KR100911067B1 - 3 레벨 전력 변환 장치 - Google Patents

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료우스케 나카가와
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

3 레벨 전력 변환 장치의 각 상이 1 개의 유닛으로 구성되고, 각 유닛내의 4 개 스위칭 소자(1u ~ 4u)와 2 개의 다이오드(9u, 1Ou)는 냉각기의 수열부(15)상에서 긴 변을 냉각풍이 흐르는 방향에 수직으로 향하여 냉각풍이 흐르는 방향을 따라서 나란히 배치한다. 이 때, 수열부(15)의 중앙부에 제1, 제2의 다이오드(9u, 1Ou)를 배치하고, 발열 손실이 높은 제2의 스위칭 소자(2u)와 제3의 스위칭 소자(3u)는 중앙부의 다이오드 그룹을 사이에 두고 분산 배치함으로써, 각 스위칭 소자의 온도 상승의 평준화를 도모한다.

Description

3 레벨 전력 변환 장치{THREE LEVEL POWER CONVERTING APPARATUS}
본 발명은 복수의 반도체 소자와 냉각기 등으로 구성되는 3 레벨 전력 변환 장치에 관한 것이다.
종래의 3 레벨 전력 변환 장치는 각 상(相)의 메인 회로를 구성하는 스위칭 소자나 다이오드 등의 반도체 소자가 하나의 유닛을 구성하고, 그 메인 회로는 직류 정극 단자와 직류 부극 단자와의 사이에 제1 ~ 제4의 4 개 반도체 소자를 직렬로 접속하는 동시에, 제1의 다이오드와 제2의 다이오드를 직렬로 접속하고, 제2의 반도체 소자와 제3의 반도체 소자와의 접속점에 교류 단자를 접속하는 동시에, 제1의 다이오드와 제2의 다이오드와의 접속점에 중성점 단자를 접속하고, 제1의 다이오드는 제1의 반도체 소자와 제2의 반도체 소자와의 접속점에 접속되고, 제2의 다이오드는 제3의 반도체 소자와 제4의 반도체 소자와의 접속점에 접속되어서 구성된다. 하나의 유닛을 구성하는 반도체 소자 그룹은 냉각기의 수열(受熱)부에 배치되고, 각각의 반도체 소자의 짧은 변측을 냉각풍의 흐름에 직면하는 방향으로 향하여, 발열 손실이 작은 제1의 다이오드 및 제2의 다이오드가 냉각기의 수열부 중앙에 배치되고, 그 양측에 발열 손실이 큰 제2의 반도체 소자 및 제3의 반도체 소자가 배치되고, 제2의 반도체 소자와 제3의 반도체 소자보다 발열 손실이 작은 제1의 반도체 소자 및 제4의 반도체 소자가 수열부의 양단에 배치되어 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특개 2003-79162호 공보
종래의 3 레벨 전력 변환 장치에서는 복수 유닛의 반도체 소자 그룹이 냉각풍의 상류와 하류에 인접하여 배치되어 있기 때문에, 복수의 유닛내에서는 발열 손실이 큰 반도체 소자도 냉각풍의 상류와 하류에 인접하여 배치된다. 바람이 흘러 가는 하측 유닛의 반도체 소자는 자신의 발열에 더하여, 바람이 흘러 오는 상측 유닛의 반도체 소자로부터의 배열(排熱)의 영향을 받는다. 이 때문에 복수 유닛의 발열 손실이 큰 소자가 냉각풍이 흐르는 방향으로 나란한 영역에서는, 바람이 흘러 가는 하측 유닛의 반도체 소자가 충분히 냉각되지 않고, 온도 상승을 허용 범위내에 억제하는 것이 곤란하다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 냉각기의 바람이 흘러 가는 하측에 배치된 반도체 소자가 바람이 흘러 오는 상측에 배치된 반도체 소자로부터 받는 배열의 영향을 작게 함으로써, 각 반도체 소자의 온도 상승의 평준화를 도모하고, 냉각기의 냉각 효율을 높이는 것이 가능한 3 레벨 전력 변환 장치를 얻는 것이다.
본 발명에 의한 제1의 3 레벨 전력 변환 장치는, 전력 변환부를 구성하는 각 상이 하나의 유닛으로 구성되고, 상기 각 유닛은 직류측의 정극 단자와 부극 단자와의 사이에 제1의 스위칭 소자부터 제4의 스위칭 소자의 4 개 스위칭 소자를 차례대로 직렬로 접속하고, 상기 제1의 스위칭 소자와 상기 제2의 스위칭 소자의 접속점과, 직류측의 정극 단자와 부극 단자의 중간 단자와의 사이에 제1의 다이오드를 접속하고, 상기 제3의 스위칭 소자와 상기 제4의 스위칭 소자의 접속점과 상기 중간 단자와의 사이에 제2의 다이오드를 접속하고, 상기 제2의 스위칭 소자와 상기 제3의 스위칭 소자와의 사이에 교류 단자를 구비하고, 복수의 상기 유닛을 구성하는 복수의 스위칭 소자 및 복수의 다이오드가 냉각기의 동일 평면상의 수열부에 배치되고, 한 방향으로 흐르는 냉각 매체에 의해 상기 냉각기가 냉각된다. 그리고, 상기 수열부의 중앙부에 상기 복수의 다이오드를 인접하여 배치하고, 상기 각 스위칭 소자의 긴 변을 상기 냉각 매체가 흐르는 방향에 수직으로 향하여, 상기 제1의 스위칭 소자 및 상기 제2의 스위칭 소자를 상기 복수의 다이오드의 일방(一方)측에, 상기 제3의 스위칭 소자 및 상기 제4의 스위칭 소자를 상기 복수의 다이오드의 타방(他方)측에 배치하여, 상기 복수의 스위칭 소자를 상기 복수의 다이오드를 사이에 두고 상기 냉각 매체가 흐르는 방향을 따라서 나란히 둔 것이다.
본 발명에 의한 제2의 3 레벨 전력 변환 장치는 전력 변환부를 구성하는 각 상이 1 개의 유닛으로 구성되고, 상기 각 유닛은 직류측의 정극 단자와 부극 단자와의 사이에 제1의 스위칭 소자부터 제4의 스위칭 소자의 4 개 스위칭 소자를 차례대로 직렬로 접속하고, 상기 제1의 스위칭 소자와 상기 제2의 스위칭 소자의 접속점과, 직류측의 정극 단자와 부극 단자의 중간 단자와의 사이에 제1의 다이오드를 접속하고, 상기 제3의 스위칭 소자와 상기 제4의 스위칭 소자의 접속점과 상기 중간 단자와의 사이에 제2의 다이오드를 접속하고, 상기 제2의 스위칭 소자와 상기 제3의 스위칭 소자와의 사이에 교류 단자를 구비하고, 복수의 상기 유닛을 구성하는 복수의 스위칭 소자 및 복수의 다이오드가 냉각기의 동일 평면상의 수열부에 배치되고, 한 방향으로 흐르는 냉각 매체에 의해 상기 냉각기가 냉각된다. 그리고, 상기 각 스위칭 소자의 긴 변을 상기 냉각 매체가 흐르는 방향에 수직으로 향하여, 상기 제1의 스위칭 소자 및 상기 제4의 스위칭 소자를 상기 수열부의 중앙부에 배치하고, 상기 제2의 스위칭 소자 및 상기 제1의 다이오드를 상기 중앙부의 일방측에, 상기 제3의 스위칭 소자 및 상기 제2의 다이오드를 상기 중앙부의 타방측에 배치하여, 상기 복수의 스위칭 소자 및 복수의 다이오드를 상기 냉각 매체가 흐르는 방향을 따라서 나란히 둔 것이다.
본 발명에 의한 제1, 제2의 3 레벨 전력 변환 장치는 발열 손실이 큰 반도체 소자가 냉각 매체의 상류와 하류에 인접하여 배치되는 일 없이, 분산하여 배치된다. 이 때문에, 각 스위칭 소자의 온도 상승의 평준화가 도모되고, 냉각기의 냉각 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전력 변환 장치의 전기 회로도.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전력 변환 장치가 컨버터로서 동작하는 경우의 전류 경로를 나타내는 설명도.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전력 변환 장치가 컨버터로서 동작하는 경우의 전류 경로를 나타내는 설명도.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전력 변환 장치가 컨버터로서 동작하는 경우의 전류 경로를 나타내는 설명도.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전력 변환 장치에 있어서 각 반도체 소자의 냉각기상에서의 배치를 나타내는 평면도.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전력 변환 장치에 있어서 냉각기상의 온도 상승 시뮬레이션 결과를 나타내는 설명도.
도 7은 특허 문헌 1의 제1 도에 있어서의 냉각기상의 온도 상승 시뮬레이션 결과를 나타내는 설명도.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1의 다른 적용예에 의한 전력 변환 장치에 있어서 각 반도체 소자의 냉각기상에서의 배치를 나타내는 평면도.
도 9는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전력 변환 장치에 있어서 각 반도체 소자의 냉각기상에서의 배치를 나타내는 평면도.
<부호의 설명>
1u, 1v 제1의 스위칭 소자
2u, 2v 제2의 스위칭 소자
3u, 3v 제3의 스위칭 소자
4u, 4v 제4의 스위칭 소자
5 IGBT
6 플라이 휠(fly wheel) 다이오드
7u, 7v 제1의 스위칭 소자와 제2의 스위칭 소자와의 접속점
8u, 8v 제3의 스위칭 소자와 제4의 스위칭 소자와의 접속점
9u, 9v 제1의 다이오드
10u, 10v 제2의 다이오드
11, 12 컨덴서
13u, 13v 제1의 다이오드와 제2의 다이오드의 접속점
14u, 14v 교류 단자
15 수열부
P 직류 정극 단자
N 직류 부극 단자
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 3 레벨 전력 변환 장치를 컨버터로서 적용한 전기 회로도이다.
도 1에 있어서, 우선 U상 유닛은 직류 정극 단자 P와 직류 부극 단자 N과의 사이에 제1의 스위칭 소자(1u), 제2의 스위칭 소자(2u), 제3의 스위칭 소자(3u), 제4의 스위칭 소자(4u)가 차례대로 직렬로 접속되어 있다.
동일하게 V상 유닛도, 직류 정극 단자 P와 직류 부극 단자 N과의 사이에 제1의 스위칭 소자(1v), 제2의 스위칭 소자(2v), 제3의 스위칭 소자(3v), 제4의 스위칭 소자(4v)가 차례대로 직렬로 접속되어 있다.
또한, 각 스위칭 소자(1u ~ 4u, 1v ~ 4v)는 예를 들면 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 GTO 등의 자기소호(自己消弧, self-turn-off)형 반도체 소자로 이루어지고, 본 실시 형태 1에서는 IGBT(5)와 이 IGBT(5)에 역병렬로 접속된 플라이 휠 다이오드(6)가 일체로 모듈화되어 있다.
U상 유닛의 제1의 스위칭 소자(1u)와 제2의 스위칭 소자(2u)와의 접속점(7u)과, 제3의 스위칭 소자(3u)와 제4의 스위칭 소자(4u)와의 접속점(8u)과의 사이에 제1의 다이오드(9u)와 제2의 다이오드(10u)가 직렬 접속되어 있다.
동일하게, V상 유닛의 제1의 스위칭 소자(1v)와 제2의 스위칭 소자(2v)와의 접속점(7v)과, 제3의 스위칭 소자(3v)와 제4의 스위칭 소자(4v)와의 접속점(8v)과의 사이에 제1의 다이오드(9v)와 제2의 다이오드(10v)가 직렬 접속되어 있다.
이러한 U상 유닛과 V상 유닛은 병렬 접속되고, 또한 직렬 접속된 컨덴서(11, 12)가 각 상 유닛과 병렬로 접속되어 있다.
그리고, 컨덴서(11)와 컨덴서(12)와의 접속점 C와, U상 유닛의 제1의 다이오드(9u)와 제2의 다이오드(10u)의 접속점(13u), 및 V상 유닛의 제1의 다이오드(9v)와 제2의 다이오드(10v)의 접속점(13v)이 접속되어 있다.
또한, U상 유닛의 제2의 스위칭 소자(2u)와 제3의 스위칭 소자(3u)와의 사이에 교류 단자(14u)를 구비하고, 동일하게 V상 유닛의 제2의 스위칭 소자(2v)와 제3의 스위칭 소자(3v)와의 사이에 교류 단자(14v)를 구비하고 있다.
다음에 이 전력 변환 장치의 동작에 대해 설명한다. 도 2 ~ 도 4는 도 1의 3 레벨 전력 변환 장치가 컨버터로서 동작하는 경우의 전류 경로를 나타내는 설명도이다. 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터로서 동작하는 경우, 도 2 ~ 도 4에 나타내는 바와 같이, 모드 1 → 모드 2 → ㆍㆍㆍ → 모드 6 으로 차례대로 도통 소자 및 전류 경로가 전환된다.
도 2에 있어서, 입력 전류가 교류 단자(14u)로부터 전류 A의 방향으로 유입하는 모드 1 상태에서, V상 유닛의 제2의 스위칭 소자(2v)가 턴 오프 하고, 제4의 스위칭 소자(4v)가 턴 온 하여, 모드 2 상태로 된다. 계속하여, U상 유닛의 제1의 스위칭 소자(1u)가 턴 오프 하고, 제3의 스위칭 소자(3u)가 턴 온 하여, 도 3에 나타내는 모드 3 상태로 전환된다.
한편, 도 3에 있어서, 입력 전류가 교류 단자(14v)로부터 전류 B의 방향으로 유입하는 모드 4 상태로부터, V상 유닛의 제3의 스위칭 소자(3v)가 턴 오프 하고, 제1의 스위칭 소자(1v)가 턴 온 하고, 도 4에 나타내는 모드 5 상태로 된다. 계속하여, U상 유닛의 제4의 스위칭 소자(4u)가 턴 오프 하고, 제2의 스위칭 소자(2u)가 턴 온 하여, 모드 6 상태로 전환된다.
상술한 바와 같이, 3 레벨 전력 변환 장치가 컨버터 동작을 하는 경우, 모드 1에서부터 모드 6의 동작을 반복하고, 그 결과 U상과 V상 각각에서 전류의 도통 빈도가 높은 제2의 스위칭 소자(2u, 2v)와 제3의 스위칭 소자(3u, 3v)의 발열 손실이 가장 커진다.
1상분의 각 스위칭 소자 및 각 다이오드의 전체 발열 손실을 100 으로 했을 경우, 예를 들면 표 1에 나타내는 바와 같이, 각 상의 제2의 스위칭 소자와 제3의 스위칭 소자의 발열 손실의 합계는 전체의 64% 를 차지하게 된다.
[표 1]
각 반도체 소자의 발열 손실의 비율(전체 손실을 100 으로 한 경우)
제1의 스위칭 소자 제2의 스위칭 소자 제3의 스위칭 소자 제4의 스위칭 소자 제1의 다이오드 제2의 다이오드
13 % 32 % 32 % 13 % 5 % 5 %
도 5는 실시 형태 1에 관한 3 레벨 전력 변환 장치의 냉각기상에서의 각 반도체 소자의 배치와 냉각풍의 방향을 나타내는 평면도이다. U상 유닛과 V상 유닛을 각각 구성하는 반도체 소자 그룹이 냉각기의 수열부(15)상에서 냉각풍의 흐름에 따라서 배치되어 있다. 또한, 반도체 소자는 수열부(15)에 있어서 동일 평면상에 배치된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 각 스위칭 소자 및 각 다이오드는 긴 변을 냉각풍이 흐르는 방향에 수직으로 향하여, 수열부(15)의 중앙에 가장 발열 손실이 작은 제1의 다이오드(9u, 9v)와 제2의 다이오드(10u, 10v)가 인접하여 배치된다. 그리고, 이 제1의 다이오드(9u, 9v)와 제2의 다이오드(10u, 10v)의 일방측에 제1의 스위칭 소자(1u, 1v) 및 제2의 스위칭 소자(2u, 2v)가 냉각풍의 흐름에 따라서 배치되고, 제1의 다이오드(9u, 9v)와 제2의 다이오드(10u, 10v)의 타방측에 제3의 스위칭 소자(3u, 3v) 및 제4의 스위칭 소자(4u, 4v)가 동일하게 냉각풍의 흐름에 따라서 배치되어 있다
또한, 여기서 나타내는 냉각풍은 전동 송풍기(도시하지 않음)에 의한 강제 냉각풍이다.
도 6은 도 5의 배치 구성으로 냉각기의 온도 상승을 범용 열유체 해석 소프트웨어(general-purpose heat flow analyzing software)로 해석한 결과의 온도 분포 상태를 나타내는 설명도이다. 도 7은 종래예(특허 문헌 1, 제1 도)의 배치 구성에서 동일하게 해석한 결과의 온도 분포 상태를 나타내는 설명도이다.
여기서는 조건을 일정하게 하기 위해, 냉각기의 수열부(15) 이면측에 설치되는 방열부에 알루미늄 핀을 이용하고, 냉각 방식은 냉각풍을 전동 송풍기로 송출하는 강제 풍냉 방식으로 하고 있다. 그리고, 핀 높이, 핀 길이, 핀 피치(pitch), 냉각풍량은 각각의 구성에서 동일하게 하고 있고, 또 반도체 소자의 발열 손실의 비율은 표 1에 따른 것이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태 1에서는 냉각기의 온도 상승은 제3의 스위칭 소자(3u, 3v)의 주변이 최대값(Tmax)으로 되고, Tmax=57.8K(Kelvin) 이다.
한편, 도 7에 나타내는 바와 같이, 종래예의 냉각기의 온도 상승은 제2의 스위칭 소자와 제3의 스위칭 소자의 주변이 높고, 온도 상승의 최대값은 Tmax=63.4K(Kelvin) 이다.
따라서, 그 결과로부터 본 실시 형태 1에 의한 3 레벨 전력 변환 장치의 냉각기의 온도 상승이 평준화되고, 종래예에 비해 온도 상승의 최대값이 1 할(10%) 정도 감소되는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시 형태 1에 관한 3 레벨 전력 변환 장치는 각 상이 1 개의 유닛으로 구성되고, 각 유닛내의 반도체 소자는 긴 변을 냉각풍이 흐르는 방향에 수직으로 향하여, 냉각풍이 흐르는 방향을 따라서 나란히 둔다. 이 때, 수열부(15)의 중앙부에 제1의 다이오드(9u, 9v)와 제2의 다이오드(10u, 10v)를 배치하고, 발열 손실이 높은 제2의 스위칭 소자(2u, 2v)와 제3의 스위칭 소자(3u, 3v)는 중앙부의 다이오드 그룹을 사이에 두고 분산 배치된다.
이와 같이 발열 손실이 큰 반도체 소자가 냉각풍의 상류와 하류에 인접하여 배치되는 일 없이 분산하여 배치되기 때문에, 바람이 흘러 가는 하측에 배치된 발열 손실이 높은 스위칭 소자는 바람이 흘러 오는 상측에 배치된 각 스위칭 소자로부터 받는 배열의 영향이 감소된다. 이것에 의해, 각 스위칭 소자의 온도 상승의 평준화가 도모되고 냉각기의 냉각 효율을 높일 수 있다.
또, 상기 실시 형태 1에서는 각 스위칭 소자와 각 다이오드의 배치를 도 5에 나타내는 것으로 하였으나, 도 8에 나타내는 배치도 가능하다. 이 경우, 중앙부에 배치된 제1의 다이오드(9u, 9v)와 제2의 다이오드(10u, 10v)를, 짧은 변을 냉각풍이 흐르는 방향에 수직으로 향하여, 냉각풍이 흐르는 방향과 수직 방향으로 나란히 한 것이다.
또, 제1의 스위칭 소자(1u, 1v)와 제2의 스위칭 소자(2u, 2v)의 위치를 바꿔 넣은 것, 제3의 스위칭 소자(3u, 3v)와 제4의 스위칭 소자(4u, 4v)를 바꿔 넣은 것, 및 이들의 조합으로도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시 형태 2.
도 9는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 3 레벨 전력 변환 장치의 냉각기상에서의 각 반도체 소자의 배치와 냉각풍의 방향을 나타내는 평면도이다. 상기 실시 형태 1과 동일하게, U상과 V상의 변환 회로를 가지는 컨버터로서 사용할 때의 구성을 나타내는 것으로, 전기 회로와 동작은 상기 실시 형태 1과 동일하다.
도 9에 나타내는 바와 같이, U상 유닛과 V상 유닛을 각각 구성하는 반도체 소자 그룹이 냉각기의 수열부(15)상에서, 긴 변을 냉각풍이 흐르는 방향에 수직으 로 향하여 냉각풍의 흐름에 따라서 배치되어 있다. 수열부(15)의 중앙부에 제1의 스위칭 소자(1u, 1v) 및 제4의 스위칭 소자(4u, 4v)가 인접하여 배치된다. 그리고, 이 제1의 스위칭 소자(1u, 1v) 및 제4의 스위칭 소자(4u, 4v)의 일방측에 제2의 스위칭 소자(2u, 2v) 및 제1의 다이오드(9u, 9v)가 냉각풍의 흐름에 따라서 배치되고, 상기 제1의 스위칭 소자(1u, 1v) 및 제4의 스위칭 소자(4u, 4v)의 타방측에 제3의 스위칭 소자(3u, 3v) 및 제2의 다이오드(10u, 10v)가 동일하게 냉각풍의 흐름에 따라서 배치된다.
여기서 나타내는 냉각풍은 전동 송풍기(도시하지 않음)에 의한 강제 냉각풍이다.
이상과 같이, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 3 레벨 전력 변환 장치는 각 상이 1 개의 유닛으로 구성되고, 각 유닛내의 반도체 소자는 긴 변을 냉각풍이 흐르는 방향에 수직으로 향하여, 냉각풍이 흐르는 방향을 따라서 나란히 둔다. 이 때, 수열부(15)의 중앙부에 제1의 스위칭 소자(1u, 1v) 및 제4의 스위칭 소자(4u, 4v)를 배치하고, 발열 손실이 높은 제2의 스위칭 소자(2u, 2v)와 제3의 스위칭 소자(3u, 3v)는 중앙부의 스위칭 소자 그룹을 사이에 두고 분산 배치된다.
이와 같이, 발열 손실이 큰 반도체 소자가 냉각풍의 상류와 하류에 인접하여 배치되는 일 없이 분산하여 배치되기 때문에, 바람이 흘러 가는 하측에 배치된 발열 손실이 높은 스위칭 소자는 바람이 흘러 오는 상측에 배치된 각 스위칭 소자로부터 받는 배열의 영향이 감소된다. 이것에 의해, 각 스위칭 소자의 온도 상승의 평준화가 도모되고 냉각기의 냉각 효율을 높일 수 있다.
또, 상기 실시 형태 2에서는 각 스위칭 소자와 각 다이오드의 배치를 도 9에 나타내는 것으로 하였으나, 제1의 다이오드(9u, 9v)와 제2의 스위칭 소자(2u, 2v)의 위치를 바꿔 넣은 것, 제2의 다이오드(10u, 10v)와 제3의 스위칭 소자(3u, 3v)를 바꿔 넣은 것, 및 이들의 조합으로도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태 1 및 실시 형태 2에 있어서는 각 상 유닛의 반도체 소자를, 냉각풍이 흐르는 방향을 따라서 나란히 배치하고 있으므로, 냉각풍의 수풍면(受風面)의 단면적이 작고, 냉각기가 필요로 하는 풍량도 적게 된다. 그 때문에, 특히 강제 냉각의 경우, 소정의 냉각 성능을 얻기 위한 전동 송풍기의 용량을 작게 하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시 형태 1 및 실시 형태 2에서는 냉각풍은 강제 냉각풍으로 하였으나, 차량이 주행함으로써 발생하는 주행풍에서도 효과는 동일하다.
또, 본 실시 형태 1 및 실시 형태 2에서는 냉각기의 냉각 매체를 기체인 냉각풍으로 하였으나, 냉각 매체로서 냉각수 등의 액체를 이용하고, 각 반도체 소자의 바로 옆에 유수로를 설치하여 냉각수를 흘린 액냉(液冷) 방식을 채용해도 되며, 동일한 효과를 기대할 수 있다.
냉각기의 냉각 효율을 높이는 것으로 냉각기의 소형화가 가능하기 때문에, 소형 경량화가 요구되는 용도에 적용할 수 있다.

Claims (2)

  1. 전력 변환부를 구성하는 각 상(相)이 하나의 유닛으로 구성되고, 상기 각 유닛은 직류측의 정극 단자와 부극 단자와의 사이에 제1의 스위칭 소자부터 제4의 스위칭 소자의 4 개 스위칭 소자를 차례대로 직렬로 접속하고, 상기 제1의 스위칭 소자와 상기 제2의 스위칭 소자의 접속점과, 직류측의 정극 단자와 부극 단자의 중간 단자와의 사이에 제1의 다이오드를 접속하고, 상기 제3의 스위칭 소자와 상기 제4의 스위칭 소자의 접속점과 상기 중간 단자와의 사이에 제2의 다이오드를 접속하고, 상기 제2의 스위칭 소자와 상기 제3의 스위칭 소자와의 사이에 교류 단자를 구비하고,
    복수의 상기 유닛을 구성하는 복수의 스위칭 소자 및 복수의 다이오드가 냉각기의 동일 평면상의 수열(受熱)부에 배치되고, 한 방향으로 흐르는 냉각 매체에 의해 상기 냉각기가 냉각되는 3 레벨 전력 변환 장치에 있어서,
    상기 수열부의 중앙부에 상기 복수의 다이오드를 인접하여 배치하고,
    상기 각 스위칭 소자의 긴 변을 상기 냉각 매체가 흐르는 방향에 수직으로 향하여, 상기 제1의 스위칭 소자 및 상기 제2의 스위칭 소자를 상기 복수의 다이오드의 일방(一方)측에, 상기 제3의 스위칭 소자 및 상기 제4의 스위칭 소자를 상기 복수의 다이오드의 타방(他方)측에 배치하여, 상기 복수의 스위칭 소자를 상기 복수의 다이오드를 사이에 두고 상기 냉각 매체가 흐르는 방향을 따라서 나란히 둔 것을 특징으로 하는 3 레벨 전력 변환 장치.
  2. 전력 변환부를 구성하는 각 상이 하나의 유닛으로 구성되고, 상기 각 유닛은 직류측의 정극 단자와 부극 단자와의 사이에 제1의 스위칭 소자부터 제4의 스위칭 소자의 4 개 스위칭 소자를 차례대로 직렬로 접속하고, 상기 제1의 스위칭 소자와 상기 제2의 스위칭 소자의 접속점과, 직류측의 정극 단자와 부극 단자의 중간 단자와의 사이에 제1의 다이오드를 접속하고, 상기 제3의 스위칭 소자와 상기 제4의 스위칭 소자의 접속점과 상기 중간 단자와의 사이에 제2의 다이오드를 접속하고, 상기 제2의 스위칭 소자와 상기 제3의 스위칭 소자와의 사이에 교류 단자를 구비하고,
    복수의 상기 유닛을 구성하는 복수의 스위칭 소자 및 복수의 다이오드가 냉각기의 동일 평면상의 수열부에 배치되고, 한 방향으로 흐르는 냉각 매체에 의해 상기 냉각기가 냉각되는 3 레벨 전력 변환 장치에 있어서,
    상기 각 스위칭 소자의 긴 변을 상기 냉각 매체가 흐르는 방향에 수직으로 향하여, 상기 제1의 스위칭 소자 및 상기 제4의 스위칭 소자를 상기 수열부의 중앙부에 배치하고, 상기 제2의 스위칭 소자 및 상기 제1의 다이오드를 상기 중앙부의 일방측에, 상기 제3의 스위칭 소자 및 상기 제2의 다이오드를 상기 중앙부의 타방측에 배치하여, 상기 복수의 스위칭 소자 및 복수의 다이오드를, 상기 냉각 매체가 흐르는 방향을 따라서 나란히 둔 것을 특징으로 하는 3 레벨 전력 변환 장치.
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