板型の端子１２ａ、１２ｂ、及び、１２ｃが延びている。なお、図では、一つの半導体モジュールにのみ、端子を示す符号１２ａ、１２ｂ、及び、１２ｃを付し、他の半導体モジュールには符号の図示を省略していることに留意されたい。図４Ｂから理解されるように、半導体モジュール５ａの端子１２ａは高電圧側スイッチング素子６ａのコレクタ（ソース）に接続しており、端子１２ｂは低電圧側のスイッチング素子７ａのエミッタ（ドレイン）に接続している。即ち、端子１２ａと１２ｂは夫々、２個のスイッチング素子の直列接続で構成される回路の高電圧側と低電圧側の端子に相当する。端子１２ｃは、直列接続された２個のスイッチング素子の中間接続点に接続している。また、半導体モジュール５の下側からは制御端子８３ａ、８３ｂが延びている。制御端子８３ａは高電圧側スイッチング素子６ａのゲートに接続しており、制御端子８３ｂは低電圧側のスイッチング素子７ａのゲートに接続している。制御端子８３ａ、８３ｂは、コントローラ９３（図１参照）から延びるケーブルと接続しており、制御端子８３ａ、８３ｂを介してスイッチング素子の駆動信号（ＰＷＭ信号）がコントローラ９３から供給される。 Three flat terminals 12a, 12b, and 12c extend from the top of the semiconductor module 5. In the figure, it should be noted that reference numerals 12a, 12b, and 12c indicating terminals are attached to only one semiconductor module, and the reference numerals are omitted for the other semiconductor modules. As understood from FIG. 4B, the terminal 12a of the semiconductor module 5a is connected to the collector (source) of the high voltage side switching element 6a, and the terminal 12b is connected to the emitter (drain) of the switching element 7a on the low voltage side. doing. That is, the terminals 12a and 12b correspond to a high voltage side terminal and a low voltage side terminal of a circuit formed by connecting two switching elements in series, respectively. The terminal 12c is connected to an intermediate connection point between two switching elements connected in series. Control terminals 83 a and 83 b extend from the lower side of the semiconductor module 5. The control terminal 83a is connected to the gate of the high voltage side switching element 6a, and the control terminal 83b is connected to the gate of the low voltage side switching element 7a. The control terminals 83a and 83b are connected to a cable extending from the controller 93 (see FIG. 1), and a switching element drive signal (PWM signal) is supplied from the controller 93 via the control terminals 83a and 83b.

全ての半導体モジュール５ａ−５ｅがコンデンサ９と並列に接続されるが、半導体モジュール５ａと５ｂがバスバ２１と３１によってコンデンサ９と接続され、半導体モジュール５ｃ−５ｅがバスバ４１と５１によってコンデンサ９と接続される。 All the semiconductor modules 5a-5e are connected in parallel with the capacitor 9, but the semiconductor modules 5a and 5b are connected to the capacitor 9 by the bus bars 21 and 31, and the semiconductor module 5c-5e is connected to the capacitor 9 by the bus bars 41 and 51. Is done.

前述したように、半導体モジュール５ａと５ｂに内蔵されるスイッチング素子６ａと６ｂは同相で駆動されるスイッチング素子である。同様に、半導体モジュール５ａと５ｂに内蔵されるスイッチング素子７ａと７ｂも同相で駆動されるスイッチング素子である。図４Ｂからよく理解されるように、バスバ２１はスイッチング素子６ａと６ｂのコレクタ電極（ソース電極）をコンデンサ９と並列に接続し、バスバ３１はスイッチング素子７ａと７ｂのエミッタ電極（ドレイン）をコンデンサ９と並列に接続する。 As described above, the switching elements 6a and 6b built in the semiconductor modules 5a and 5b are switching elements driven in the same phase. Similarly, the switching elements 7a and 7b incorporated in the semiconductor modules 5a and 5b are also switching elements that are driven in the same phase. 4B, the bus bar 21 connects the collector electrodes (source electrodes) of the switching elements 6a and 6b in parallel with the capacitor 9, and the bus bar 31 connects the emitter electrodes (drains) of the switching elements 7a and 7b to the capacitor. 9 is connected in parallel.

バスバ２１と３１について説明する。以下の説明については特に図３を参照されたい。バスバ２１は、ベースプレート２２と、ベースプレート２２のスイッチング素子側の縁からそれぞれのスイッチング素子（スイッチング素子を収めた半導体モジュール）に向けて伸びている腕部２４ａ、２４ｂと、ベースプレート２２のコンデンサ側の縁からコンデンサ９に向けて伸びているリム２５で構成されている。腕部２４ａ、２４ｂの先端がそれぞれスイッチング素子６ａと６ｂ（半導体モジュール５ａと５ｂの端子１２ａ）に接続しており、リム２５がコンデンサ９の一方の電極９ａに接続している。ベースプレート２２は、２つの腕部２４ａ、２４ｂの根元の間からコンデンサ９に向かって延びるスリット２３を有している。コンデンサ９から供給される電流は、ベースプレート２２のスリット手前まで共通に流れ、スリット２３によって夫々のスイッチング素子に向けて分けられ、さらに腕部２４ａ、２４ｂを通じてそれぞれのスイッチング素子に流れる。 The bus bars 21 and 31 will be described. See especially FIG. 3 for the following description. The bus bar 21 includes a base plate 22, arm portions 24 a and 24 b extending from an edge of the base plate 22 on the switching element side toward the respective switching elements (semiconductor modules containing the switching elements), and an edge on the capacitor side of the base plate 22. The rim 25 extends from the capacitor toward the capacitor 9. The tips of the arm portions 24 a and 24 b are connected to the switching elements 6 a and 6 b (terminals 12 a of the semiconductor modules 5 a and 5 b), respectively, and the rim 25 is connected to one electrode 9 a of the capacitor 9. The base plate 22 has a slit 23 extending toward the capacitor 9 from between the roots of the two arm portions 24a and 24b. The current supplied from the capacitor 9 flows in common up to the slit of the base plate 22, is divided toward each switching element by the slit 23, and further flows to each switching element through the arm portions 24a and 24b.

スリット２３の両側の部分と腕部２４ａ、２４ｂの相違を説明する。腕部２４ａ、２４ｂは、平行に並んでいる半導体モジュール５ａ、５ｂの夫々の端子１２ａと接続すべく、ベースプレート２２から分かれた部分である。これに対してスリット２３は、もともと１枚の板であったベースプレート２２に設けられたものである。図４Ａによく示されているように、腕部２４ａ、２４ｂの幅は、スリット２３の両側におけるベースプレートの幅よりも短い。 The difference between the portions on both sides of the slit 23 and the arm portions 24a and 24b will be described. The arm portions 24a and 24b are portions separated from the base plate 22 so as to be connected to the respective terminals 12a of the semiconductor modules 5a and 5b arranged in parallel. On the other hand, the slit 23 is provided in the base plate 22 which was originally a single plate. As well shown in FIG. 4A, the width of the arm portions 24 a and 24 b is shorter than the width of the base plate on both sides of the slit 23.

図４Ｂによく示されているように、バスバの一部は、コンデンサ９に沿って配索されている。本実施例の場合、特に、バスバ３１は、コンデンサ９に沿って、コンデンサ９の点面まで配索される。 4B, a part of the bus bar is routed along the capacitor 9. In the case of the present embodiment, in particular, the bus bar 31 is routed along the capacitor 9 to the dotted surface of the capacitor 9.

バスバ３１も基本的にバスバ２１と同じ構造を有する。バスバ３１は、ベースプレート３２と、２本の腕部３４ａ、３４ｂと、リム３５を有している。２本の腕部３４ａと３４ｂはその先端が夫々スイッチング素子７ａと７ｂ（スイッチング素子を収めた半導体モジュール５ａ、５ｂ）に接続する。リム３５はコンデンサ９の他方の電極９ｂに接続する。ベースプレート３２のスイッチング素子側の縁において、２本の腕部３４ａ、３４ｂの付け根の間からコンデンサ９に向けてスリット３３が設けられている。スリット３３は、スイッチング素子７ａ、７ｂから流れる電流を分ける。スイッチング素子７ａ、７ｂから流れた電流は、スリットの両側を夫々通過し、スリット３３の先（コンデンサ９の側）で合流する。 The bus bar 31 also basically has the same structure as the bus bar 21. The bus bar 31 includes a base plate 32, two arm portions 34a and 34b, and a rim 35. The ends of the two arm portions 34a and 34b are connected to switching elements 7a and 7b (semiconductor modules 5a and 5b containing the switching elements), respectively. The rim 35 is connected to the other electrode 9 b of the capacitor 9. At the edge of the base plate 32 on the side of the switching element, a slit 33 is provided from the base of the two arm portions 34 a and 34 b toward the capacitor 9. The slit 33 divides the current flowing from the switching elements 7a and 7b. The currents flowing from the switching elements 7a and 7b pass through both sides of the slit and merge at the tip of the slit 33 (capacitor 9 side).

バスバ２１（３１）のスリット２３（３３）は、コンデンサ９から流れる電流の経路を分ける。即ち、スリット２２（３２）の両側で電流経路が分割される。バスバ２１（３１）はインダクタンスを有するが、局所的にみると、スリットの左右で独立してインダクタンスを有する。また、２本の腕部２４ａ、２４ｂもそれぞれがインダクタンスを有する。インダクタンスを有するバスバ２１の等価回路を図５に示し、バスバ２１の形状に等価回路を重ねたものを図６に示す。等価回路は二点鎖線で表してある。また、図６では冷却プレート９５の図示は省略している。バスバ２１のインダクタンスは、２個のスイッチング素子のそれぞれに向かう電流が共通に流れる部分のインダクタンスＬｃと、スリットの両側で夫々のスイッチング素子に向けて電流が流れる部分のインダクタンスＬｓａ、Ｌｓｂ、及び、腕部２４ａ、２４ｂがそれぞれ有するインダクタンスＬａａ、Ｌａｂに分けて考えることができる。 The slit 23 (33) of the bus bar 21 (31) divides the path of the current flowing from the capacitor 9. That is, the current path is divided on both sides of the slit 22 (32). The bus bar 21 (31) has inductance, but when viewed locally, the bus bar 21 (31) has inductance independently on the left and right of the slit. Each of the two arm portions 24a and 24b also has an inductance. FIG. 5 shows an equivalent circuit of the bus bar 21 having inductance, and FIG. 6 shows an equivalent circuit superimposed on the shape of the bus bar 21. The equivalent circuit is represented by a two-dot chain line. In FIG. 6, the cooling plate 95 is not shown. The inductance of the bus bar 21 includes an inductance Lc at a portion where a current flowing toward each of the two switching elements flows in common, and an inductance Lsa, Lsb at a portion where a current flows toward each switching element on both sides of the slit, and an arm The portions 24a and 24b can be considered separately as inductances Laa and Lab.

一般に、サージ電圧ｄＶは、次の（１）式で表せる。 Generally, the surge voltage dV can be expressed by the following equation (1).

ここで、Ｌはインダクタンスを表し、dI／dtは電流変化率を表す。コンデンサ９からスイッチング素子６ａまでの間のバスバ２１によるインダクタンスはＬｃ、Ｌｓａ、Ｌａａであり、スイッチング素子６ｂまでのインダクタンスはＬｃ、Ｌｓａ、Ｌａｂであるから、コンデンサ９とスイッチング素子６ａの間のサージ電圧ｄＶａと、コンデンサ９とスイッチング素子６ｂの間のサージ電圧ｄＶｂは次の（２）式で表すことができる。 Here, L represents inductance, and dI / dt represents current change rate. Since the inductance by the bus bar 21 between the capacitor 9 and the switching element 6a is Lc, Lsa, and Laa, and the inductance to the switching element 6b is Lc, Lsa, and Lab, the surge voltage between the capacitor 9 and the switching element 6a dVa and the surge voltage dVb between the capacitor 9 and the switching element 6b can be expressed by the following equation (2).

（２）式において、Ｉｃは共通部分のインダクタンスＬｃを流れる電流を示しており、ｄＩｃ／ｄｔは、電流Ｉｃの変化率を示している。同様に、Ｉａは腕部２４ａを流れる電流を示しており、ｄＩａ／ｄｔは電流Ｉａの変化率を示している。また、Ｉｂは腕部２４ｂを流れる電流を示しており、ｄＩｂ／ｄｔは電流Ｉｂの変化率を示している。なお、Ｉｃ＝Ｉａ＋Ｉｂである。スイッチング素子６ａと６ｂに流れる電流が等しいとすると、夫々に流れる電流Ｉａ、Ｉｂは、共通部分を流れる電流の半分である。スリット２３の両側のインダクタンスＬｓａ、Ｌｓｂは、スリット２３がない場合の対応領域のインダクタンスの２倍には達しないから、夫々のスイッチング素子に加わるサージ電圧ｄＶａ、ｄＶｂは、スリット２３がない場合のサージ電圧よりも小さくなる。 In the equation (2), Ic indicates the current flowing through the common portion inductance Lc, and dIc / dt indicates the rate of change of the current Ic. Similarly, Ia indicates the current flowing through the arm 24a, and dIa / dt indicates the rate of change of the current Ia. Ib indicates the current flowing through the arm 24b, and dIb / dt indicates the rate of change of the current Ib. Note that Ic = Ia + Ib. If the currents flowing through the switching elements 6a and 6b are equal, the currents Ia and Ib flowing through the switching elements 6a and 6b are half of the current flowing through the common part. Since the inductances Lsa and Lsb on both sides of the slit 23 do not reach twice the inductance of the corresponding region without the slit 23, the surge voltages dVa and dVb applied to the respective switching elements are the surges without the slit 23. It becomes smaller than the voltage.

第１実施例の電力変換装置２の利点と留意点を述べる。電力変換装置２は、コンデンサ９と、コンデンサ９に並列接続される２個のスイッチング素子６ａ、６ｂと、バスバ２１を備える。２個のスイッチング素子６ａ、６ｂは、同相（同じ駆動信号）で駆動される。バスバ２１は夫々のスイッチング素子６ａ、６ｂとの接続点の間（腕部２４ａと２５ｂの間のベースプレート２２の縁）からコンデンサ９に向かって延びるスリット２３を有する。スリット２３が夫々のスイッチング素子６ａ、６ｂに流れる電流経路を分けるので、サージ電圧が抑制できる。 Advantages and points to be noted of the power conversion device 2 of the first embodiment will be described. The power conversion device 2 includes a capacitor 9, two switching elements 6 a and 6 b connected in parallel to the capacitor 9, and a bus bar 21. The two switching elements 6a and 6b are driven in the same phase (the same drive signal). The bus bar 21 has a slit 23 extending toward the capacitor 9 from a connection point between the switching elements 6a and 6b (an edge of the base plate 22 between the arm portions 24a and 25b). Since the slit 23 divides the current path flowing through each of the switching elements 6a and 6b, the surge voltage can be suppressed.

２個のスイッチング素子６ａ、６ｂはそれぞれ半導体モジュール５ａ、５ｂに収められており、半導体モジュール５ａ、５ｂからはスイッチング素子６ａ、６ｂに繋がる端子１２ａが延びている。それゆえ、上記したバスバの構造は次のように表すこともできる。電力変換装置２は、同相で駆動されるスイッチング素子６ａ、６ｂの夫々を収めた半導体モジュール５ａ、５ｂと、コンデンサ９と、バスバ２１を備える。バスバ２１は、コンデンサ９と夫々の半導体モジュール５ａ、５ｂを並列に接続する。バスバ２１は夫々の半導体モジュール５ａ、５ｂの端子１２ａとの接続点の間（腕部２４ａと２５ｂの間のベースプレート２２の縁）からコンデンサ９に向かって延びるスリット２３を有する。スリット２３が夫々の半導体モジュール５ａ、５ｂに流れる電流経路を分けるので、サージ電圧が抑制できる。 The two switching elements 6a and 6b are accommodated in the semiconductor modules 5a and 5b, respectively, and terminals 12a connected to the switching elements 6a and 6b extend from the semiconductor modules 5a and 5b. Therefore, the structure of the bus bar described above can also be expressed as follows. The power conversion device 2 includes semiconductor modules 5 a and 5 b that house switching elements 6 a and 6 b driven in the same phase, a capacitor 9, and a bus bar 21. The bus bar 21 connects the capacitor 9 and each of the semiconductor modules 5a and 5b in parallel. The bus bar 21 has a slit 23 extending toward the capacitor 9 from a connection point with the terminal 12a of each of the semiconductor modules 5a and 5b (an edge of the base plate 22 between the arm portions 24a and 25b). Since the slit 23 divides the current path flowing through each of the semiconductor modules 5a and 5b, the surge voltage can be suppressed.

スイッチング素子６ａと６ｂの電流が共通に流れる電流経路のインダクタンスが小さい方が好ましいので、電流が共通に流れる部分のインダクタンスＬｃが、電流が別々に流れる部分のインダクタンス（Ｌｓａ＋Ｌａａ、あるいは、Ｌｓｂ＋Ｌａｂ）よりも小さいことが好ましい。また、同じ理由で、電流が共通に流れる部分の長さが、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分の長さよりも短いことが好ましい。図６は、バスバ２１の各部の長さも示してある。リム２５を含むベースプレート２２の長さをＷｂａｓｅで表し、スリット２３の長さをＷｓで表し、腕部２４ａ、２４ｂの長さをＷａで表す、ベースプレート２２の長さＷｂａｓｅのうち、電流が共通に流れる部分の長さはＷｃである。電流が共通に流れる部分の長さＷｃが別々に流れる部分の長さＷｓ＋Ｗａよりも短いことが好ましい。 Since it is preferable that the inductance of the current path through which the currents of the switching elements 6a and 6b flow in common is smaller, the inductance Lc of the portion where the current flows in common is more than the inductance of the portion where the current flows separately (Lsa + Laa or Lsb + Lab). Small is preferable. For the same reason, it is preferable that the length of the portion where the current flows in common is shorter than the length of the portion where the current flows separately for each switching element. FIG. 6 also shows the length of each part of the bus bar 21. The length of the base plate 22 including the rim 25 is represented by Wbase, the length of the slit 23 is represented by Ws, and the length of the arm portions 24a, 24b is represented by Wa. The length of the flowing part is Wc. It is preferable that the length Wc of the portion where the current flows in common is shorter than the length Ws + Wa of the portion where the current flows separately.

さらに、スイッチング素子６ａと６ｂは並列であり同相で駆動されるので電流が等しく流れることが好ましい。そのためには、夫々のスイッチング素子６ａ、６ｂに対応する電流経路のインダクタンスＬｓａ＋Ｌａａ、及び、Ｌｓｂ＋Ｌａｂが等しいことが好ましい。本明細書が開示する技術は、同相で駆動される２個のスイッチング素子をコンデンサに並列に接続するバスバに限られず、同相で駆動される３個以上のスイッチング素子をコンデンサンに並列に接続するバスバに対しても有効である。 Furthermore, since the switching elements 6a and 6b are parallel and driven in the same phase, it is preferable that the currents flow equally. For this purpose, it is preferable that the inductances Lsa + Laa and Lsb + Lab of the current paths corresponding to the switching elements 6a and 6b are equal. The technology disclosed in this specification is not limited to a bus bar in which two switching elements driven in the same phase are connected in parallel to a capacitor, but three or more switching elements driven in the same phase are connected in parallel to a capacitor. It is also effective for bus bars.

バスバ２１に関する上記の説明は、スリット３３を有し、同相で駆動されるスイッチング素子７ａと７ｂをコンデンサ９に対して並列に接続するバスバ３１についても成立する。なお、インバータ４の半導体モジュール５ｃ−５ｅをコンデンサ９と並列に接続するバスバ４１、５１は、異なる相で駆動されるスイッチング素子６ｃ−６ｅ、７ｃ−７ｅをコンデンサ９に接続する。従ってバスバ４１、５１は、バスバ２１、３１とは事情が異なる。 The above description regarding the bus bar 21 also holds true for the bus bar 31 having the slit 33 and connecting the switching elements 7 a and 7 b driven in the same phase in parallel to the capacitor 9. The bus bars 41 and 51 that connect the semiconductor module 5c-5e of the inverter 4 in parallel with the capacitor 9 connect the switching elements 6c-6e and 7c-7e that are driven in different phases to the capacitor 9. Therefore, the bus bars 41 and 51 are different from the bus bars 21 and 31 in circumstances.

（第２実施例）続いて、図７と図８を参照して第２実施例の電力変換装置を説明する。第２実施例の電力変換装置２ａの部分的なブロック図を図７に示す。図７は、電力変換装置２ａのインバータ４ａを示しており、昇圧コンバータの図示は省略している。インバータ４ａはＵ相の出力を生成するスイッチング回路７１と、Ｖ相の出力を生成するスイッチング回路７２と、Ｗ相の出力を生成するスイッチング回路７３を含む。それぞれのスイッチング回路は、理論的には２個のスイッチング素子の直列接続で構成することができるが、インバータ４ａでは、２個のスイッチング回路の直列接続を３セット並列につないで一つのスイッチング回路を構成する。スイッチング回路７１では、同相で駆動されるスイッチング素子６ｊ、６ｋ、６ｍと、同じく同相で駆動されるスイッチング素子７ｊ、７ｋ、７ｍがそれぞれ直列に接続している。高電圧側のスイッチング素子６ｊと低電圧側のスイッチング素子７ｊが一つの半導体モジュール５ｊに収められ、高電圧側のスイッチング素子６ｋと低電圧側のスイッチング素子７ｋが一つの半導体モジュール５ｋに収められ、高電圧側のスイッチング素子６ｍと低電圧側のスイッチング素子７ｍが一つの半導体モジュール５ｍに収められる。 (Second Embodiment) Next, a power conversion apparatus according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. A partial block diagram of the power conversion device 2a of the second embodiment is shown in FIG. FIG. 7 shows the inverter 4a of the power converter 2a, and the boost converter is not shown. The inverter 4a includes a switching circuit 71 that generates a U-phase output, a switching circuit 72 that generates a V-phase output, and a switching circuit 73 that generates a W-phase output. Each switching circuit can theoretically be composed of two switching elements connected in series, but in the inverter 4a, three sets of two switching circuits are connected in parallel to form one switching circuit. Configure. In the switching circuit 71, switching elements 6j, 6k, 6m driven in the same phase and switching elements 7j, 7k, 7m driven in the same phase are connected in series. The switching element 6j on the high voltage side and the switching element 7j on the low voltage side are housed in one semiconductor module 5j, the switching element 6k on the high voltage side and the switching element 7k on the low voltage side are housed in one semiconductor module 5k, The switching element 6m on the high voltage side and the switching element 7m on the low voltage side are accommodated in one semiconductor module 5m.

図８は、コンデンサ９と半導体モジュール５ｊ、５ｋ、５ｍとそれらの接続するバスバ１２１、１２２で構成されるパワーアセンブリ１０ａの部分平面図である。バスバ１２１は、コンデンサ９と、３個のスイッチング素子６ｊ、６ｋ、６ｍ（半導体モジュール５ｊ、５ｋ、５ｍ）のそれぞれを並列に接続する。第１実施例におけるバスバ２１は、同相で駆動される２個のスイッチング素子を並列に接続するバスバであったが、第２実施例におけるバスバ１２１は、同相で駆動される３個のスイッチング素子を並列に接続する。バスバ１２１は、ベースプレート１２２と、ベースプレート１２２の縁から夫々のスイッチング素子６ｊ、６ｋ、６ｍ（半導体モジュール５ｊ、５ｋ、５ｍ）に向けて延びる腕部１２４ａ、１２４ｂ、及び１２４ｃを有する。ベースプレート１２２には、腕部の付け根の間からコンデンサに向けて延びるスリット１２３ａ、１２３ｂが設けられている。スリット１２３ａ、１２３ｂによって、同相で駆動されるスイッチング素子６ｊ、６ｋ、６ｍには、バスバの途中から別々に電流が流れる。このバスバ１２１も第１実施例のバスバ２１と同様の効果を奏する。 FIG. 8 is a partial plan view of the power assembly 10a including the capacitor 9, the semiconductor modules 5j, 5k, and 5m and the bus bars 121 and 122 that connect them. The bus bar 121 connects the capacitor 9 and each of the three switching elements 6j, 6k, 6m (semiconductor modules 5j, 5k, 5m) in parallel. The bus bar 21 in the first embodiment is a bus bar that connects two switching elements driven in the same phase in parallel. The bus bar 121 in the second embodiment includes three switching elements driven in the same phase. Connect in parallel. The bus bar 121 includes a base plate 122 and arms 124a, 124b, and 124c extending from the edge of the base plate 122 toward the switching elements 6j, 6k, and 6m (semiconductor modules 5j, 5k, and 5m). The base plate 122 is provided with slits 123a and 123b extending from between the bases of the arms toward the capacitor. Currents flow separately from the middle of the bus bar to the switching elements 6j, 6k, 6m driven in the same phase by the slits 123a, 123b. This bus bar 121 also has the same effect as the bus bar 21 of the first embodiment.

図９に、バスバの変形例を示す。バスバ２２１は、ベースプレート２２２から斜めに延びる腕部２２４ａと２２４ｂを有する。図示を省略しているが、腕部２２４ａと２２４ｂの先端には同相で駆動されるスイッチング素子が夫々接続される。バスバ２２１は、２本の腕部２２４ａと２２４ｂの付け根の間からコンデンサ９に向かって延びるスリット２２３を有している。図９に良く示されているように、スリット２２３はやや湾曲している。スリット２２３の形状は、２個のスイッチング素子の夫々に向けて別々に電流が流れる領域のインダクタンス（Ｌｓａ＋ＬａａとＬｓｂ＋Ｌａｂ）が等しくなるように決定される。スリット２２３よりもコンデンサ９に近い部分では電流は共通に流れる。その部分のインダクタンスをＬｃとすると、コンデンサ９から一方のスイッチング素子までの間のインダクタンス（Ｌｃ＋Ｌｓａ＋Ｌａａ）と、コンデンサ９から他方のスイッチング素子までのインダクタンス（Ｌｃ＋Ｌｓｂ＋Ｌａｂ）が等しくなる。バスバ２２１は、コンデンサ９と夫々のスイッチング素子との間のインダクタンスが等しく、それゆえ、一方の側でサージ電圧が大きくなることがない。 FIG. 9 shows a modification of the bus bar. The bus bar 221 includes arm portions 224 a and 224 b that extend obliquely from the base plate 222. Although not shown, switching elements driven in the same phase are connected to the tips of the arm portions 224a and 224b, respectively. The bus bar 221 has a slit 223 extending toward the capacitor 9 from between the roots of the two arm portions 224a and 224b. As well shown in FIG. 9, the slit 223 is slightly curved. The shape of the slit 223 is determined so that the inductances (Lsa + Laa and Lsb + Lab) in regions where current flows separately toward each of the two switching elements are equal. In the portion closer to the capacitor 9 than the slit 223, current flows in common. When the inductance of the portion is Lc, the inductance (Lc + Lsa + Laa) from the capacitor 9 to one switching element is equal to the inductance (Lc + Lsb + Lab) from the capacitor 9 to the other switching element. In the bus bar 221, the inductance between the capacitor 9 and each switching element is equal, so that the surge voltage does not increase on one side.

図１０に、さらに別のバスバの変形例を示す。図１０に示すバスバ３２１は、コンデンサとインバータのスイッチング素子を並列に接続するバスバである。このバスバ３２１は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のスイッチング回路が２個のスイッチング素子の並列接続で構成されるインバータに適用される。バスバ３２１は、べースプレート３２２と、６本の腕部３２４ａ−３２４ｆを有している。腕部３２４ａと３２４ｂは、Ｕ相の出力を生成する同相の２個のスイッチング素子の夫々と接続する。腕部３２４ｃと３２４ｄは、Ｖ相の出力を生成する同相の２個のスイッチング素子の夫々と接続する。腕部３２４ｅと３２４ｆは、Ｗ相の出力を生成する同相の２個のスイッチング素子の夫々と接続する。腕部３２４ａと３２４ｂの間にはスリット３２３ａが設けられ、腕部３２４ｃと３２４ｄの間にもスリット３２３ｂが設けられ、腕部３２４ｅと３２４ｆの間にもスリット３２３ｃが設けられる。相の異なるスイッチング素子と接続する腕部（例えば腕部３２４ｂと３２４ｃ）の間にはスリットは形成されない。また、スリット３２３ａは中央のスリット３２３ｂ寄りに設けられる。また、スリット３２３ｃも中央のスリット３２３ｂ寄りに設けられる。バスバ３２３では、スリットを偏って設けることによって、コンデンサから同相のスイッチング素子の夫々へ流れる電流の大きさを異ならしめている。例えば、腕部３２４ａと３２４ｂは同相のスイッチング素子の夫々と接続する。しかし、腕部３２４ａを流れる電流の大きさと、腕部３２４ｂを流れる電流の大きさは異なる。他方、腕部３２４ａを流れる電流には、腕部３２４ｃを流れる別相の電流の干渉が小さく、腕部３２４ｂを流れる電流には腕部３２４ｃを流れる別相の電流の干渉が大きい。スリット３２３ａの位置と形状は、別の相の電流からの干渉を考慮して、腕部３２４ａに発生するサージ電圧と腕部３２４ｂに発生するサージ電圧が等しくなるように定められる。同等に、スリット３２３ｃの位置と形状は、別の相の電流からの干渉を考慮して、腕部３２４ｅに発生するサージ電圧と腕部３２４ｆに発生するサージ電圧が等しくなるように定められる。 FIG. 10 shows still another modification of the bus bar. A bus bar 321 shown in FIG. 10 is a bus bar that connects a capacitor and a switching element of an inverter in parallel. This bus bar 321 is applied to an inverter in which a switching circuit of each phase of U, V, and W is configured by parallel connection of two switching elements. The bus bar 321 includes a base plate 322 and six arm portions 324a to 324f. The arm portions 324a and 324b are connected to each of the two in-phase switching elements that generate the U-phase output. The arm portions 324c and 324d are connected to each of the two in-phase switching elements that generate the V-phase output. The arm portions 324e and 324f are connected to each of the two in-phase switching elements that generate the W-phase output. A slit 323a is provided between the arm portions 324a and 324b, a slit 323b is also provided between the arm portions 324c and 324d, and a slit 323c is also provided between the arm portions 324e and 324f. No slit is formed between the arm portions (for example, the arm portions 324b and 324c) connected to the switching elements having different phases. The slit 323a is provided near the central slit 323b. The slit 323c is also provided near the central slit 323b. In the bus bar 323, the magnitudes of the currents flowing from the capacitors to the respective in-phase switching elements are made different by providing the slits in a biased manner. For example, the arm portions 324a and 324b are connected to the switching elements having the same phase. However, the magnitude of the current flowing through the arm portion 324a is different from the magnitude of the current flowing through the arm portion 324b. On the other hand, the current flowing through the arm portion 324a has a small amount of interference from another phase current flowing through the arm portion 324c, and the current flowing through the arm portion 324b has a large amount of interference from another phase current flowing through the arm portion 324c. The position and shape of the slit 323a are determined so that the surge voltage generated in the arm portion 324a and the surge voltage generated in the arm portion 324b are equal in consideration of interference from the current of another phase. Similarly, the position and shape of the slit 323c are determined so that the surge voltage generated in the arm portion 324e and the surge voltage generated in the arm portion 324f are equal in consideration of interference from the current of another phase.

図１１に、バスバの第３の変形例を示す。図１１に示すバスバ４２１は、２つの腕部の根元の間からコンデンサ９に向かって延びるスリット４２３を有している。バスバ４２１は、その一部がコンデンサ９に沿って延びており、次いで、半導体モジュールの端子１２ａへ向かって屈曲している。スリット４２３も、一部がコンデンサ９に沿っており、残りは半導体モジュールの端子１２ａに向かって延びている。別言すれば、スリット４２３は、バスバ４２１においてコンデンサ９と平行に延びている部分にまで続いている。バスバ全体の形状やスリットの形状に依存するが、スリットを長くすることによって、電流が共通に流れる部分のインダクタンスを、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分のインダクタンスよりも小さくすることができる場合がある。 FIG. 11 shows a third modification of the bus bar. The bus bar 421 shown in FIG. 11 has a slit 423 extending toward the capacitor 9 from between the roots of the two arm portions. A part of the bus bar 421 extends along the capacitor 9, and then bends toward the terminal 12a of the semiconductor module. A part of the slit 423 also extends along the capacitor 9, and the remaining part extends toward the terminal 12a of the semiconductor module. In other words, the slit 423 continues to a portion of the bus bar 421 that extends in parallel with the capacitor 9. Depending on the overall shape of the bus bar and the shape of the slit, by making the slit longer, the inductance of the part where the current flows in common is made smaller than the inductance of the part where the current flows separately for each switching element. May be possible.

本発明の代表的かつ非限定的な具体例について、図面を参照して詳細に説明した。この詳細な説明は、本発明の好ましい例を実施するための詳細を当業者に示すことを単純に意図しており、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。また、開示された追加的な特徴ならびに発明は、さらに改善された電力変換装置を提供するために、他の特徴や発明とは別に、又は共に用いることができる。 Representative and non-limiting specific examples of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. This detailed description is intended merely to present those skilled in the art with the details for practicing the preferred embodiments of the present invention and is not intended to limit the scope of the invention. Also, the disclosed additional features and inventions can be used separately from or in conjunction with other features and inventions to provide further improved power conversion devices.

また、上記の詳細な説明で開示された特徴や工程の組み合わせは、最も広い意味において本発明を実施する際に必須のものではなく、特に本発明の代表的な具体例を説明するためにのみ記載されるものである。さらに、上記の代表的な具体例の様々な特徴、ならびに、独立及び従属請求項に記載されるものの様々な特徴は、本発明の追加的かつ有用な実施形態を提供するにあたって、ここに記載される具体例のとおりに、あるいは列挙された順番のとおりに組合せなければならないものではない。 Further, the combinations of features and steps disclosed in the above detailed description are not indispensable when practicing the present invention in the broadest sense, and are only for explaining representative specific examples of the present invention. It is described. Moreover, various features of the representative embodiments described above, as well as various features of those set forth in the independent and dependent claims, are described herein in providing additional and useful embodiments of the invention. They do not have to be combined in the specific examples or in the order listed.

本明細書及び／又は請求の範囲に記載された全ての特徴は、実施例及び／又は請求の範囲に記載された特徴の構成とは別に、出願当初の開示ならびに請求の範囲に記載された特定事項に対する限定として、個別に、かつ互いに独立して開示されることを意図するものである。さらに、全ての数値範囲及びグループ又は集団に関する記載は、出願当初の開示ならびに請求の範囲に記載された特定事項に対する限定として、それらの中間の構成を開示する意図を持ってなされている。 All the features described in this specification and / or the claims are independent of the configuration of the features described in the examples and / or the claims. As a limitation to the matter, it is intended to be disclosed individually and independently of each other. Furthermore, all numerical ranges and descriptions regarding groups or groups are intended to disclose intermediate configurations as a limitation to the specific matters described in the original disclosure and claims.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。また、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するものであり、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。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but 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 the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

コンデンサと複数のスイッチング素子を接続する場合、スイッチング素子に近いバスバの部分は元々分岐している場合がある。例えば、スイッチング素子の端子が平行に並んでいる場合、バスバの端部は夫々の端子に向けて分岐する。本明細書が開示する技術は、元々の分岐点からコンデンサへ向けてスリットを設ける。本明細書では、バスバの共通部分をベースプレートと称し、ベースプレートからそれぞれのスイッチング素子へ延びている部分を腕部と称する。スリットは、ベースプレートにおける腕部の付け根の間に設けられている。スリットは長ければ長いほどよい。バスバの一例は、次の構成を有している。バスバは、スイッチング素子側の縁からコンデンサに向かって延びるスリットが設けられたベースプレートと、スリットの両側でベースプレートから夫々のスイッチング素子へ延びる腕部を備えている。腕部の幅は、スリットの両側におけるベースプレートの幅よりも短い。電力変換装置の一態様では、同相で駆動される２個のスイッチング素子の夫々が、２個の半導体モジュールの夫々に収容されている。２個の半導体モジュールを含む３個以上の半導体モジュールが積層されている。夫々の半導体モジュールは、積層方向と交差する第１方向に並ぶ複数の端子を備えている。バスバのベースプレートは、上記第１方向で複数の端子の隣に位置しており、スリットの両側でベースプレートから延びている夫々の腕部は、積層されている半導体モジュールの端子の間へと延びており、複数の端子の一つと接続している。本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。 When a capacitor and a plurality of switching elements are connected, the portion of the bus bar that is close to the switching elements may be originally branched. For example, when the terminals of the switching elements are arranged in parallel, the end of the bus bar branches toward each terminal. The technology disclosed in this specification provides a slit from the original branch point to the capacitor. In this specification, the common part of the bus bar is referred to as a base plate, and the part extending from the base plate to each switching element is referred to as an arm part. The slit is provided between the bases of the arms in the base plate. The longer the slit, the better. An example of the bus bar has the following configuration. The bus bar includes a base plate provided with a slit extending from the edge on the switching element side toward the capacitor, and arms extending from the base plate to the respective switching elements on both sides of the slit. The width of the arm is shorter than the width of the base plate on both sides of the slit. In one aspect of the power converter, each of the two switching elements driven in the same phase is accommodated in each of the two semiconductor modules. Three or more semiconductor modules including two semiconductor modules are stacked. Each semiconductor module includes a plurality of terminals arranged in a first direction intersecting with the stacking direction. The base plate of the bus bar is located next to the plurality of terminals in the first direction, and the arm portions extending from the base plate on both sides of the slit extend between the terminals of the stacked semiconductor modules. And connected to one of a plurality of terminals. Details of the technology disclosed in this specification and further improvements will be described in the embodiments of the present invention.

Claims

A capacitor,
At least two switching elements connected in parallel to the capacitor and driven in phase;
A bus bar connecting the capacitor and each switching element;
With
The bus bar is provided with a slit extending toward a capacitor from between connection points with the respective switching elements.

The power converter according to claim 1, wherein the bus bar includes a base plate provided with slits and arm portions extending from the base plate to the respective switching elements on both sides of the slit.

3. The power converter according to claim 1, wherein the bus bar has an inductance of a portion where current flows in common is smaller than an inductance of a portion where current flows separately for each switching element. 4.

4. The bus bar according to claim 1, wherein a length of a portion in which a current flows in common is shorter than a length of a portion in which a current flows separately for each switching element. 5. Power converter.

The power converter according to any one of claims 1 to 4, wherein the bus bar has equal inductance between the capacitor and each switching element.

The power converter according to claim 1, wherein the bus bar is routed along a capacitor.