KR100323996B1 - 인버터장치 - Google Patents

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KR100323996B1
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terminal
gate bipolar
insulated gate
diode
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모리무쯔히로
사이또우류이찌
사이또우슈지
호리에아끼라
고이께요시히꼬
세끼네시게끼
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가나이 쓰도무
가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

인버터 장치의 소형화, 고신뢰화, 고주파화, 저소음화를 도모한다.
스위칭소자 S11 및 다이오드 D11의 병렬회로와 스위칭소자 S12 및 다이오드 D12의 병렬회로와의 직렬접속회로를 단일의 모듈로하고, 이 모듈을 복수개 이용해서 인버터장치를 구성한다.
인버터장치를 약 50%로 소형화시켜 스위칭주파수를 2kHz에서 5kHz 까지 고주파화할수 있어, 모터효율의 향상과 함께 소음을 80dB에서 65dB로 저감할수 있다.

Description

인버터장치
본 발명은 각 암 또는 각 인버터단위를 단일 모듈로 구성한 개량된 인버터 장치에 관한 것이이다.
차량용 모터의 구동제어장치에서는, 교류모터의 회전수를 임의로 제어하기 위해 주파수를 변화시키는 인버터장치가 사용되고 있다. 지금까지는, 1개의 인버터 단위가 직렬 접속된2개의 스위칭소자로 구성되어, 그것을 교대로 온.오프하는 2 레벨 인버터장치가 일반적이었다. 최근, 2 레벨 인버터장치 대신에 1개의 인버터 단위가 직렬 접속된 4개의 스위칭소자로 구성된 3 레벨 인버터(중성점 클램프 전압형 인버터라고도 한다)장치가 각광을 받고 있다(제 27회 철도 사이버네틱스 이용 심포지엄, 1990년, 198~202 페이지). 그 이유는, 3 레벨 인버터장치에서는 출력 전압파형이 종래의 고전위점 P와 저전위점 N의 2 레벨 밖에 나타나지 않는 2 레벨 인버터장치에비하여, 고전위점 P와 저전위점 N 이외에 중간전위점이 있어 3 레벨이 되어 매끈한 계단 형태로 되기 때문에, 저차 고조파(低次 高調波), 토크 맥동 및 소음레벨 등이 저하된다고하는 이점이 있기 때문이라고 생각된다.
그러나, 3 레벨 인버터장치는, 2 레벨 인버터장치에 비해, 2배 개수의 스위칭소자와 아암 개수만큼의 클램프 다이오드가 새로 필요하게 되기 때문에, 인버터장치가 커지고, 소자의 발열손실도 증가한다는 문제가 있었다. 발열손실의 증대는 대형의 냉각장치를 필요로 하고, 또한 인버터장치의 보급을 방해하고 있다.
상기 문제점 이외에, 3 레벨 인버터장치는, 사용하는 소자수가 많으므로 배선길이가 길어져 배선 인적턴스가 커지며, 배선 인덕턴스와 소자의 스위칭시에 생기는 전류변화 di/dt로 발생하는 전압 노이즈가 커져, 스위칭 소자의 고내압화가 필요하다는 것을 본 발명자들은 알아내었다. 스위칭소자를 고내압화하면 소자의 출력 전류밀도가 저하되어, 보다 큰 칩면적의 소자가 필요하게 되어, 인버터장치의 소형화가 불가능하게 된다고 하는 새로운 문제가 생긴다.
이와 같은 문제는 3레벨인버터장치의 경우에 특히 현저하나, 3 레벨인버터장치에 한정되지 않고, 2 레벨 인버터장치의 경우도 똑같이 존재한다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결한 인버터장치를 제공하는 것 이다.
본 발명의 다른 목적은 소형화, 고주파화, 저소음화, 고신뢰화를 도모한 인버터장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본발명의 인버터장치의 특징은 한쌍의 직류단자와, 상기 한쌍의 직류단자의 전위들 사이의 중간 전위를 갖는 중간 노드와,
인버터장치의 위상수와 같은 수의 교류단자와, 상기 직류단자 중 하나와 상기 교류 단자 중 하나 사이에 접속되고, 각각 스위칭소자와 상기 스위칭소자에 역극성의 다이오드를 구비한 병렬회로가 2개 직렬 접속된 병렬회로를 구비한 복수개의 아암과, 각각 상기 중간 노드와 상기 아암 중 대응하는 하나의 아암의 병렬회로 사이의노드사이에 접속된 복수개의 다이오드를 구비하고,
상기 아암 각각은, 금속기판과, 상기 금속기판 상에 배치된 복수개의 절연판과, 상기 각각의 절연판 상에 배치된 복수개의 전극판과, 상기 각각의 절연판 상의 상기 전극판 중 적어도 하나의 전극판 상에 배치된 스위칭소자 칩 및 다이오드 칩과, 상기 전극판 상에 배치된 복수개의 단자를 구비한 단일모듈로 구성되고,
상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 라이프타임이 상기 교류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 라이프타임보다 짧아 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 스위칭 손실 및 스위칭 시간을 저감시키도록, 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭장치에 라이프타임 제어가 적용되고,
상기 라이프타임 제어는 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자를 전자선으로 조사하여 상기 단축된 라이프타임을 생성하는 과정을 구비한다.
또, 본 발명의 인버터의 특징은 한쌍의 직류단자와, 상기 한쌍의 직류단자의 전위들 사이의 중간 전위를 갖는 중간 노드와, 인버터장치의 위상수와 같은 수의 교류 단자와, 상기 직류단자 중 하나와 상기 교류단자 중 하나 사이에 접속되고, 각각 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와 상기 절연게이트 바이폴라 트렌지스터에 역극성의 다이오드를 구비한 병렬회로가 2개 직렬 접속된 병렬회로를 구비한 복수개의 아암과, 각각 상기 중간 노드와 상기 아암 중 대응하는 하나의 아암의 병렬회로 사이의 노드 사이에 접속된 복수개의 다이오드를 구비하고,
상기 아암 각각은, 금속기판과, 상기 금속기판 상에 배치된 복수개의 절연판과, 상기 각각의 절연판 상에 배치된 복수개의 전극판과, 상기 각각의 절연판 상의 상기 전극판 중 적어도 하나의 전극판 상에 배치된 절연게이트 바이폴라 트랜지스터 칩 및 다이오드 칩과, 상기 전극판 상에 배치된 복수개의 단자를 구비한 단일 모듈로 구성되고,
상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 라이프타임이 상기 교류단자에 가까이 놓인 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 라임프타임보다 짧아 상기 교류단자에 가까이 놓인 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 스위칭 손실 및 스위칭 시간을 저감시키도록, 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터에 라이프타임 제어가 적용되고,
상기 라이프타임 제어는 상기 직류단자에 가까이 놓인 절연게이트 바이폴라 트랜지스터를 전자선으로 조사하고 상기 단축된 라이프타임을 생성하는 과정을 구비한다.
또 다른 본 발명의 인버터의 특징은 직류전원회로의 고전위점에 접속된 제 1 직류 단자와,직류전원회로의 저전위점에 접속된 제 2 직류단자와,직류전원회로의 고전위 점과 저전위점 사이의 중간 전위를 갖는 중간전위 노드에 접속된 제 3 직류단자와, 교류출력의 위상수와 같은 수의 교류단자와,
상기 제 1 직류단자와 상기 제 2 직류단자 사이에 병렬접속되고, 각각 상기 교류단자 중 하나에 접속된 중간점을 구비한, 교류출력의 위상수와 같은 수의 복수개의 단일 인버터를 구비하고,
상기 단일 인버터 각각은, 직렬 접속된 제 1, 제 2, 제3 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와, 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와 역극성으로 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터 각각과 병렬 접속된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 다이오드와, 상기 제 1 및 제 2 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 중간 노드 및 상기 제 3 직류단자 중 하나에 접속된 제 5 다이오드와,
상기 제3 및 제4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 중간노드 및 상기 제3 직류단자 중 하나에 접속된 제 6 다이오드를 구비하고,
상기 단일 인버터에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와 상기 제 1 및 제 2 다이오드는 제 1 단일 모듈을 구비하고, 상기 제 3 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와 상기 제 3 및 제 4 다이오드는 제 2 단일 모듈을 구비하며, 상기 제 1 및 제 2 단일 모듈 각각은, 금속기판과, 상기 금속기판 상에 배치된 복수개의 절연판과, 상기 각각의 절연판 상에 배치된 복수개의 전극판과, 상기 각각의 전극판 상에 배치된 복수개의 단자를 구비하고, 제 1 및 제 2 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와 상기 제 1 및 제 2 다이오드를 형성하는 제 1 및 제 2 다이오드 칩은 상기 제 1 단일 모듈의 절연판 상의 전극판 중의 적어도 하나의 전극판 상에 배치되고, 제 3 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와 상기 제 3 및 제 4 다이오드를 형성하는 제 3 및 제 4 다이오드 칩은 상기 제 2단일 모듈의 절연판 상의 전극판 중 적어도 하나의 전극판 상에 배치되며,
상기 제 1 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 라이프타임이 상기 제 2 및 제 3 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 라이프타임보다 짧아 상기 제1 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 스위칭 손실 및 스위칭 시간을 저감시키도록, 상기 제 1 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터에 라이프 타임 제어가 적용되고, 상기 라이프타임 제어는 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 제 1 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터를 전자선으로 조사하여 상기 단축된 라이프타임을 생상하는 과정을 구비한다.
또 다른본 발명의 인버터의 특징은 한쌍의 직류단자와, 상기 한쌍의 직류단자의 전위들 사이의 중간 전위를 갖는 중간 노드와, 인버터장치의 위상수와 같은 수의 교류단자와, 상기 직류단자 중 하나와 상기 교류단자 중 하나 사이에 접속되고, 각각 스위칭소자와 상기 스위칭소자에 역극성의 다이오드를 구비한 병렬회로가 2개 직렬 접속된 병렬회로를 구비한 복수개의 아암과,
각각 상기 중간 노드와 상기 아암 중 대응하는 하나의 아암의 병렬회로 사이의 노드 사이에 접속된 복수개의 다이오드를 구비하고,
상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 라이프타임이 상기 교류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 라이프타임보다 짧아 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 스위칭 손실 및 스위칭 시간을 저감시키도록, 상기 직류단에 가까이 놓인 상기 스위칭장치에 라이프타임 제어가 적용되고,
상기 라이프타임 제어는 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자를 전자선으로 조사하여 상기 단축된 라이프타임을 생성하는 과정을 구비한다.
본원 발명의 인버터의 특징은 한쌍의 직류단자와, 상기 한쌍의 직류단자의 전위들 사이의 중간 전위를 갖는 중간 노드와, 위상수와 같은 수의 교류단자와,
상기 직류단자 중 상기 교류단자 중 하나 사이에 접속되고, 각각 스위칭소자와 상기 스위칭소자에 역극성의 다이오드를 구비한 병렬회로가 2개 직렬 접속된 병렬회로를 구비한 복수개의 아암과,
각각 상기 중간 노드와 상기 아암 중 대응하는 하나의 아암의 병렬회로 사이의 노드 사이에 접속된 복수개의 다이오드를 구비하고,
상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 별렬회로의 상기 다이오드의 라이프타임이 상기 교류단자에 가까이 놓인 상기 병렬회로의 상기 다이오드의 스위칭 손실 및 스위칭시간을 저감시키도록, 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 병렬회로의 상기 다이오드에 라이프타임 제어가 적용되고,
상기 라이프타임 제어는 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 다이오드를 전자선으로 조사하여 상기 단축된 라이프타임을 생성하는 과정을 구비한다
스위칭소자로서는, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT), 바이폴라 트랜지스터, 파워 MOS 트랜지스터, 게이트 턴 오프 사이리스터, 정전유도 사이리스터 등을 사용할 수 있다.
절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 사용 할 때, 직류단자측의 IGBT 또는 다이오드의 라이프타임가 교류단자측의 ISBT와 다이오드의 라이프타임이 다르게 하는것이 바람직하다.구체적으로는 직류단자측의 다이오드의 라이프타임을 교류단자측의 다이오드의 그것보다 짧고, 회생모드를 가진 린버터장치에서는 직류단자측의 IGBT와 교류단자측의 IGBT의 라이프타임을 거의 동일하게 해, 회생모드를 갖지않는 인버터장치에서는 직류단자측의 IGBT의 라이프타임을 교류단자측의 IGBT의 그것보다 짧게하는 것이 바람직하다.
또, 각 아암을 단일의 모듈로 구성할 때, 클램프다이오드 및 스너버다이오드내에 내장해도 좋다.
또, 교류단자측의 다이오드가 균이한 깊이의 pn접합을 가진 pn다이오드로서, 직류단자측의 다이오드가 깊은 pn접합과 쇼트기 접합을 가지는 엷은 pn접합을 가진 다이오드인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 사용하여 설명한다.
(실시 예)
제 1도는 본 발명을 적용한 인버터장치의 일 실시예를 나타낸 회로도이다. 도면에서, E는 직류전원, T1 및 T2는 직류전원 E의 고전위측 및 저전위측에 접속된 제 1 및 제 2 직류단자, C1 및 C2는 직렬접속하여 제 1 및 제 2 직류단자 사이에 접속되어, 접속점에서 제 1 및 제 2 직류단자의 전위의 중간 전위를 갖는 제 3 직류단자 T3를 설치하기 위한 콘덴서, T4, T5 및 T6는 일단이 모터에 접속되는 교류 단자이다. 제 1 및 제 2 직류단자 사이에는, 스위칭소자 S11, S12, S13, S14의 직렬회로, 스위칭소자 S21, S22, S23, S24,의 직렬회로 및 스위칭소자와 도통방향이 역방향이 되도록 다이오드 D11, D12, D13, D14, D21, D22, D23, D31, D32, D33, D34가 접속되어 있다. 스위칭소자의 각 직렬회로의 중간점은 각각 교류단자 T4, T5, 및 T6의 타단에 접속되어 있다. 더욱이, 스위칭소자 S11 및 S12의 접속점과 스위칭소자 S33 및 S34의 접속점의 사이에 스위칭소자와 도통방향이 역 방향이 되도록 직렬접속된 2개의 클램프 다이오드 Dc11 및 Dc12, Dc21 및 Dc22, Dc31 및 Dc32가 접속되고, 각 클램프 다이오드의 접속점은 각각 제 3 직류단자 T3에 접속되어있다. 본 실시예에 있어서는, 점선으로 나타낸 것 같이, 스위칭소자 S11과 S12 및 그것들에 역병렬로 접속된 다이오드 D11과 D12, 스위칭소자 S13과 S14 및 그것들에 역병렬로 접속된 다이오드 D13과 D14, 스위칭소자 S21과 S22 및 그것들에 역병렬로 접속된 다이오드 D21과 D22, 스위칭소자 S23과 S24 및 그것들에 역병렬로 접속된 다이오드 D23과 D24, 스위칭소자 S31과 S32 및 그것들에 역병렬로 접속된 다이오드 D31과 D32, 스위칭소자 S33과 S34 및 그것들에 역병렬로 접속된 다이오드 D33과 D34가 각각 단일의 모듈 M11, M12M M21, M22, M31, M32로 구성되어 있다.
본 실시예에서는, 스위칭소자로서 IGBT를 사용하고 있지만, IGBT대신에 바이폴라 트랜지스터, 파워 MOS 트랜지스터, 게이트 턴오프 사이리스터, 정전유도 사이리스터 등이 사용될 수있다.
3 레벨 인버터장치를 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 스위칭소자 S11 및 S12와 그것들에 역병렬로 접속된 제 1 및 제 2 다이오드 D11 및 D12, 다시 말하면 인버터장치의 1 아암 부분을 단일의 모듈 M11으로 하는 것에 의해, 배선길이를 짧게 하여 인덕턴스를 작게 할 수 있다. 이것을 제 2도를 사용하여 설명한다. 제 2도는, 스위칭소자 S11과 S12 및 그것들에 역병렬로 접속된 다이오드 D11, D12를 단일의 모듈 M11으로 한 경우 (a)와, 모듈로 하지 않고 개별소자 그대로 접속한 경우(b)를 전기회로로 나타내고 있다. L11, L12, L13, L14, L15, L16은 배선 인덕턴스를 나타낸다. 양자를 비교하면 알 수 있듯이, 단일의 모듈로 하는 것에 의해, 스위칭소자 S11과 다이오드 D11의 병렬회로와 스위칭소자 S12와 다이오드 D12의 병렬회로 사이에 존재하는 인덕턴스 L12 및 L13이 극히(10분의 1 이하)작아진다. 이 배선 인덕턴스의 저감은 다음과 같은 3가지의 효과를 나타낸다. 제 1의 효과는, 스위칭시의 전류변화 야/at와 인덕턴스에 의한 전압변동을 (10분의 1 이하로)작게 하여, 스위칭소자 및 다이오드의 내압을 내려, 스위칭소자 및 다이오드의 출력전류밀도를 (30%이상)높이는 것이 가능하여, 인버터장치를 소형화할 수 있는 것이다,.차량용 인버터장치는 차량의 바닥 밑에 부착되기 때문에, 그설비면적이 제한되지만, 본 효과에 의해 3 레벨 인버터장치를 소형화할 수 있고, 더욱이 경량화 및 에너지 절감을 도모할 수 있다는 것이다. 특히 시가지를 주행하는 지하철, 근교 전차, 고속도 전차에서는 소음이 문제가 되고 있지만, di/at를 크게하는 것으로 스위칭을 고주파화할 수 있기 때문에, 주행시읠 소음을 획기적으로 저감할 수 있다. 제 3의 효과는, 전압노이즈가 작아져 스위칭소자의 오점호가 없어져, 고신퇴화를 도모할 수 있다는 것이다. 특히, 공공 수송수단인 차량의 인버터장치의 고신퇴화 및 안전성의 향상에 있어서는 효과적이다.
또한 스위칭소자로서 IGBT를 사용하는 경우에는, 다시 다음과 같은 효과가 있다. 즉, 3 레벨 인버터장치에서는, 스위칭소자 S11, S12, S13, S14의 전위가 다르기 때문에, 차량용 등의 1500V 이상의 가선전압을 사용하는 용도에서는, 고전압의 절연 트랜스가 필요하고, 또한 스위칭소자로서 전류구동형 소자를 사용하면 다량의 제어전력을 공급할 필요가 있어 제어할 수 있는 IGBT를 사용하는 것에 의해, 서로 다른 전위에 용이하게 전력을 공급할 수 있어, 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 전압제어 소자로서, IGBT 이외에 파워 MOS 트랜지스터가 있지만, 차량용 등의1500VDML 가선전압을 사용하는 용도에서는 손실이 IGBT에 비해 수 10배 커서 장치의 소형화에는 적합하지 않다.
본 실시에는 다음과 같은 변형이 가능하다. 제 1의 변형은, 클램프 다이오드 Dc11을 모듈 M11에 내장하는 것이다. 이것에 의해, 클램프 다이오드를 통해 흐르는 전류로 생기는 인덕턴스(제 2도의 L15)에 의한 전압진 등을 방지할 수 있기 때문에, 다시 IGBT의 내압 저감 및 출력 전류밀도 향상이 가능하게 되는 동시에, 전압 노이즈에 의한 오동작도 극히 적어지게 되는 효과가 있다. 제 2의 변형은, 제 3도에 나타낸 것 같이 스너버 다이오드 Ds11를 모듈에내장하는 것이다. 구체적으로는, 클램프 다이오드 Dc11과 스너버 다이오드 Ds11을 단일의 다이오드 모듈 MD11로 하는것(a), 및 클램프 다이오드 Dc11과 스너버 다이오드 Ds11을 모듈 M11에 내장하는 것(b)이다.
이것에 의해, 스위칭시에 스너버 다이오드 Ds11와 스너버 콘덴서 Cs에 흐르는 전류로 발생하는 전압 노이즈를 다시 저감할 수 있고, 소자의 저내압화를 도모할 수 있어, 출력 전류밀도의 향상에 의한 칩사이즈의 축소와, 소자의 일체 모듈화에 의한 3 레벨 인버터장치의 소형화를 도모할 수 있다. 본 발명자들이 검토한 결과, 종래 3.2m의 폭이었던 전차의 인버터장치를 절반인 1.6m까지 축소하는 것이 가능하였다, 물큰, 노이즈의 저감에 의해 신뢰성 1.6m까지 축소하는 것이 가능하였다. 물론, 노이즈의 저감에 의해 신뢰성이 향상되고, 또한 전류변화(야/dt)를 크게, 결국 스위칭 속도를 빠르게 하여도 오동작하지 않기 때문에, 고주파 동작이 가능하게 되었다. 종래, 2kHz 정도가 한계이었던 것이, 본 발명에 의해 5kHz 이상으로 동작할 수 있도록 되었다. 고주파화에 의해, 모터 효율도 향상되고, 소음도 종래의 80dB에서 65dB로 저감할 수 있었다.
제 4도는 본 발명을 실시하는데 바람직한 모듈 구조의 일례를 나타낸 평면도, 단면도, 외관 사시도 및 회로도이다. 도면에서, 도면부호 20은 예컨대 구리로 이루어진 금속기판, 11a 및 11b는 금속기판(20) 상에 서로 떨어쳐서 접착된 2매의 절연판, 12a, 13a, 14a 및 12b, 13b, 14b는 각 절연판(11a, 11b)상에 각각 접착된 전극판이다. 전극판 12a, 12b 및 13a, 13b는자 형태를 갖고, 전극판 12a, 12b의 다리 부분이 전극판 13a, 13b의 다리 부분 사이로 안내되고, 또한 전극판 12a, 12b의 다리 부분 사이에 스트라이프 형태의 전극판 4a, 14b가 안내된 배치로 되어 있다. 전극판 12a, 12b의 양다리 부분 위에 각각 1개의 다이오드 칩(32a, 32b)과 3개의 IGBT 칩(31a, 31b)이 다리 부분의 말단부측으로부터 순차적으로 마운트되어 있다. 각 칩은 와이어 본딩(미도시)에 의해 전극판 13a, 13b 및 14a, 14b와 접속되어 있다. C1은 모듈의 길이방향의 일단에 있어서 전극판 12a의 연결부 상에 설치된 컬렉터 단자, E1은 모듈의 길이방향의 타단에 있어서 전극판 13b의 연결부 상에 설치된 에미터 단자, N1은 모듈의 중앙에 있어서 인접하는 전극판 12b 및 전극판 13a의연결부 상에 설치된 중앙 단자, G1 및 G2는 전극판 14a, 14b의 전극판 13a, 13b 측에 설치된 게이트 단자, Es1 및 Es2는 전극판 13a, 13b의 전극판 14a, 14b에 대향하는 장소 위에 설치된 게이트 회로용의 에미터 단자, 21은 금속기판(20) 상에 접착되어 모듈을 피복하는 수지 케이스이다. 수지 케이스(21)의 외부 상면에는 (c)에 나타낸 것 같이 각 단자가 노출하고, 각 노출부는 수지 케이스의 길이방향과 직각을 이룬 방향으로 연장된 3개의 돌출부 21a에 의해 칸막이진 면에 배치되어 있다. 또한, 게이트 단자(G1, G2) 및 게이트 회로용의 에미터 단자(ES1, ES2)는 칸막이진동일 면에 배치되어 있다. 이 모듈을 회로도를 나타내면 (d)와 같이 된다. 이 모듈을 사용하여 제 1도의 인버터장치를 실현하는 경우에는, 각 아암을 이 모듈로 치환하면 된다.
이 구성의 모듈에 따르면, 중앙단자 N1에 의해 전극판 12b와 전극판 13a가 해당 전극판 상에서 직접 결선되기 때문에, 배선의 리액턴스를 수 nH까지 작게 할수 있어, 제 1도에서 설명한 효과를 달성할 수 있는 것이다.
제 5도는 제 4도에 도시된 모듈 구조의 변형예를 나타낸 평면도, 외관 사시도 및 회로도이다. 제 4도와 다른 것은 제 4도에 나타낸 모듈을 2개 병렬 배치한 점에 있다.
이 구성의 모듈에 따르면, 인접한 것끼리의 동일한 단자를 결선하는 것에 의해, 2개의 모듈을 사용하는 경우에 비교하여 배선의 인덕턴스의 증가를 초래하지 않고, 출력용량을 배로 증가하는 것이 가능하다.
또한, 제 1도의 3 레벨 인버터장치에 있어서, 직류단자(T1, T2)에 가까운 측의 스위칭소자 S11, S14, S21, S24, S31, S34를 IGBT로 하고 그 라이프타임을, 교류란자(T4, T5, T6)에 가까운 측의 스위칭소자 S12, S13, S22, S23, S33을 마찬가지로 IGBT로 하고 그 라이프타임보다 짧게 하는 것에 의해, 저손실화를 도모할 수 있다. 이것을 설명한다. 제 6도는 제 1도의 3 레벨 인버터장치의 모듈 M11, M12로 구성된 1상(相) 만큼의 각 소자의 출력시의 손실을 나타낸다. 이 경우, 각 스위칭소자 및 각 다이오드는 거의 같은 라이프타임을 갖고, 거의 같은 전기특성을 갖고 있다. 스위칭소자 S11, S14에 대한 것은 스위칭 손실이 온 전압에 의한 손실보다 크고(a), 스위칭소자 S12, S14에 대한 것은 온 전압에 의한 손실이 스위칭손실보다 극히 큰 것을 알 수 있다(b). 이것은, 스위칭소자 S11, S14는 라이프타임의 단촉에 으해 스위칭 시간을 빠르게 하여 스위칭 손실을 줄일 필요가 있고, 한편으로, 스위칭소자 S12, S13은 라이프타임을 길게 함으로써 온 전압을 저감하여 온 전압에 의 한손실을 줄일 필요가 있는 것을 나타내고 있다. 결국, 3 레벨 인버터장치에서는, 같은 모듈 내의 스위칭소자라도, 라이프타임을 다르게 함으로써, 각 스위칭소자의 손실을 최소화하여, 모듈로서의 손실을 저감할 수 있음을 나타내고 있다. 게다가, 스위칭소자 중에 특히 IGBT는, 예를 들어 전자선 조사에 의해 라이프타임을 한 자릿수 이상 변화시킬 수 있어, 그것에 의해 스위칭 손실과 온 전압 손실을 자유롭게 또한 크게 변화시킬 수 있기 때문에, 3 레벨 인버터장치의 스위칭소자로서 극히 바람직하다. 종래의 파워 MOS 트랜지스터는, 유니폴라 소자이기 때문에 라이프타임에 의한 스위칭손실과 온 전압 손실의 관계를 변화시키는 것이 불가능하다. 또한 게이트 턴오프 사이리스터와 바이폴라 트랜지스터는 라이프타임을 변화시키면, 게이트 (베이스)전류가 변화하여, 고속의 스위칭소자를 극히 큰 전류를 필요로 한다. 3 레벨 인버터장치에서는, 종래의 2 레벨 인버터장치에 비해 2배의 스위칭 소자수를 필요로 하기 때문에, 게이트(베이스) 전류의 증대는 제어회로의 대형화를 초래하고, 장치 전체를 크게 하므로 바람직하지 않다. 그리고, 각 스위칭소자마다 제어회로가 다르다고 하는 번잡함을 수반한다. 이것에 비해, IGBT로 하는 것에 의해, 3 레벨인버터장치 특유의 동작에 맞는 라이프타임의 IGBT라도 같은 제어회로로 용이하게 컨트롤 할 수 있다. 또한, 이와 같이 IGBTDML 라이프타임을 변화시켜 손실 저감이 도모되는 것은, 재생 모드가 없는 용도에 사용하는 3 레벨 인버터장치의 경우이며, 재생모드를 갖는 용도에 사용하는 3 레벨 인버터장치의 경우에는 제 6도에 나타낸 스위칭 손실과 온 전압에 의한 손실과의 관계가 역이 되므로, 손실 저감의 효과는 적게 된다.
또 다시, 제 1도의 3 레벨 인버터장치에 있어서, 플라이훨 다이오드 (flywheel diode) D11, D12, D13, D14, D21, D22, D23, D24, D31, D32, D33, D34의 라이프타임을 클램프 다이오드 Dc11, Dc12, Dc21, Dc22, Dc31, Dc32의 라이프타임보다 길게 하는 것에 의해, 저손실화를 도모할 수 있다. 플라이훨 다이오드 및 클램프 다이오드에 거의 같은 타이프타임, 거의 같은 전기특성을 갖는 다이오드를 적용한 경우를 제 7도에 나타내었다. 직류단자 측의 플라이훨 다이오드 D11, D14, D21, D24, D31, D34는 리커버리 손실과 순방향 전압에 의한 손실이거의 균등하여 밸런스가 취해져 있다(a). 한편, 3 레벨 인버터장치에서는, 교류단자측의 플라이훨 다이오드 D12, D13, D22, D23, D32, D33에는 거의 리커버리 손실은 생기지 않는다 (b). 따라서, 플라이훨 다이오드의 라이프타임을 길게 하여, 순방향 전압에 의한손실을 저감하는 것이 바람직하다. 다시, 클램프 다이오드 Dc11, D12, Dc21, Dc22, Dc31, Dc32는 순방향 전압에 의한 손실이 리커버리 손실보다 크기 때문에(c), 플라이훨 다이오드 D11, D14에 비해 라이프타임을 길게, 플라이훨 다이오드 D12, D13에비해 라이프타임을 짧게 하는 것이 손실 저감상 바람직하다. 이와 같이, 다이오드도 라이프타임을 달리함으로써, 각 다이오드의 손실을 최소화할 수 있다.
이상과 같이, 3 레벨 인버터장치에서는 IGB 및 다이오드의 라이프타임을 다르게 하는 것에 의해, 장치 전체의 손실을 저감할 수 있고, 나아가서는 장치의 소형화를 도모하는 것이 가능하다.
제 8도 및 제 9도는 각각 3 레벨 인버터장치에 적합한 IGBT 및 다 이오드의 구조를 나타내고 있다. 제 8도에 도시된 IGBT는, n-의 실리콘 웨이퍼(333)에 n층 (332), p+층(331), p층(334) 및 n+층(335)이 모두 실리콘 웨이퍼의 양 주표면으로부터 불순물을 확산하여 형성하고 있는 점에 특징이 있다. 한쪽의 주표면에는 p+층 (331) 이 노출되고, 다른 쪽의 주표면에는 n-층(333), p층(334) 및 n+층(335)이 노출되어 있다. p+층(331)에는 컬렉터 전극(311)이 오믹접촉하고, p층(334) 및 n+층 (335)에는 에미터 전극(312)이 오믹접촉하며, n-층(333), p층(334) 및 n+층(335) 상에는 게이트 절연막(320)을 개재하여 게이트 전극(310)이 형성되어 있다. 게이트 전극(310)과 에미터 전극(312)은 절연막(321)으로 절연 분리되어 있다. 이와 같이, 모든 층을 확산으로 형성하는 것에 의해, n-층을 에피택셜법으로 형성하고 있던 종래의 igbt에 비하여, n-층의 품질을 높일 수 있어, 라이프타임을 길게 할 수 있다. 특히, 가선전압 1500V 이상의 차량에 사용되는 내압 2000V이상의 IGBT는, 비저항 150~200 Ω㎝ 정도의 n-층이 필요한데, 이것을 에피택셜법으로 형성하였을 경우 결정결함이 많아, 라이프타임이 짧고, 더욱이 그것에 변동이 많다고 하는 문제가 있다. 이것에 대해, 인상법에 의해 제조된 실리콘 웨이퍼는, 그 결정성이 좋고 또한 균일하여 긴 라이프타임을 얻을 수 있다. 따라서, 라이프타임을 긴 IGBT를 준비하고, 이것의 라이프타임을 전자선 조사 등에 의해 제어함으로써, 3 레벨 인버터장치에 적합한 다양한 라이프타임을 갖는 IGBT를 용이하게 제작할 수 있다. 특히, 중성자선을 조사한 실리콘 웨이퍼는 그 비저항의 변동도 적고, IGBT의 출력전류도 안정 되어 있다.
또한, P+층(331)을 확산으로 형성하면, 에피택셜법에서 사용하는 인상법에 의한 P+ 기판 웨이퍼에 비해, P+층의 농도를 한자리수 높일 수 있고, 또한 수백미크론으로부터 10미크론 정도로 P+층을 얇게 할 수 있다.
이것에 의해, P+층으로부터의 홀의 주입효율을 높이는 것이 가능한 것과 함께, p+층에 의한 전압강하의 저감 및 IGBTDML 출력 전류밀도의 향상을 도모할 수 있고, 따라서 3 레벨 인버터장치의 소형화를 도모할 수 있다.
제 9도도 마찬가지로 n- 실리콘 웨이퍼(232)를 사용하여 각 층을 모두 불순물의 확산으로 만든 다이오드를 나타내고 있다. 제 8도와 마찬가지로, 라이프타임의 제어성 및 고출력화가 가능하게 되어, 3 레벨 인버터장치의 소형화가 실현될 수 있는 것은 말할 필요가 없다. 캐소드 전극(211)은 n+층(231)에 저저항 접촉하고 있다. 아노드 전극(212)은 p+층(233)과 오믹 접합을, p-층(234)과 숏트키 접합을 각각 형성하고 있다. 이와같이 숏트키 접합을 사용하는 것에 의해, 다시 p-층(234)으로부터 n-층(232)으로의 홀의 주입을 억제하여, 축적 캐리어에 의한 리커버리 손실을 저감할 수 있다. 한편, 아노드 전극이 전체면 p+층과 오믹 접촉하는 종래의 다이오드는, 제 9도의 다이오드에 비해 출력 전류밀도를 높일 수 있기 때문에, 3 레벨 인버터장치에서는, 스위칭 손실이 거의 생기지 않는 교류단자측의 플라이훨 다 이오드에 사용하면 장치의 저손실화를 한층 더 도모할 수 있다. 제 9도의 다이오드는 리커버리 손실이 작기 때문에, 클램프 다이오드 Dc11, Dc12 및 직류단자측의 플라이훨 다이오드 D11, D14에 적합하고, 특히 D11, D14에 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제 9도의 다이오드는소프트 리커버리 특서을 나타내어, 전류의 변화를 di/dt가 작기 때문에, 특히 차량과 같이 고전압 1500V를 채용하는 인버터에서는, 전압 노이즈를 작게 할 수있어, 소자의 저전압화, 고신퇴화에 효과적이다.
제 10도, 제 11도 및 제 12도는 본 발명의 전력변환장치에 사용하는 반도체 모듈의 최소단위를 나타낸 평면도 및 단면도이다. 도면에 있어서, 도면부호 30은 예를 들어 구리로 이루어진 사각형 형태의 금속기판, 31은 금속기판 (30)의 주변 상에 예를 들면 알루미나와 같은 절연판(32a)을 개재하여 올려놓여진자 형태의 제 1 전극판, 33은 금속기판(30)의 중앙 위에 예를 들면 알루미나와 같은 절연판 (32b)를 개재하여 올려놓여지고, 길이 방향이 제 1 전극판(31)과 평행을 이룬 2변과 거의 평행한 스트라이프 형상의 제 2 전극판, 34는 금속기판(30) 상에 제 1 전 극판(31) 및 제 2 전극판(33)으로부터 떨어지고 또한 제 2 전극판(33)을포위하도록 올려놓여진 예를들면 몰리브덴과 같은반도체와 열팽창계수가 근사한 금속재료로 이루어진 완충판, 35는 완충판(34) 상의 제 1 전극판(31)과 평행을 이룬 2변과 제 2전극판(33)과의 사이에 각각 3개씩 병렬설치된 사각형 형태의 igbtclq, 36은 완충판(34) 상의 제 1 전극판(31)과 평행을 이룬 2변과 또 다른 1변으로 형성된 2개의다리 부분에 각각 인접하도록 배치된 2개의 사각형 형태의 다이오드 칩이다. IGBT 칩(35)은 한쌍의 주표면을 갖고, 한쪽의 주표면에 컬렉터 전극(35E)이 다른 쪽의 주표면에 에미터 전극(35C) 및 게이트 전극(35G)이 각각 설치되고, 컬렉터 전극 (35C)이 완충판(34) 측이 되도록 올련놓여져있다. 다이오드 칩(36)은 한쌍의 주표면을 갖고, 한쪽의 주표면에아노드 전극(36A)이 다른 쪽의 주표면에 캐소드 전극 (36K)이 각각 설치되고, 캐소드 전극(36K)이 완충판(34A)이 다른 쪽의 주표면에 캐소드 전극(36K)이 각각 설치되고, 캐소드 전극(36K)이 완충판(34)측이 되도록 올려놓여져 있다. 37, 38 및 39는 IGBT 칩(35)의 에미터 전극(35E)과 제 1 전극판(31)사이, IGBT 칩(35)의 게이트 전극(35G)과 제 2 전극판(33) 사이 및 다이오드 칩 (36)의 아노드 전극(36A)과 제 1 전극판(31) 사이를 각각 접속하는 예를 들면 알루미늄으로 이루어진 본딩 와이어, 40은 납땜 등의 접착층, 41은 금속기판(30)의 제1 전극판(31)의 개방단측으로부터 인출된 제 1 인출단자, 42는 제 1 전극판(31)의 2 변에 끼워진 또 다른 1변의 다이오드 칩(36)에 전기적으로 가까운 장소로부터 인출된 제 2 인출단자, 43은 제 2 전극판(33)에서 인출된 제 3 인출단자이다. 이들 인출단자는 전극판과 일체로 형성하여도 좋고, 별도로 준비하여 각 전극판에 직접 eh는 간접적으로 접착하여도 좋다.
이와 같은 구성의 반도체 모듈을 등가회로로 표시하면 제 13(a)도와 같이 된다. 즉, 제 13(a)도는 제 1 인출단자(41)와 제 2 인출단자(42)사이에 3개의 IGBT 칩(35)과 1개의 다이오드칩(36)과의 병렬접속회로를 2개 병렬접속한 구성으로 되어있다. 여기에서, L1, L2, L3, L4는 제 13(b)도에 나타낸 제 1 전극판(31)의 배선인덕턴스로, L1은 제 2 인출단자(42)로부터 다이오드(36)의 본딩 와이어(39)와 제 1 전극판(31)과의 접속점까지의 배선 인덕턴스, L2는 다이오드 칩(36)의 본딩 와이어(39)와 제 1 전극판(31)과의 접속점과 다이오드(36)에 인접하는 IGBT 칩(35)의본딩 와이어(37)와 제1 전극판(31)과의 접속점 사이의 배선 인덕턴스, L3 및 L4도 마찬가지로 IGBT 칩(35)의 본명 와이어(37)와 제 1전극판(31)과의 접속점 상호간의 배선 인덕턴스이다. 제 2 인출단자(41)가 다이오드 칩(36)의 본딩 와이어(39)와 제 1 전극판(31)과의 접속점에 접근하며 설치되어 있기 때문에, 배선 인덕턴스 L1이 작아진다. 이 때문에, 다이오드가 오프할 때 배선 인덕턴스 L1에 의해 생기는 전류진동이 극히 작아져, IGBT가 오점호하기 어렵게 되고 또한, 오프시의 스위칭손실도 감소한다. 이것에 덧붙여, IGBT에 대해서는 직렬의 배선 인덕턴스(L1+L2)가 모든 칩에 대해서 마찬가지로 접속되어 있으므로, 제 2 인출단자(42)로부터 각 ICBT 칩 (35)까지의배선 인덕턴스 L1+L2, L1+L2+L3, L1+L2+L3+L4와의 차가 경감되어, 각 IGBT 칩(35)상호간의 전류 불균일성이 저감된다. 더욱이, 금속기판(30)의 사이즈가 크기 때문에 각 첩 사이에서 금속기판(30)의 배선 인덕턴스의 차가 거의 없어지고, 이 때문에 IGBT 칩 사이에서 금속기판(30)의 배선 인덕턴스의차가 거의 없어지고, 이 때문에 IGBT 칩 사이에 전류밀도의 불균일성이 저감되므로 파괴내량이 높아진다. 이것을 구체적인 수치예에 의해 설명한다. 배선 인덕턴스 L1+L2가 50nH, L3+L4가 30nH라 하자. 전체 IGBT칩에 대해서 직렬로 존재하는 배선 인덕턴스 L1+L2가 0인 경우에는 IGBT 칩 사이에서 전류밀도의 불균일성은 45%가 되지만, 본 발명에 따르면 IGBT 칩 사이에서 전류밀도의 불균일성은 20%정도 이하가 되어, L1+L2가 0인경우에 비교하여 대폭적으로 저감된다. 또한, 다이오드 칩이 제 2 인출단자(21)에서 떨어져 배치되어 배선 인덕턴스 L1이 예를 들어 100nH 정도로 되면, 리커버리시의 진동 전압치는 약8%가 되고, 전압치로서는 100V 이상에 도달하는 경우가 있기 때문에, 게이트 전극에 수10V 정도의 잡음을 생기게 하여 오동작을 일으킨다. 이에 대해, 본 발명의 구성으로 배선 인덕턴스 L1이 10nH 정도로 되었을 경우, 리커버리시의 진동 전압치는 약 1% 이하로 크게 저감된다.
각 IGBT 칩 사이의 배선 인덕턴스의 차를 더욱 저감하기 위해서는, L3 및 L4를 저감하는 것이 효과적이다. 예를 들면, 제 13(b)도의 레이아웃에 있어서, 제 2 인출단자(42)에서 가장 멀리 떨어진 IGBT 칩의 본명 와이어와 제 1 전극판(31)과의 접속점을 가능한한 제 2 인출단자(42)에 저근시킴으로써 L4를 저감할 수 있다. 더욱이, 제 2 인출단자(42)에 가장 가까운 IGB칩의 본명 와이어와 제 1 전극판(31)과의 접속점에 가능한한 접근시키는 구조로 하는 것에 의해, L3은 대폭적으로 저감되고, L2는 증가한다. 이것에 의해, 각 IGBT 칩 사이의 배선 인덕턴스의 차가 더욱 저감되어, IGBT 칩 사이에서 전류밀도의 불균일성이 다시 저감된다. 또한, 다이오드의 배선 인덕턴스의 차를 더욱 저감하기 위해서는, L1을 저감 할 필요가 있다. 이를 위해서는, 예를들면, 제 13(b)도의 레이아웃에 있어서, 다이오드 칩의 본딩 와이어와 제 1전극판(31)과의 접속점을 가능한한 제 2 인출단자(42)에 접근시키는 구조로 하는 것이 효과적이다.
또한, 사이즈가 작은 6개의 IGBT 칩(35) 및 2개의 다이오드칩(36)이 금속기판(30)상에 분산하여 배치되어 있어, 발열부가 모듈 내에 분산되어 온도의 균일성이 확보된다. 이 때문에, 금속기판(30)의 국부적인 온도 상승이 없어져, 열응력에 기인한 접착층이나 본딩 와이어의 수명저하를 피할 수 있다.
또한, ICBT 칩(35) 및 다이오드 칩(36)을 제 1 금속판(31)과 제 2전극판(33) 사이에 배치함으로써, 제 2 인출단자(42) 또는 제 3 인출단자(43)으로부터 본딩 와이어의 접합부까지의 전극판의 길이가 짧아지므로, IGBT의 게이트 전극(35G)에 나란하게 형성된 배선 인덕턴스 및 에미터 전극(35E)에 나란하게 형성된 배선 인덕턴스를 작게 할 수 있다. 이것에 의해 IGBT의 급격한 상승전압을 줄일 수 있고, 내압 및 온 전압의 저감을 도모할 수 있다.
더욱이, 제1 인출단자(41)와 제 2 인출단자(42)가 금속기판(30)의 길이방향의 변을 마주보게 배치되어 있기 때문에, 양 단자 사이의 모듈 외부표면에서의 연면거리(沿面距權)를 길게 하는 것이 용이해져, 모듈의 고내압 화가 용이하게 실현될 수 있다.
또 다시, 칩 및 전극, 단자 등을 에미터 전극에 나란히 배치된 제2 인출단자 (42)와 컬렉터 전극에 나란히 배치된 제 1 인출단자(41)를 연결하는 축에 대해 대략 대칭으로 배치하면, 각 단자로부터 각 IGBT 칩까지의 배선길이가 대략 일정하게 되기 때문에, 에미터 전극에 나란히 배치된 배선 인덕턴스, 컬렉터 전극에 나란히 배치된 배선 인덕턴스, 및 게이트 전극에 나란히 배치된 배선 인덕턴스의 어느 것도 각 칩에 대해서 거의 동일하게 되어, 칩 사이에서 전류 불균일성을 없앨 수 있다. 이 때문에, 고내압화를 용이하게 실현하고, 열분포를 균일화하는 것이 가능하게 된다.
상기한 점 이외에, (1) 게이트 전극과 제 2 전극판(33)을 접속하는 본딩 와이어가 2가닥 이상 있으므로, 한가닥이 단선되어도 나머지의 와이어에 의해 접속되어 있어 게이트 전위가 플로팅 상태로 되지 않기 때문에, 절연내압이 확보되어 수명이 향상되는 점, (2) 칩 사이즈가 작기 때문에 칩의 제조수율이 높아질 수 있는 점, (3) 다수의 본딩 와이어를 접속할 필요가 있는 에미터 전극의 면적이 넓고, 제 1 전극판(31)과 제 2 전극판(33)이 칩 열을 사이에 끼우고 양측에 배치되어 있기 때문에 와이어 본딩작업을 행하기 용이한점. (4) 각 점(35, 36)은 절연판을 개재하지 않고 완충판을 개재하여 금속기판(30) 상에 접착되어 있기 때문에, 접착층의 열 피로를 적게 할 수 있는 점 등의 이점이 있다.
제 10도, 제 11도 및 제 12도에 나타낸 실시예에 있어서는 6개의 IGBT 칩 및 2개의 다이오드의 경우에 대해서 나타내었지만, 본 발명은 또 다시 다수개의 칩의 병렬접속이라도 동일하게 적용할 수 있고 또한 동일한 효과를 기대할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
제 14도는 제 10도, 제 11도 및 제 12도에 도시된 반도체 모듈의 사용상태를 나타내고 있다. 도면에 있어서, 도면부호 100은 그 위에 절연판(101)을 개재하여 제 1 전극판을 적재하는 지지기판, 102는 접착층, 103은 지지기판(100)과 같이 반도체 모듈을 수용하는 용기를 형성하는 절연 캡 부분, 104는 용기 내에 충전된 절연수지이다. 용기로부터는 각 인출단자의 단부가 노출되어 있다. 본 발명의 반도체모듈은 통상 이러한 상태로 사용된다.
제 15도는 본 발명의 모듈의 다른 실시예를 나타낸 것이다.
이 실시예의 구성상의 특징은, 2개의 스트라이프 형태를 이룬 제 1의 전극판 (31)을 금속기판(30)의 길이방향과 평행을 이루는 대변을 따라 배치하고, 각각의 제 1 전극관(31)을 따라 4개의 IGBT 칩(35)과 중앙에 위치한 1개의 다이오드칩(36)으로 이루어진 칩 열을 2열 병렬 설치하고, 칩 열 사이에 스트라이프 형태를 하고있는 제 2 전극판(33)이 설치되며, 2개의 제 1 전극판(31)의 다이오드 칩(36)에 근접한 장소에 각각 제 2 인출단자가 설치된 점에 있다. 이와같은 구성의 반도체 모듈의 등가회로는 제 16도에 도시된 구성으로 되어, 제 13도와 비교하여 배선 인덕턴스 L4에 해당하는 것이 없어졌기 때문에, 제 2 인출단자(42)로부터 각 IGBT 칩 (35)까지의 배선 인덕턴스 L11+L12, L11+L12+L13과의 차가 더욱 경감되어, 각 IGBT칩(35) 상호간의 전류 불균일성이 한층 저감된다. L11은 제 2 인출단자(42)의 배선인덕턴스, L12는 다이오드 칩(36)의 아노드 전극과 제 2 전극판(42)을 접속하는 본딩 와이어와 제 1 전극판(31)과의 접속점과, 다이오드 칩(36)에 인접한 IGBT 칩 (35)의 에미터 전극과 제 1 전극판(31)을 접속하는 본딩 와이어와 제 1 전극판(31)과의 접속점 사이의 제 1 전극판(31)이 갖는 배선 인덕턴스, L13은 다이오느 칩 (36)에 인접한 IGBT 칩(35)의 에미터 전극과 제 1 전극판(31)을 접속하는 본딩 와이어와 제 1 전극판(31)과의 접속점과, 다이오드 칩 (36)으로부터 가장 멀리 위치한 IGBT 칩(35)의 에미터 전극과 제 1 전극판(31)을 접속하는 본딩 와이어와 제 1 전극판(31)이 갖는 배선 인덕턴스이다.
제 17도는 본 발명의 반도체 모듈의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 이 실시예의 구성 상의 특징은, 3개의 IGBT 칩(35)과 1개의 다이오드 칩(36)을 2행 2열로 배치하고, 제 1 전극판(31)이 다이오드 칩(36)으로부터 IGBT 칩(35)측으로 연장되어 칩 군의 적어도 3 방향을 포위하도록 배치되고, 제 2 전극판(33)이 칩 사이에 있어서 각 칩에 인접하도록 배치된 점에 있다.
이와 같은 구성에 있어서도, 제 2 인출단자(42)로부터 다이오드 침의 와이어 본딩이 제 1 전극판(31)에 접속되어 있는 장소까지의 배선 인덕턴스가 극히 작아지고, 또한 이 배선 인덕턴스가 모든 IGBT 칩에 대해서 직렬로 부가되어 있기 때문에, IGBT 칩 사이의 전류 불균일성이 저감되어, 잡음이 생기기 어렵고, 스위칭 손실도 저감된다. 또한, 본 실시예에 있어서는 금속기판이 거의 정방형으로 되어 있기 때문에, 타 실시예의 장방형의 경우에 비해 접착층 두께의 균일화를 실현하기 쉽다고 하는 효과가 있다.
제 18도는 본 발명의 반도체 모듈의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 이 구성의 특징은, 제 1 전극판(31) 및 제 2 전극판(33)을 중앙에 배치하고, 3개의 IGBT칩(35)과 1개의 다이오드 칩(36)으로 이루어진 칩 열을 양측에 배치한 점에 있다. 그 이외의 구성은 제 10도, 제 11도 및 제 12도의 실시예와 크게 다르지 않기 때문에, ICBT 칩 사이의 전류 불균일성이 저감되어, 잡음이 생기기 어렵고, 스위칭 손실도 저감된다.
본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
본 발명에 따르면, 제 19도와 같은 3레벨 인버터장치의 전압 노이즈를 저감할 수 있고, 스위칭소자 및 다이오드의 내압을 저감할 수 있으므로, 소자의 고출력화를 도모할 수 있어, 소자 사이즈의 축소, 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 스위칭소자들로서의 IGBT와 다이오드의 라이프타임을 3레벨 인버터의 동작에 맞추어 다르게 하는 것에 의해, IGBT 모듈의 손실저감, 냉각장치의 축소, 인버터장치의 소형화를 실현할 수 있다. 더욱이, 전류변화에 따른 전압 노이즈가 작아지기 때문에, 고신뢰화를 도모할 수 있는 동시에, 고주파화할 수 있고, 소음을 저감할 수 있다. 다이오드 칩근방의 제 1 전극판의배선 인덕턴스가 복수개의 IGBT 칩에 직렬로 접속되기 때문에, 각 ISBT 칩의배선 인덕턴스의차가 경감되어, 칩 사이의 전류 불균일성이 저감될 수 있다 이러한 구성에 의해 다이오드 칩 근방의 배선 인덕턴스 L을 극소화할 수 있기 때문에, 스위칭시의 전류변동 di/dt가 커져도 전류의오버슈트는 작아 전류진동에 의한 게이트 전극으로의 잡음전류는 저감되고, 또한, 소비전력의 증가를 피할 수 있다. 또한, IGBT 모듈은 칩 면적이 크기 때문에 대전류화가 달성되는 동시에, 발열부가 분산되어 배선 인덕턴스가 작고 또한 균일하기 때문에 전류밀도 및 발열 밀도가 균일화되어, 파괴 내량이 높고, 납땜이나 와이어의 피로수명이 길어지며, 더구나 모듈사이즈가 소형으로 된다고하는 효과가 있다.
제 1도는 본 발명을 적용한 3 레벨 인버터장치의 실시예를 나타낸 회로도.
제 2도는 제 1도의 3 레벨 인버터장치의 작용효과를 설명하기 위한 개략 회로도.
제 3도는 제 1도의 3 레벨 인버터장치의 변형예를 나타낸 개략 회로도.
제 4도는 본 발명의 인버터장치에 사용되는 IGBT 모듈의 실시예를 나타낸 평면도, 단면도, 외관도 및 등가회로도.
제 5도는 본 발명의 인버터장치에 사용되는 IGBT 모듈의 다른 실시예를 나타낸 평면도, 외관도 및 등가회로도.
제 6도는 3 레벨 인버터장치에서의 IGBT의 손실 관계를 나타낸 원 그래프.
제 8도는 본 발명의 인버터장치에 적합한 IGBT를 나타낸 단면도.
제 9도는 본 발명을 적용한 반도체 모듈의 실시예를 나타낸 개략 평면도.
제 11도는 제 10도의 A-A 선에 따른 개략 단면도.
제 12도는 제 10도의 B-B 선에 따른 개략 단면도.
제 13도는 제 10도의 등가회로 및 그것의 설명도.
제 14도는 본 발명을 적용한 반도체 모듈의 사용상태를 나타낸 제 11도에 해당하는 개략 단면도.
제 15도는 본 발명을 적용한 반도체 모듈의 다른 실시예를 나타낸 개략 평면도.
제 16도는 제 15도의 등가회로도.
제 17도는 본 발명을 적용한 반도체 모듈의 또 다른 실시예를 나타낸 개략 평면도.
제 18도는 본 발명을 적용한 반도체 모듈의 또 다른 실시예를 나타낸 개략 평면도.
제 19도는 본 발명을 적용한 반도체 모듈을 사용한 3 레벨 인버터장치를 나타낸 회로도.

Claims (5)

  1. 한쌍의 직류단자와,
    상기 한쌍의 직류단자의 전위들 사이의 중간 전위를 갖는 중간 노드와,
    인버터장치의 위상수와 같은 수의 교류단자와,
    상기 직류단자 중 하나와 상기 교류단자 중 하나 사이에 접속되고, 각각 스위칭소자와 상기 스위칭소자에 역극성의 다이오드를 구비한 병렬회로가 2개 직렬 접속된 병렬회로를 구비한 복수개의 아암과,
    각각 상기 중간 노드와 상기 아암 중 대응하는 하나의 아암의 병렬회로 사이의 노드 사이에 접속된 복수개의 다이오드를 구비하고,
    상기 아암 각각은, 금속기판과, 상기 금속기판 상에 배치된 복수개의 절연판과, 상기 각각의 절연판 상에 배치된 복수개의 전극판과, 상기 각각의 절연판 상의 상기 전극판 중 적어도 하나의 전극판 상에 배치된 스위칭소자 칩 및 다이오드 칩과, 상기 전극판 상에 배치된 복수개의 단자를 구비한 단일모듈로 구성되고,
    상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 라이프타임이 상기 교류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 라이프타임보다 짧아 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 스위칭 손실 및 스위칭 시간을 저감시키도록, 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭장치에 라이프타임 제어가 적용되고,
    상기 라이프타임 제어는 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자를 전자선으로 조사하여 상기 단축된 라이프타임을 생성하는 과정을 구비한 것을 특징으로 하는 인버터장치.
  2. 한쌍의 직류단자와,
    상기 한쌍의 직류단자의 전위들 사이의 중간 전위를 갖는 중간 노드와,
    인버터장치의 위상수와 같은 수의 교류단자와,
    상기 직류단자 중 하나와 상기 교류단자 중 하나 사이에 접속되고, 각각 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터에 역극성의 다이오드를 구비한 병렬회로가 2개 직렬 접속된 병렬회로를 구비한 복수개의 아암과,
    각각 상기 중간 노드와 상기 아암 중 대응하는 하나의 아암의 병렬회로 사이의 노드 사이에 접속된 복수개의 다이오드를 구비하고,
    상기 아암 각각은, 금속기판과, 상기 금속기판 상에 배치된 복수개의 절연판과, 상기 각각의 절연판 상에 배치된 복수개의 전극판과, 상기 각각의 절연판 상의 상기 전극판 중 적어도 하나의 전극판 상에 배치된 절연게이트 바이폴라 트랜지스터 칩및 다이오드 칩과, 상기 전극판 상에 배치된 복수개의 단자를 구비한 단일 모듈로 구성되고,
    상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 라이프타임이 상기 교류단자에 가까이 놓인 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 라임프타임보다 짧아 상기 교류단자에 가까이 놓인 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 스위칭 손실 및 스위칭 시간을 저감시키도록, 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터에 라이프타임 제어가 적용되고,
    상기 라이프타임 제어는 상기 직류단자에 가까이 놓인 절연게이트 바이폴라 트랜지스터를 전자선으로 조사하고 상기 단축된 라이프타임을 생성하는 과정을 구비한 것을 특징으로 하는 인버터장치.
  3. 직류전원회로의 고전위점에 접속된 제 1 직류단자와,
    직류전원회로의 저전위점에 접속된 제 2 직류단자와,
    직류전원회로의 고전위점과 저전위점 사이의 중간 전위를 갖는 중간전위 노드에 접속된 제 3 직류단자와,
    교류출력의 위상수와 같은 수의 교류단자와,
    상기 제 1 직류단자와 상기 제 2 직류단자 사이에 병렬접속되고, 각각 상기 교류단자 중 하나에 접속된 중간점을 구비한, 교류출력의 위상수와 같은 수의 복수개의 단일 인버터를 구비하고,
    상기 단일 인버터 각각은, 직렬 접속된 제 1, 제 2, 제3 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와, 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와 역극성으로 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터 각각과 병렬 접속된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 다이오드와, 상기 제 1 및 제 2 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 중간 노드 및 상기 제 3 직류단자 중 하나에 접속된 제 5 다이오드와,
    상가 제3 및 제4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 중간노드 및 상기 제3 직류단자 중 하나에 접속된 제 6 다이오드를 구비하고,
    상기 단일 인버터에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와상기 제 1 및 제 2 다이오드는 제 1 단일 모듈을 구비하고, 상기 제 3 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와 상기 제 3 및 제 4 다이오드는 제 2 단일 모듈을 구비하며, 상기 제 1 및 제 2 단일 모듈 각각은, 금속기판과, 상기 금속기판 상에 배치된 복수개의 절연판과, 상기 각각의 절연판 상에 배치된 복수개의 전극판과, 상기 각각의 전극판 상에 배치된 복수개의 단자를 구비하고, 제 1 및 제 2 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와 상기 제 1 및 제 2 다이오드를 형성하는 제 1 및 제 2 다이오드 칩은 상기 제 1 단일 모듈의 절연판 상의 전극판 중의 적어도 하나의 전극판 상에 배치되고, 제 3 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터와 상기 제 3 및 제 4 다이오드를 형성하는 제 3 및 제 4 다이오드 칩은 상기 제 2단일 모듈의 절연판 상의 전극판 중 적어도 하나의 전극판 상에 배치되며,
    상기 제 1 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 라이프타임이 상기 제 2 및 제 3 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 라이프타임보다 짧아 상기 제1 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 스위칭 손실 및 스위칭 시간을 저감시키도록, 상기 제 1 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터에 라이프 타임 제어가 적용되고, 상기 라이프타임 제어는 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 제 1 및 제 4 절연게이트 바이폴라 트랜지스터를 전자선으로 조사하여 상기 단축된 라이프타임을 생상하는 과정을 구비한 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  4. 한쌍의 직류단자와,
    상기 한쌍의 직류단자의 전위들 사이의 중간 전위를 갖는 중간 노드와,
    인버터장치의 위상수와 같은 수의 교류단자와,
    상기 직류단자 중 하나와 상기 교류단자 중 하나 사이에 접속되고, 각각 스위칭소자와 상기 스위칭소자에 역극성의 다이오드를 구비한 병렬회로가 2개 직렬 접속된 병렬회로를 구비한 복수개의 아암과,
    각각 상기 중간 노드와 상기 아암 중 대응하는 하나의 아암의 병렬회로 사이의 노드 사이에 접속된 복수개의 다이오드를 구비하고,
    상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 라이프타임이 상기 교류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 라이프타임보다 짧아 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자의 스위칭 손실 및 스위칭 시간을 저감시키도록, 상기 직류단에 가까이 놓인 상기 스위칭장치에 라이프타임 제어가 적용되고,
    상기 라이프타임 제어는 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 스위칭소자를 전자선으로 조사하여 상기 단축된 라이프타임을 생성하는 과정을 구비한 것을 특징으로 하는 인버터장치.
  5. 한쌍의 직류단자와,
    상기 한쌍의 직류단자의 전위들 사이의 중간 전위를 갖는 중간 노드와,
    위상수와 같은 수의 교류단자와,
    상기 직류단자 중 상기 교류단자 중 하나 사이에 접속되고, 각각 스위칭소자와 상기 스위칭소자에 역극성의 다이오드를 구비한 병렬회로가 2개 직렬 접속된 병렬회로를 구비한 복수개의 아암과,
    각각 상기 중간 노드와 상기 아암 중 대응하는 하나의 아암의 병렬회로 사이의 노드 사이에 접속된 복수개의 다이오드를 구비하고,
    상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 별렬회로의 상기 다이오드의 라이프타임이 상기 교류단자에 가까이 놓인 상기 병렬회로의 상기 다이오드의 스위칭 손실 및 스위칭시간을 저감시키도록, 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 병렬회로의 상기 다이오드에 라이프타임 제어가 적용되고,
    상기 라이프타임 제어는 상기 직류단자에 가까이 놓인 상기 다이오드를 전자선으로 조사하여 상기 단축된 라이프타임을 생성하는 과정을 구비한 것을 특징으로 하는 인버터장치 .
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Families Citing this family (104)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5731970A (en) * 1989-12-22 1998-03-24 Hitachi, Ltd. Power conversion device and semiconductor module suitable for use in the device
EP1492220A3 (en) * 1991-09-20 2005-03-09 Hitachi, Ltd. IGBT-module
DE4418426B4 (de) * 1993-09-08 2007-08-02 Mitsubishi Denki K.K. Halbleiterleistungsmodul und Verfahren zur Herstellung des Halbleiterleistungsmoduls
JPH06233554A (ja) * 1993-01-28 1994-08-19 Fuji Electric Co Ltd インバータ装置
DE9403108U1 (de) * 1994-02-24 1994-04-14 Siemens Ag Niederinduktive Hochstromverschienung für Stromrichtermodule
JP3153408B2 (ja) * 1994-03-10 2001-04-09 株式会社日立製作所 直列多重電力変換器
DE4412407C2 (de) * 1994-04-11 1996-03-07 Jungheinrich Ag Schaltungsanordnung für den Betrieb mindestens eines batteriebetriebenen Elektromotors in einem Flurförderzeug
US5576943A (en) * 1995-05-22 1996-11-19 Kaman Electromagnetics Corporation Soft switched three phase inverter with staggered resonant recovery system
SE9502249D0 (sv) * 1995-06-21 1995-06-21 Abb Research Ltd Converter circuitry having at least one switching device and circuit module
JP3429921B2 (ja) * 1995-10-26 2003-07-28 三菱電機株式会社 半導体装置
US5748456A (en) * 1995-11-24 1998-05-05 Asea Brown Boveri Ag Power semiconductor module system
DE19758592B4 (de) * 1996-06-18 2005-01-27 Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki Verwendung von Schaltmodulen in einem Leistungsumrichter
JP3263317B2 (ja) * 1996-06-18 2002-03-04 株式会社東芝 スイッチングモジュールおよびモジュールを用いた電力変換器
FR2764713B1 (fr) * 1997-06-11 1999-07-16 Commissariat Energie Atomique Procede de commande d'au moins un transistor du type igbt apte a permettre le fonctionnement de celui-ci sous irradiation
GB9713136D0 (en) * 1997-06-20 1997-08-27 Switched Reluctance Drives Ltd Switching circuit for a reluctance machine
US5889668A (en) * 1997-09-05 1999-03-30 Electric Power Research Institute, Inc. Three-phase DC-to-AC power inverter with three-level poles
US6058031A (en) * 1997-10-23 2000-05-02 General Electric Company Five level high power motor drive converter and control system
US6051898A (en) * 1998-01-02 2000-04-18 Japan Servo Co., Ltd. Stepping motor having external rotor and electromagnetic-combined-permanent-magnet stator
SE511219C2 (sv) * 1998-01-27 1999-08-23 Asea Brown Boveri Omriktare där klampningsdioderna ersatts av en aktiv klampningskrets
US6118932A (en) * 1998-03-23 2000-09-12 Electric Boat Corporation Method and arrangement for a high voltage single-stage variable speed drive
US6340851B1 (en) 1998-03-23 2002-01-22 Electric Boat Corporation Modular transformer arrangement for use with multi-level power converter
DE19826731C2 (de) * 1998-06-16 2000-10-26 Gruendl & Hoffmann Halbbrückenbaugruppe
JP3383588B2 (ja) * 1998-08-04 2003-03-04 株式会社東芝 電力変換装置
DE19843692C2 (de) * 1998-09-24 2003-04-30 Aloys Wobben Wechselrichter für die Einspeisung sinusförmiger Ströme in ein Wechselstromnetz
DE19961382A1 (de) 1999-07-31 2001-02-01 Alstom Anlagen Und Antriebssys Elektrische Schaltung, insbesondere für einen Mittelspannungsstromrichter
WO2001010007A1 (de) * 1999-07-31 2001-02-08 Alstom Power Conversion Gmbh Elektrische schaltung, insbesondere für einen mittelspannungsstromrichter
US6356043B2 (en) * 1999-09-09 2002-03-12 Matthew C. Baum Motor controller power switch arrangement
US6166602A (en) * 1999-09-27 2000-12-26 General Electric Company High-efficiency switching power amplifier
US6137703A (en) * 1999-11-23 2000-10-24 Otis Elevator Company Clamped bidirectional power switches
ES2612002T3 (es) * 2000-03-27 2017-05-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Circuito convertidor monofásico, aparato convertidor y el aparato de ciclo de refrigeración
CN1230965C (zh) * 2000-09-13 2005-12-07 Abb研究有限公司 带有源钳位开关的三电平逆变器的控制和调节方法及装置
US6795323B2 (en) * 2000-12-07 2004-09-21 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Three-level neutral point clamping pwn inverter and neutral point voltage controller
US6943445B2 (en) * 2001-03-30 2005-09-13 Hitachi, Ltd. Semiconductor device having bridge-connected wiring structure
JP3668708B2 (ja) * 2001-10-22 2005-07-06 株式会社日立製作所 故障検知システム
US7183616B2 (en) * 2002-03-31 2007-02-27 Alpha & Omega Semiconductor, Ltd. High speed switching MOSFETS using multi-parallel die packages with/without special leadframes
US8169062B2 (en) * 2002-07-02 2012-05-01 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Integrated circuit package for semiconductior devices with improved electric resistance and inductance
SE524014C2 (sv) * 2002-10-09 2004-06-15 Abb Ab Omriktare samt förfarande för styrning av en omriktare
SE525572C2 (sv) * 2002-12-23 2005-03-15 Danaher Motion Stockholm Ab Motordrivenhet av växelriktartyp
US7088073B2 (en) * 2003-01-24 2006-08-08 Toshiba Internationl Corporation Inverter drive system
EP1501180A1 (de) * 2003-07-23 2005-01-26 ABB Schweiz AG Umrichterschaltung
US6954366B2 (en) * 2003-11-25 2005-10-11 Electric Power Research Institute Multifunction hybrid intelligent universal transformer
US20070230226A1 (en) * 2003-11-25 2007-10-04 Jih-Sheng Lai Multilevel intelligent universal auto-transformer
US7050311B2 (en) * 2003-11-25 2006-05-23 Electric Power Research Institute, Inc. Multilevel converter based intelligent universal transformer
US20070223258A1 (en) * 2003-11-25 2007-09-27 Jih-Sheng Lai Multilevel converters for intelligent high-voltage transformers
US20050139259A1 (en) * 2003-12-30 2005-06-30 Robert Steigerwald Transformerless power conversion in an inverter for a photovoltaic system
JP4547231B2 (ja) * 2004-10-22 2010-09-22 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
US7327024B2 (en) * 2004-11-24 2008-02-05 General Electric Company Power module, and phase leg assembly
JP4600159B2 (ja) * 2005-06-01 2010-12-15 三菱電機株式会社 ３レベル電力変換装置
US7733674B2 (en) * 2006-11-22 2010-06-08 Nissan Motor Co., Ltd. Power conversion apparatus for converting direct current to polyphase alternating current
JPWO2008075418A1 (ja) * 2006-12-20 2010-04-02 三菱電機株式会社 ３レベル電力変換装置
JP2008193779A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体モジュール
US7986535B2 (en) * 2007-07-17 2011-07-26 Raytheon Company Methods and apparatus for a cascade converter using series resonant cells with zero voltage switching
US7839023B2 (en) * 2007-07-18 2010-11-23 Raytheon Company Methods and apparatus for three-phase inverter with reduced energy storage
DE102008007659A1 (de) * 2008-02-06 2009-02-19 Siemens Aktiengesellschaft Umrichter
JP4506848B2 (ja) 2008-02-08 2010-07-21 株式会社デンソー 半導体モジュール
EP2245716A2 (en) * 2008-02-21 2010-11-03 Stellaris Corporation Photovoltaic ladder inverter
EP2107672A1 (de) * 2008-03-31 2009-10-07 SMA Solar Technology AG Dreiphasiger Wechselrichter ohne Verbindung zwischen dem Neutralleiter des Netzes und dem Mittelpunkt des Zwischenkreises
EP2182551A1 (en) * 2008-10-29 2010-05-05 ABB Research Ltd. Connection arrangement for semiconductor power modules
JP5476028B2 (ja) * 2009-04-17 2014-04-23 株式会社日立製作所 パワー半導体スイッチング素子のゲート駆動回路及びインバータ回路
US8611120B2 (en) 2009-06-19 2013-12-17 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion apparatus
JP5611684B2 (ja) * 2010-06-22 2014-10-22 株式会社東芝 電力変換装置
EP2413489B1 (en) * 2010-07-30 2013-09-11 Vinotech Holdings S.à.r.l. Highly efficient half-bridge DC/AC converter
WO2012040257A1 (en) * 2010-09-21 2012-03-29 Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation Two terminal multilevel converter
JP5724314B2 (ja) * 2010-11-16 2015-05-27 富士電機株式会社 パワー半導体モジュール
EP2456059B1 (en) 2010-11-17 2018-05-23 ABB Schweiz AG Switching branch modul for a three-level converter and method for controlling that switching branch
JP5218541B2 (ja) * 2010-12-14 2013-06-26 株式会社デンソー スイッチングモジュール
US8929114B2 (en) * 2011-02-24 2015-01-06 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Three-level active neutral point clamped zero voltage switching converter
JP5659877B2 (ja) * 2011-03-07 2015-01-28 富士電機株式会社 電力変換装置
US8749939B2 (en) * 2011-05-13 2014-06-10 Mks Instruments, Inc. Method and system for shoot-through protection
CN102208403B (zh) * 2011-05-24 2013-03-20 嘉兴斯达半导体股份有限公司 一种半桥功率模块
WO2013030956A1 (ja) 2011-08-30 2013-03-07 三菱電機株式会社 半導体装置
JP5663450B2 (ja) * 2011-10-18 2015-02-04 株式会社日立製作所 電力変換装置
WO2013151542A1 (en) * 2012-04-04 2013-10-10 Otis Elevator Company Multilevel converter
KR101686313B1 (ko) 2012-04-26 2016-12-13 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 파워 모듈 및 그것을 이용한 3레벨 전력 변환 장치
CN105164908B (zh) * 2012-08-10 2018-06-12 三菱电机株式会社 三电平功率转换装置
JP6102297B2 (ja) * 2013-02-06 2017-03-29 富士電機株式会社 半導体装置
CN104332446A (zh) * 2013-07-22 2015-02-04 西安永电电气有限责任公司 Dbc基板
DE202013104510U1 (de) 2013-10-04 2013-11-14 Abb Technology Ag Halbleiterstapel für Umrichter mit Snubber-Kondensatoren
WO2015104914A1 (ja) 2014-01-09 2015-07-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 半導体装置並びにそれを用いた電力変換装置
US20150214830A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 General Electric Company System and method of power conversion
EP3100301B1 (en) * 2014-01-30 2019-11-06 Cree Fayetteville, Inc. Low profile, highly configurable, current sharing paralleled wide band gap power device power module
CN103986354B (zh) * 2014-05-23 2016-10-12 台达电子企业管理（上海）有限公司 三电平整流器
CN104113192A (zh) * 2014-06-24 2014-10-22 许继电气股份有限公司 Igbt三电平功率模块
DE102014111931B4 (de) 2014-08-20 2021-07-08 Infineon Technologies Ag Niederinduktive Schaltungsanordnung mit Laststromsammelleiterbahn
EP3093974B1 (en) * 2014-08-26 2019-02-20 Fuji Electric Co., Ltd. Three-level power conversion device
US10439516B2 (en) * 2015-06-23 2019-10-08 Nissan Motor Co., Ltd. Inverter with charging capability
DE102016216324A1 (de) * 2016-08-30 2018-03-01 Robert Bosch Gmbh Antriebssystem, insbesondere für ein Fahrzeug, und Verfahren zum Aufheizen eines Antriebssystems
JP6665759B2 (ja) * 2016-11-10 2020-03-13 三菱電機株式会社 高周波回路
EP3480846A1 (en) 2017-11-03 2019-05-08 Infineon Technologies AG Semiconductor arrangement with reliably switching controllable semiconductor elements
FR3073689B1 (fr) * 2017-11-10 2020-07-24 Commissariat Energie Atomique Module de commutation pour onduleur ou redresseur de tension
KR102518216B1 (ko) * 2017-12-07 2023-04-06 현대자동차주식회사 전력 모듈, 그의 제조 방법 및 그를 가지는 차량
DE102017011878A1 (de) * 2017-12-21 2019-06-27 3-5 Power Electronics GmbH Stapelförmiges III-V-Halbleiterbauelement
US11424693B2 (en) * 2018-04-27 2022-08-23 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Three-level power conversion device, three-level power conversion device control method, and storage medium
EP3748835A1 (en) 2019-06-06 2020-12-09 Infineon Technologies AG Power semiconductor module arrangement
CN110247568B (zh) * 2019-06-29 2020-11-13 东北电力大学 一种三相二极管钳位型三电平双输出逆变器拓扑结构
EP3761492B1 (en) * 2019-07-05 2023-01-04 Infineon Technologies AG Snubber circuit and power semiconductor module with snubber circuit
JP7408941B2 (ja) 2019-07-25 2024-01-09 富士電機株式会社 電力変換装置
JP7160007B2 (ja) * 2019-09-20 2022-10-25 トヨタ自動車株式会社 電源装置
CN111106098B (zh) * 2019-12-13 2021-10-22 扬州国扬电子有限公司 一种低寄生电感布局的功率模块
JP7351209B2 (ja) 2019-12-17 2023-09-27 富士電機株式会社 半導体装置
US11251163B2 (en) 2019-12-18 2022-02-15 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device having circuit board interposed between two conductor layers
JP7396041B2 (ja) * 2019-12-27 2023-12-12 ニデックパワートレインシステムズ株式会社 モータ駆動用制御基板、及び電動オイルポンプ
CN212324008U (zh) * 2020-04-20 2021-01-08 阳光电源股份有限公司 一种逆变器及其功率单元和功率模块
DE102021123308A1 (de) 2021-09-09 2023-03-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Halbleitermodul mit zumindest einem ersten Halbleiterelement und einem seriell zum ersten Halbleiterelement verschalteten zweiten Halbleiterelement, elektrische Vollbrücke, Leistungsfaktorkorrekturschaltung sowie Resonanzwandler

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03195376A (ja) * 1989-12-22 1991-08-26 Hitachi Ltd ダイオード及びｉｇｂｔとの並列回路とそのモジュール及びそれを用いた電力変換装置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2435883A1 (fr) * 1978-06-29 1980-04-04 Materiel Telephonique Circuit integre hybride et son procede de fabrication
JPS58187023A (ja) * 1982-04-27 1983-11-01 Fanuc Ltd トランジスタモジユ−ル
JPS6081660U (ja) * 1983-11-10 1985-06-06 富士電機株式会社 ダ−リントントランジスタ
JPS60239051A (ja) * 1984-05-11 1985-11-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
DE3420535C2 (de) * 1984-06-01 1986-04-30 Anton Piller GmbH & Co KG, 3360 Osterode Halbleiter-Modul für eine schnelle Schaltanordnung
JPS6240069A (ja) * 1985-08-16 1987-02-21 Meidensha Electric Mfg Co Ltd 電圧形インバ−タの接続構造
US4853762A (en) * 1986-03-27 1989-08-01 International Rectifier Corporation Semi-conductor modules
US4920405A (en) * 1986-11-28 1990-04-24 Fuji Electric Co., Ltd. Overcurrent limiting semiconductor device
US4907068A (en) * 1987-01-21 1990-03-06 Siemens Aktiengesellschaft Semiconductor arrangement having at least one semiconductor body
US4816984A (en) * 1987-02-06 1989-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Bridge arm with transistors and recovery diodes
JP2576552B2 (ja) * 1987-12-16 1997-01-29 株式会社明電舎 インバータの素子配列
DE3907940A1 (de) * 1988-05-05 1989-11-16 Asea Brown Boveri Verfahren zur symmetrierung der spannungsaufteilung an stromrichtern mit mehrpunktschaltung
JP2658427B2 (ja) * 1989-01-17 1997-09-30 富士電機株式会社 電力変換用半導体素子のスナバ回路とそのモジュール装置
US5182626A (en) * 1989-09-20 1993-01-26 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Insulated gate bipolar transistor and method of manufacturing the same
DE3937045A1 (de) * 1989-11-07 1991-05-08 Abb Ixys Semiconductor Gmbh Leistungshalbleitermodul
US4965710A (en) * 1989-11-16 1990-10-23 International Rectifier Corporation Insulated gate bipolar transistor power module
JP2566021B2 (ja) * 1989-11-22 1996-12-25 三菱電機株式会社 インバータ装置の運転方法
US5025360A (en) * 1989-12-20 1991-06-18 Sundstrand Corporation Inverter switch with parallel free-wheel diodes
US5166760A (en) * 1990-02-28 1992-11-24 Hitachi, Ltd. Semiconductor Schottky barrier device with pn junctions
JP2590284B2 (ja) * 1990-02-28 1997-03-12 株式会社日立製作所 半導体装置及びその製造方法
US5278443A (en) * 1990-02-28 1994-01-11 Hitachi, Ltd. Composite semiconductor device with Schottky and pn junctions
US5119286A (en) * 1989-12-28 1992-06-02 Sundstrand Corporation Modular circuit board
JPH04322174A (ja) * 1991-04-19 1992-11-12 Toshiba Corp 車両用電力変換装置
US5184291A (en) * 1991-06-13 1993-02-02 Crowe Lawrence E Converter and inverter support module
EP1492220A3 (en) * 1991-09-20 2005-03-09 Hitachi, Ltd. IGBT-module
US5170337A (en) * 1992-01-29 1992-12-08 General Electric Company Low-inductance package for multiple paralleled devices operating at high frequency

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03195376A (ja) * 1989-12-22 1991-08-26 Hitachi Ltd ダイオード及びｉｇｂｔとの並列回路とそのモジュール及びそれを用いた電力変換装置

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