WO2016027557A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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慶多 ▲高▼橋
阪田　一樹
善行 出口
拓人 矢野
瀧北　守
和俊 粟根
中島　浩二
貴夫 三井
公輔 中野
正佳 田村
将司 酒井
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device including a noise removing capacitor.
  • the terminal of the semiconductor module and the base conductor that also serves as a radiator are connected by a noise removing capacitor in the immediate vicinity of the semiconductor module.
  • the noise generated by the semiconductor module generally increases. Therefore, it is necessary to reduce the noise in the immediate vicinity of the semiconductor module so that the noise is not conducted outside the semiconductor module. .
  • Patent Document 1 describes that noise can be removed by mounting a filter capacitor inside a semiconductor module and connecting it to a base that also serves as a heat sink.
  • Patent Document 2 an earth conductor on which a semiconductor module is mounted is extended, a first insulator is sandwiched between the positive electrode conductor and the earth conductor, and a second insulator is sandwiched between the negative electrode conductor and the earth conductor. Describes that a Y capacitor can be formed to eliminate noise.
  • the semiconductor module terminal may be brought into thermal contact with the radiator for the purpose of suppressing the temperature rise of the smoothing capacitor connected to the semiconductor module due to heat generation of the semiconductor module.
  • a semiconductor module is thermally designed under conditions that do not exceed a heat resistant temperature of about 150 ° C. of the Si element.
  • the semiconductor module is thermally designed under a condition of a high temperature of 200 ° C. or higher. There is. Since the temperature of the smoothing capacitor is at most about 125 ° C., even if the thermal design of the semiconductor module is established, heat is conducted from the semiconductor module to the smoothing capacitor, and the temperature of the smoothing capacitor exceeds the upper limit temperature.
  • Patent Document 3 describes that the temperature rise of the smoothing capacitor can be suppressed by fixing the connecting portion of the semiconductor module terminal and the smoothing capacitor terminal to the cooler via an insulator.
  • the filter capacitor is mounted on a base that also serves as a heat sink.
  • the filter capacitor and the lead frame inside the semiconductor module Since the two are usually connected by lead wires such as aluminum wires, there is a problem that the noise removal performance of the filter capacitor is lowered by the inductance of the lead wires.
  • the thermal resistance of aluminum wires is usually higher than the thermal resistance of the lead frame, the heat of the lead frame cannot be radiated to the base, and it is necessary to provide a heat radiating material for the lead frame separately. There is a problem of increasing the size.
  • a leadless capacitor is formed by sandwiching an insulator between a positive electrode conductor and a negative electrode conductor connected to a module, and an earth conductor on which the module is mounted.
  • the capacitor capacity is increased in order to obtain sufficient noise removal performance, it is necessary to extend the positive electrode conductor, the negative electrode conductor, and the ground conductor, thereby increasing the size of the apparatus.
  • cooling of the positive electrode conductor and the negative electrode conductor is not taken into consideration, it is necessary to separately provide a heat dissipating material for the positive electrode conductor and the negative electrode conductor, and there is a problem that the apparatus is further increased in size.
  • connection portion between the semiconductor module terminal and the smoothing capacitor terminal is pressurized with a screw passing through the insulator through the insulator and cooled. It is configured to be fixed to the vessel.
  • the insulator focuses only on heat dissipation, and when applied to a circuit that requires noise removal, it is necessary to separately provide a noise removal capacitor, which causes a problem that the apparatus becomes large.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is smaller than providing a noise removing capacitor and a cooling member for cooling the relay conductor separately, and can reduce noise and cool the relay conductor.
  • An object is to provide a power conversion device to be realized.
  • a base conductor, an electrical heating member installed on the base conductor, and a plurality of first electrodes and second electrodes are alternately stacked via an insulator so that the outermost first electrode is formed on one surface.
  • the noise elimination capacitor includes a second electrode of the outermost layer that is surface-bonded to the surface of the base conductor where the electrical heating member is installed and is fixed to the base conductor, and a second electrode of the outermost layer.
  • One electrode and a relay conductor are surface-bonded.
  • the noise removing capacitor since the noise removing capacitor has not only the function of removing noise but also the function of heat radiation from the relay conductor, it is smaller than providing a cooling member for cooling the noise removing capacitor and the relay conductor separately. In addition, it is possible to provide a power conversion device that can simultaneously realize noise reduction and relay conductor cooling.
  • Patent Document 1 Patent Document 2, Patent Document 3, for example, a noise removal capacitor is considered as a noise removal function, and heat radiation of a conductor as a wiring member taken out from a heating element is separately considered as a heat radiation function. It had been.
  • the noise removal capacitor is positively provided with a heat radiation function based on a new idea that the noise removal function and the heat radiation function from the wiring member which are considered separately are combined.
  • an embodiment of the present invention based on this idea will be described.
  • Embodiment 1 a power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the power converter 91 according to the first embodiment can convert the DC power input from the DC power supply 92 into an AC and supply it to the motor 93 and the like.
  • the smoothing capacitor 2 has a function of smoothing the voltage between the positive electrode and the negative electrode, which fluctuates with the operation of the power converter 91, and is connected in parallel with the DC power source 92.
  • the power conversion device 91 is configured, for example, as an inverter by connecting three semi-bridge circuits in parallel.
  • the upper arm semiconductor elements 95a, 95b, and 95c (95a, 95b, and 95c are collectively represented as 95, or any one of 95a, 95b, and 95c may be represented as 95.
  • the following alphabets are attached. The same applies to the reference numerals) and lower arm semiconductor elements 96a, 96b, 96c.
  • the semiconductor element 95a and the semiconductor element 96a are connected in series to form a first semi-bridge circuit.
  • the semiconductor element 95b and the semiconductor element 96b are connected in series to form a second semi-bridge circuit.
  • the semiconductor element 95c and the semiconductor element 96c are connected in series to form a third semi-bridge circuit.
  • the first semi-bridge circuit, the second semi-bridge circuit, and the third semi-bridge circuit are connected in parallel to form a three-phase inverter circuit.
  • Each of the semiconductor elements 95 and 96 can be any semiconductor element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a thyristor, and is, for example, a MOS field effect transistor (MOSFET).
  • a diode is connected to each semiconductor element in parallel.
  • the diode may be a PN junction type diode or a Schottky barrier type diode, and a parasitic diode inside the MOSFET may be used.
  • the drain side of the upper arm semiconductor element 95 is connected to the positive electrode side of the DC power supply 92 and the positive electrode side terminal of the smoothing capacitor 2, and the source side of the lower arm semiconductor element 96 is the negative electrode side of the DC power supply 92 and the negative electrode of the smoothing capacitor 2. Connected to the side terminal.
  • a connection portion between the upper arm semiconductor element 95 and the lower arm semiconductor element 96 is connected to the motor 53.
  • Each semi-bridge circuit of the power converter 91 is configured as a semiconductor module 1.
  • Noise removal capacitors 6a, 6b, and 6c are connected between the positive side of each semi-bridge circuit and the ground. Further, noise removing capacitors 6d, 6e, 6f are connected between the negative side of each semi-bridge circuit and the ground.
  • the present invention is particularly effective for a semiconductor module formed of a wide band gap semiconductor having a larger band gap than Si (silicon), such as SiC, as a semiconductor element included in the semiconductor module 1.
  • a semiconductor module formed of a wide band gap semiconductor having a larger band gap than Si (silicon), such as SiC, as a semiconductor element included in the semiconductor module 1.
  • the material of the wide band gap semiconductor include gallium nitride-based materials and diamond in addition to SiC (silicon carbide).
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the internal configuration of the noise removal capacitor 6 mounted in the power converter 91.
  • FIG. 3 is a perspective view of the noise removal capacitor 6.
  • the noise removal capacitor 6 has a configuration in which a plurality of first electrodes 101 and second electrodes 102 are alternately stacked via an insulator 103. Specifically, one layer of the first electrode 101 is arranged on the upper surface of the noise removal capacitor 6, and one layer is also arranged inside the noise removal capacitor 6. One layer of the second electrode 102 is arranged on the bottom surface, and one layer is also arranged inside the noise removing capacitor 6.
  • the noise removal capacitor 6 has a flat plate shape and is disposed so that the first electrode 101 is exposed on the upper surface.
  • the area per layer of the first electrode 101 is preferably 50 mm 2 or more.
  • the ratio of the thickness of the entire noise removal capacitor to the area per layer of the first electrode 101 is 0.02 mm / mm 2.
  • FIG. 4 is a perspective view drawn without the insulator 103 inside the noise elimination capacitor 6.
  • the first electrodes 101 are connected to each other between the layers by the interlayer connection conductor 104
  • the second electrodes 102 are also connected to each other between the layers by the interlayer connection conductor 104.
  • the noise removing capacitor 6 is, for example, a printed circuit board, and an epoxy resin or PPE resin is used as the insulator 103, a copper pattern is used as the first electrode 101 and the second electrode 102, and a via or the like is used as the interlayer connection conductor 104.
  • the interlayer connection conductor 104 is used for the connection between the layers, but the first electrode 101 and the second electrode 102 may be U-shaped as shown in FIG.
  • the noise removal capacitor 6 having two layers each of the first electrode 101 and the second electrode 102 is described.
  • the noise removal capacitor 6 includes the first electrode 101 and the second electrode as shown in FIG.
  • Each of the layers 102 may have three layers.
  • one layer of the first electrode 101 is disposed on the upper surface of the noise removal capacitor 6 and two layers are disposed inside the noise removal capacitor 6.
  • One layer of the second electrode 102 is disposed on the bottom surface of the noise removal capacitor 6, and two layers are disposed inside the noise removal capacitor 6.
  • FIG. 6 by having three layers of the first electrode 101 and the second electrode 102, it is possible to form a capacitor having a larger capacity with the same area as the noise removing capacitor 6 of FIG. Can be improved.
  • the number of layers of the first electrode 101 and the second electrode 102 is not limited to two, three, or more layers.
  • the area per layer of the first electrode 101 is preferably 50 mm 2 or more.
  • the ratio of the thickness of the entire noise removal capacitor to the area per layer of the first electrode 101 is 0.02 mm / mm 2.
  • the flat plate type is as follows.
  • the noise elimination capacitor 6 is formed by alternately laminating a plurality of first electrodes and second electrodes via an insulator, and the first electrode of the outermost layer is exposed on one surface, and the second outermost layer is exposed on the other surface. It is configured as a flat plate type noise removing capacitor with electrodes exposed.
  • a material having a high dielectric constant as the insulator 103.
  • a ceramic such as titanium oxide or barium titanate is used. Also good.
  • a high dielectric constant resin to which a ceramic filler is added may be used.
  • a material having high thermal conductivity as the insulator 103, and a resin to which a thermal conductive filler is added may be used.
  • FIG. 7 and 8 are schematic cross-sectional views for explaining the internal configuration of the power conversion device.
  • the semiconductor module 1 and the smoothing capacitor 2 are mounted on a base conductor 3 that also serves as a radiator, and the semiconductor module 1 and the smoothing capacitor 2 are connected by a relay conductor 4.
  • the relay conductor 4 is connected to the first electrode 101 on the top surface of the noise removal capacitor 6 by solder, and the base conductor 3 is connected to the second electrode 102 on the bottom surface of the noise removal capacitor 6 by solder.
  • the base conductor 3 may have a step, and a step may be generated between the semiconductor module 1, the noise removal capacitor 6, and the smoothing capacitor 2.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state in which a noise removing capacitor is mounted in the power converter.
  • the portion where the smoothing capacitor 2 is mounted is omitted.
  • the positive-side relay conductor 4a, the negative-side relay conductor 4b, the positive-side noise removal capacitor 6a, and the negative-side noise removal capacitor 6d are provided.
  • One electrode is electrically connected by surface bonding, and the negative electrode side relay conductor 4b and the negative electrode side first electrode exposed on the upper surface of the negative electrode side noise removing capacitor 6d are electrically connected by surface bonding.
  • one of the positive-side relay conductor 4a and the negative-side relay conductor 4b is described as the relay conductor 4, and one of the positive-side noise removal capacitor 6a and the negative-side noise removal capacitor 6d. Is described as a noise elimination capacitor 6.
  • the base conductor 3 is made of aluminum, for example, and includes air-cooling radiating fins or a water-cooling cooling path, and has a function of cooling the heat of a member mounted on the base conductor 3.
  • the relay conductor 4 is, for example, a copper plate-like flat wire, but a wire having excellent flexibility such as a flat wire in which plate-like conductors are laminated or a flat wire in which mesh wires are formed in a plate shape may be used. good.
  • the plate-like relay conductor 4 and the first electrode are surface-bonded.
  • the base conductor 3 and the second electrode 102 are also surface-bonded.
  • connection method between the relay conductor 4 and the first electrode 101 and the connection method between the base conductor 3 and the second electrode 102 is a solder connection, but a connection method other than solder such as brazing is used. Also good. Further, the relay conductor 4 and the noise removal capacitor 6 may be mounted in the semiconductor module 1 and integrated.
  • the capacitance of the noise removal capacitor 6 is increased in a small area by multilayering the electrodes of the noise removal capacitor 6, and the relay conductor 4 and the base are formed on the surface of the noise removal capacitor 6.
  • the conductor 3 is directly connected.
  • the leadless noise removing capacitor 6 can be connected in the immediate vicinity of the semiconductor module 1.
  • noise eliminating capacitors 6a to 6f are mounted in the immediate vicinity of the semiconductor elements 95a to 95c and 96a to 96c, respectively.
  • the noise removal capacitor 6 does not have a lead wire, so that noise can be effectively reduced without being affected by the inductance of the lead wire.
  • Capacitor parts that do not have lead wires such as chip capacitors, have conventionally existed, but conventional chip capacitors usually have a first external electrode that electrically connects a plurality of stacked first electrodes and a plurality of stacked second electrodes.
  • a second external electrode for electrically connecting the electrodes is provided, and these external electrodes are arranged on a plane perpendicular to the first electrode and the second electrode.
  • the external electrode is exposed to the outside, the plurality of stacked first electrodes and second electrodes are covered with an insulator and are not exposed to the outside.
  • the noise removing capacitor 6 of the present invention has a plurality of alternately stacked first and second electrodes, the first electrode of the outermost layer is exposed on one surface and functions as a first external electrode, and the outermost layer is formed on the other surface. The second electrode is exposed and functions as a second external electrode.
  • the noise removing capacitor 6 is a flat plate type and has a small thermal resistance in the thickness direction, and is directly connected to the relay conductor 4 and the base conductor 3 serving also as a radiator, so that the relay conductor 4 is effectively used.
  • the temperature rise of the smoothing capacitor 2 can be suppressed.
  • a heat dissipating material that dissipates heat by connecting a heat generating material such as a heat conductive sheet to a surface is present, but the noise removing capacitor 6 of the present invention has an electrode (having a smaller thermal resistance than an insulator such as a heat conductive sheet).
  • the first electrodes 101 are connected to each other inside, and the second electrodes 102 are connected to each other inside, so that compared to a conventional heat dissipating material having no electrodes inside.
  • the thermal resistance can be reduced and the cooling function can be improved.
  • the first electrode 101 preferably has an area of 50 mm 2 or more per layer, and the ratio of the thickness to this area is 0.02 mm / mm in order to ensure the cooling capacity.
  • the plate type is 2 or less.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a state where a noise removing capacitor is mounted in the power converter.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining an internal configuration of a noise removing capacitor mounted in the power converter.
  • the power conversion device according to the second embodiment basically has the same configuration as that of the power conversion device according to the first embodiment. However, the positive-side noise removal capacitor 6a and the negative-side noise shown in the circuit diagram of FIG.
  • a portion where the first electrodes 101a and 101b are not arranged is provided inside the noise removing capacitor 60 in which the removal capacitor 6d is integrated, a hole is made in a portion where the first electrodes 101a and 101b are not arranged, and the noise removing capacitor 6 is screwed. 10 in that the second electrode 102 on the bottom surface of the noise removing capacitor 6 is brought into contact with the base conductor 3.
  • the noise elimination capacitor 6 is integrated on the positive electrode side and the negative electrode side.
  • the noise removal capacitor 6 is separated on the positive electrode side and the negative electrode side and fixed with screws. May be.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining the internal configuration of the power conversion device according to the third embodiment.
  • the power conversion device according to the third embodiment basically has the same configuration as that of the power conversion device according to the first embodiment, but the smoothing capacitor 2 has the smoothing capacitor terminal 5, and the relay conductor 4 and the smoothing capacitor.
  • the terminal 5 is fastened and fixed by a screw 8 and a nut 9.
  • the relay conductor 4 By bending the relay conductor 4 in a U shape, the fastening portion between the relay conductor 4 and the smoothing capacitor terminal 5 is separated from the noise removing capacitor 6.
  • the relay conductor 4, the noise removing capacitor 6, and the nut 9 are molded and integrated with a resin 7.
  • the configuration of the third embodiment makes it possible to easily attach and detach the smoothing capacitor terminal 5 from the relay conductor 4 and improve assembling and maintenance.
  • the fastening portion between the relay conductor 4 and the smoothing capacitor terminal 5 is separated from the noise removal capacitor 6, the pressure applied by fastening is not applied to the noise removal capacitor 6, and the insulator 103 inside the noise removal capacitor 6 is thinned.
  • the insulator 103 does not deteriorate. Therefore, by reducing the thickness of the insulator 103, it is possible to increase the capacitance of the noise removal capacitor 6 and improve the noise reduction effect, reduce the thermal resistance of the insulator 103, and improve the cooling performance of the relay conductor 4. Can be improved.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining the internal configuration of the power conversion device according to the fourth embodiment.
  • the power conversion device according to the fourth embodiment basically has the same configuration as that of the power conversion device according to the third embodiment, but the smoothing capacitor 2 is mounted on the base conductor 3 as shown in FIG. However, it is different in that the fastening portion between the relay conductor 4 and the smoothing capacitor terminal 5 is separated from the noise removing capacitor 6 by being arranged in the upper part of the semiconductor module 1 and bending the relay conductor 4 into an L shape.
  • the smoothing capacitor 2 is not mounted on the base conductor 3, the same effect as that obtained in the third embodiment can be obtained by this configuration.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining the internal configuration of the power conversion device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a circuit diagram for explaining the configuration of power converter 91 according to the fifth embodiment.
  • the power conversion device according to the fifth embodiment basically has the same configuration as that of the power conversion device according to the third embodiment. However, as shown in FIG. 15, not only the positive electrode side and the negative electrode side of the power conversion device 91 but also the power conversion device.
  • the motor side is different in that noise removing capacitors 6g, 6h, 6i are provided.
  • the motor side relay conductor 14 for connecting the semiconductor module 1 and the motor side conductive member 15 is provided as shown in FIG.
  • the conductor 14 is connected to the first electrode 101 on the top surface of the motor-side noise removing capacitor 6g by solder, and the base conductor 3 is connected to the second electrode 102 on the bottom surface of the motor-side noise removing capacitor 6g by solder.
  • the motor side relay conductor 14 and the motor side conductive member 15 are fastened and fixed by screws 18 and nuts 19. By bending the motor-side relay conductor 14 in a U shape, the fastening portion between the motor-side relay conductor 14 and the motor-side conductive member 15 is separated from the motor-side noise removing capacitor 6g.
  • the motor-side relay conductor 14, the noise removal capacitor 6 g and the nut 19 are molded and integrated with a resin 17 as a member.
  • the motor-side conductive member 15 is, for example, a cable connecting the power conversion device 91 and the motor 93 in FIG. 15, but may be an internal wiring member of the power conversion device 91.
  • the noise reduction effect can be improved as compared with the conversion device.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view for explaining the internal configuration of the power conversion device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the power conversion device according to the sixth embodiment basically has the same configuration as that of the power conversion device according to the third embodiment, but the semiconductor module 1 has a semiconductor module terminal 31 and is provided on the upper surface of the noise removal capacitor 6.
  • the first electrode 101 is connected to the relay conductor 4 with solder, both ends of the relay conductor 4 are bent into a U-shape, one end of the relay conductor 4 and the smoothing capacitor terminal 5 are fastened and fixed, and the other end of the relay conductor 4 is fixed.
  • the semiconductor module terminal 31 are fastened and fixed, and the fastening portion between the relay conductor 4 and the smoothing capacitor terminal 5 and the fastening portion between the relay conductor 4 and the semiconductor module terminal 31 are separated from the noise removing capacitor 6.
  • the semiconductor module terminal 31 can be easily attached to and detached from the relay conductor 4, and the assembling property and the maintenance property are improved.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view for explaining the internal configuration of the power conversion device according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a state where a noise removing capacitor is mounted in the power converter.
  • the smoothing capacitor 2, the smoothing capacitor terminal 5, the screw 8, the nut 9, and the resin 7 are omitted in order to make the structure easy to see.
  • the power conversion device according to the seventh embodiment basically has the same configuration as that of the power conversion device according to the third embodiment. However, as shown in FIGS.
  • connection method of the 2nd electrode 102 and the conductor board 21 was made into the connection by solder, you may use connection methods other than solder, such as brazing joining.
  • connection methods other than solder such as brazing joining.
  • a heat radiating material such as heat conductive grease may be applied between the base 21 and the base conductor 3. With this configuration, the outermost second electrode 102 and the base conductor 3 are indirectly surface-bonded.
  • the configuration of the seventh embodiment it is possible to easily attach and detach the noise removing capacitor 6 together with the conductor plate 21 from the base conductor 3, and the assembling property and the maintenance property are improved.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view for explaining the internal configuration of the power conversion device according to the eighth embodiment.
  • the power conversion device according to the eighth embodiment basically has the same configuration as the power conversion device according to the seventh embodiment, but differs in that the conductor plate 21 is embedded in the base conductor 3.
  • the inductance corresponding to the thickness of the conductor plate 21 can be reduced, and the noise reduction effect can be improved.
  • the size and height can be reduced.
  • FIG. 20 is a perspective view showing a state where a noise removal capacitor is mounted in the power conversion device according to the ninth embodiment of the present invention.
  • the power conversion device according to the ninth embodiment basically has the same configuration as that of the power conversion device according to the third embodiment, but the positive electrode-side first electrode 101a and the positive-electrode side relay on the upper surface of the positive-side noise removal capacitor 6a.
  • a conductive shield member 41 is provided to cover a connection portion with the conductor 4a and a connection portion between the negative electrode side first electrode 101b on the upper surface of the negative electrode side noise removal capacitor 6d and the negative electrode side relay conductor 4b. It is different in that it is fastened with screws.
  • a conductor plate may be provided and the shield member 41 may be fixed to the conductor plate with a screw.
  • the inductance of the relay conductor 4 can be reduced, and the noise reduction effect can be improved.
  • FIG. 21 is a perspective view showing a state where a noise removal capacitor is mounted in the power conversion device according to the tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a circuit diagram for explaining the configuration of the power conversion device according to the tenth embodiment.
  • the power conversion device according to the tenth embodiment basically has the same configuration as that of the power conversion device according to the third embodiment, but the positive and negative noise removing capacitors 6 are integrated as in the second embodiment.
  • a snubber component mounting electrode 51 is provided at a location where the positive electrode side first electrode 101a and the negative electrode side first electrode 101b are not arranged on the upper surface of the noise removal capacitor 6, and the positive electrode side first electrode on the upper surface of the noise removal capacitor 6 is provided.
  • the difference is that the snubber resistor 52 is connected to the electrode 101a and the snubber component mounting electrode 51 with solder, and the snubber capacitor 53 is connected to the negative electrode first electrode 101b on the top surface of the noise removing capacitor 6 and the snubber component mounting electrode 51 with solder.
  • FIG. 22 shows this configuration in a circuit diagram.
  • the snubber resistor 52 and the snubber capacitor 53 are not directly connected but connected via the snubber component mounting electrode 51, but the snubber resistor 52 and the snubber capacitor 53 are directly connected without providing the snubber component mounting electrode 51. You may connect. Further, although the snubber resistor 52 and the snubber capacitor 53 are connected to the first electrodes 101a and 101b, they may be directly connected to the relay conductors 4a and 4b.
  • the snubber resistor 52 is arranged on the positive electrode side and the snubber capacitor 53 is arranged on the negative electrode side
  • the snubber resistor 52 may be arranged on the negative electrode side and the snubber capacitor 53 may be arranged on the positive electrode side.
  • the resistance value of the snubber resistor 52 is set to 0 ⁇
  • the snubber component mounting electrode 51 is not provided without using the snubber resistor 52, and only the snubber capacitor 53 is connected to the positive electrode side first electrodes 101a and 101b. May be.
  • the snubber circuit including the snubber resistor 52 and the snubber capacitor 53 usually has a noise reduction effect that decreases as the distance from the semiconductor module, which is a noise source, is reduced.
  • the snubber parts such as can be mounted, so that the noise reduction effect can be improved, and it is not necessary to separately provide a substrate for mounting the snubber resistor 52 and the snubber capacitor 53, so that the apparatus can be downsized. it can.
  • FIG. 23 is a circuit diagram showing a configuration of power conversion device 91 according to Embodiment 11 of the present invention.
  • FIG. 24 is a schematic sectional view showing an internal configuration of the power conversion device according to the eleventh embodiment.
  • the power conversion device according to the eleventh embodiment basically has the same configuration as that of the power conversion device according to the third embodiment, but includes a common mode coil 201 for noise removal at the positive and negative electrodes, and the common mode coil. The difference is that noise removing capacitors 202 and 203 are provided in the immediate vicinity of 201.
  • a common mode coil means that if current flows in the opposite direction between the positive and negative electrodes, the magnetic flux cancels out in the magnetic body, creating a small inductance.
  • a single magnetic body is provided with two windings of a positive electrode and a negative electrode so as to produce a large inductance.
  • a common mode coil is used here, a coil in which a coil is wound around separate magnetic bodies with a positive electrode and a negative electrode may be used.
  • the common mode coil 201 and the smoothing capacitor 2 are mounted on the base conductor 3 that also serves as a radiator, and the common mode coil 201 and the smoothing capacitor 2 are connected by the relay conductor 4.
  • the relay conductor 4 is connected to the first electrode 101 on the top surface of the noise removal capacitor 202 by solder, and the base conductor 3 is connected to the second electrode 102 on the bottom surface of the noise removal capacitor 202 by solder.
  • the relay conductor 4 and the smoothing capacitor terminal 5 are fastened and fixed by screws 8 and nuts 9.
  • the fastening portion between the relay conductor 4 and the smoothing capacitor terminal 5 is separated from the connection portion between the relay conductor 4 and the first electrode 101 on the upper surface of the noise removing capacitor 202.
  • the relay conductor 4, the noise removal capacitor 202, and the nut 9 are molded and integrated with a resin 7 as a member.
  • the DC power supply 92 side of the common mode coil 201 also has a noise removal capacitor 203 with the same configuration, and the power supply side relay conductor 205 and the power supply side conductive member 204 are fastened and fixed by screws.
  • the power supply side conductive member 204 is, for example, a cable connecting the power conversion device 91 and the DC power supply 92 in FIG. 23, but may be an internal wiring member of the power conversion device 91.
  • the heat source is the semiconductor module 1, but when the common mode coil 201 is used to reduce noise generated by the power converter, the common mode coil 201 also generates heat due to Joule loss during energization. Then, there is a problem that the temperature of the smoothing capacitor 2 rises due to conduction to the smoothing capacitor 2.
  • the leadless noise elimination capacitors 202 and 203 can be connected in the immediate vicinity of the common mode coil 201 which is a heat generation source, so that the heat generation of the common mode coil 201 can be effectively cooled and the common mode coil The noise removal performance by 201 can be improved.
  • the noise removal capacitors 202 and 203 are provided on all the terminals of the common mode coil 201.
  • the common mode coil 201 can be cooled even if only one of the noise removal capacitors 202 and 203 is used. It is.
  • any of the mounting structures shown in the first to tenth embodiments can be applied.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the noise removal capacitor of the power conversion device according to the twelfth embodiment.
  • the power conversion device according to the twelfth embodiment basically has the same configuration as that of the power conversion device according to the first embodiment, but the first electrode in which the relay conductor 4 is disposed on the upper surface of the noise removal capacitor 6, That is, the first electrode of the outermost layer is also used.
  • the relay conductor 4 is electrically connected to the first electrode 101 inside the noise elimination capacitor 6 by the interlayer connection conductor 104.
  • the structure of the noise removal capacitor of the twelfth embodiment is applicable to any of the noise removal capacitors shown in the first to eleventh embodiments.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the noise removal capacitor of the power conversion device according to the thirteenth embodiment.
  • the power conversion device according to the thirteenth embodiment basically has the same configuration as that of the power conversion device according to the seventh embodiment, but the conductor plate 21 fixed to the base conductor is disposed on the bottom surface of the noise removal capacitor 6.
  • the second electrode that is, the second electrode of the outermost layer is configured.
  • the conductor plate 21 is electrically connected to the second electrode 102 inside the noise elimination capacitor 6 by the interlayer connection conductor 104.
  • the present invention can be applied to a power conversion device including a heat source that generates heat due to power loss, that is, an electrical heating member, such as a semiconductor module or a coil.
  • 1 semiconductor module (electrical heating member), 2 smoothing capacitor, 3 base conductor, 4 relay conductor, 4a positive side relay conductor, 4b negative side relay conductor, 6 noise removal capacitor, 6a, 6b, 6c positive side noise removal capacitor, 6d, 6e, 6f Negative side noise elimination capacitor, 6g, 6h, 6i Motor side noise elimination capacitor, 14 motor side relay conductor, 21 conductor plate, 52 snubber resistance, 53 snubber capacitor, 91 power converter, 93 motor, 95, 95a, 95b, 95c, 95d, 95e, 95f upper arm semiconductor element, 96, 96a, 96b, 96c, 96d, 96e, 96f lower arm semiconductor element, 101 first electrode, 101a positive electrode side first electrode, 101b negative electrode Side first electrode, 102 second electrode, 102a positive Side second electrode, 102b anode side second electrode, 103 insulator, 201 common mode coil (electric heating element), 202a, 202b, 203a, 203b

Abstract

　ベース導体と、このベース導体に設置された電気的発熱部材と、絶縁体を介して第１電極と第２電極とを交互に複数積層して一面に最外層の第１電極が露出し他面に最外層の第２電極が露出した平板型のノイズ除去コンデンサと、電気的発熱部材からノイズ除去コンデンサを経由して他の部材に電気接続する板状の中継導体とを備えた電力変換装置において、ノイズ除去コンデンサは、最外層の第２電極が、ベース導体の電気的発熱部材が設置されている側の面に面接合されてベース導体に固着されるとともに、最外層の第１電極と中継導体とが面接合されるようにした。

Description

電力変換装置
　本発明はノイズ除去用のコンデンサを備える電力変換装置に関する。
　半導体モジュールのスイッチング動作に伴い発生するノイズを低減することを目的として、半導体モジュールの直近で半導体モジュールの端子と、放熱器を兼ねるベース導体との間をノイズ除去コンデンサで接続する場合がある。特に、半導体素子としてＳｉＣ素子を用いた場合、一般的に半導体モジュールの発生するノイズが増加するため、半導体モジュール外部にノイズが伝導しないように半導体モジュールの直近でノイズを低減する必要性が高くなる。
　特許文献１には、半導体モジュール内部にフィルタコンデンサを搭載し、ヒートシンクを兼ねるベースに接続することでノイズを除去できることが記載されている。特許文献２には半導体モジュールが搭載されるアース導体を延設し、正極導体とアース導体の間に第１の絶縁体を挟み、負極導体とアース導体の間に第２の絶縁体を挟むことでＹコンデンサを形成し、ノイズを除去できることが記載されている。
　また、半導体モジュールの発熱により、半導体モジュールに接続される平滑コンデンサの温度上昇を抑制することを目的として、半導体モジュール端子を放熱器に熱接触させる場合がある。通常半導体モジュールはＳｉ素子の耐熱温度１５０℃程度を超過しない条件で熱設計されるが、半導体素子としてＳｉＣ素子を用いた場合、半導体モジュールが２００℃以上の高温となる条件で熱設計される場合がある。平滑コンデンサの温度は高くとも１２５℃程度であることから、半導体モジュールの熱設計が成立していても、半導体モジュールから平滑コンデンサに熱が伝導し、平滑コンデンサの温度が上限温度を超過してしまう問題があり、半導体モジュールと平滑コンデンサの接続部分を十分に冷却する必要性が高くなる。特許文献３には、絶縁体を介して半導体モジュール端子と平滑コンデンサ端子の接続部を冷却器に固定することで、平滑コンデンサの温度上昇を抑制できることが記載されている。
特開２００８－４９５３号公報 特開２０１３－２１９９１９号公報 特開２０１０－２５２４６０号公報
　特許文献１に記載の電力変換装置では、フィルタコンデンサがヒートシンクを兼ねるベース上に載置されているが、特許文献１の図面に記載されているように、フィルタコンデンサと半導体モジュール内部のリードフレームとの間は通常アルミワイヤ等のリード線で接続されるため、リード線のインダクタンスによりフィルタコンデンサのノイズ除去性能が低下してしまう問題がある。また、通常リードフレームの熱抵抗よりもアルミワイヤの熱抵抗の方が高いため、リードフレームの熱をベースに放熱することができず、リードフレーム用の放熱材を別途設ける必要があり、装置が大型化してしまう問題がある。
　特許文献２に記載の電力変換装置では、モジュールに接続される正極導体および負極導体と、モジュールが搭載されるアース導体との間に絶縁体を挟むことでリードレスのコンデンサを形成し、リード線のインダクタンスによるノイズ除去性能の低下を防いでいるが、十分なノイズ除去性能を得るためコンデンサ容量を増やそうとすると正極導体、負極導体、アース導体を延設する必要があるため装置が大型化する。また、正極導体および負極導体の冷却については考慮されていないため、正極導体および負極導体用の放熱材を別途設ける必要があり、装置が更に大型化してしまう問題がある。
　特許文献３に記載の電力変換装置では、半導体モジュールからの熱の放熱のため、半導体モジュール端子と平滑コンデンサ端子の接続部を、絶縁体を介してこの絶縁体を貫通するねじで加圧して冷却器に固定する構成となっている。特許文献３では、絶縁体は放熱のみに着目しており、ノイズ除去が必要な回路に適用する場合、ノイズ除去コンデンサを別途設ける必要があり、装置が大型化してしまう問題がある。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ノイズ除去コンデンサと中継導体の冷却用の冷却部材を別々に設けるよりも小型で、ノイズの低減と中継導体の冷却を実現させる電力変換装置を提供することを目的とする。
　本発明は、ベース導体と、このベース導体に設置された電気的発熱部材と、絶縁体を介して第１電極と第２電極とを交互に複数積層して一面に最外層の第１電極が露出し他面に最外層の第２電極が露出した平板型のノイズ除去コンデンサと、電気的発熱部材からノイズ除去コンデンサを経由して他の部材に電気接続する板状の中継導体とを備えた電力変換装置において、ノイズ除去コンデンサは、最外層の第２電極が、ベース導体の電気的発熱部材が設置されている側の面に面接合されてベース導体に固着されるとともに、最外層の第１電極と中継導体とが面接合されたものである。
　この発明によれば、ノイズ除去コンデンサにノイズ除去の機能のみならず、中継導体からの放熱の機能を持たせたため、ノイズ除去コンデンサと中継導体の冷却用の冷却部材を別々に設けるよりも小型で、ノイズの低減と中継導体の冷却を同時に実現させる電力変換装置を提供することができる。
この発明の実施の形態１による電力変換装置の一例を示す回路図である。 この発明の実施の形態１による電力変換装置のノイズ除去コンデンサの構造の一例を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による電力変換装置のノイズ除去コンデンサの一例を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１による電力変換装置のノイズ除去コンデンサの内部構造の一例を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１による電力変換装置のノイズ除去コンデンサの内部構造の他の例を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１による電力変換装置のノイズ除去コンデンサの構造のさらに他の例を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による電力変換装置の構造の一例を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による電力変換装置の構造の他の例を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による電力変換装置の構造の一例を一部省略して示す斜視図である。 この発明の実施の形態２による電力変換装置の構造の一例を一部省略して示す斜視図である。 この発明の実施の形態２による電力変換装置のノイズ除去コンデンサの構造の一例を示す、ノイズ除去コンデンサの位置での断面図である。 この発明の実施の形態３による電力変換装置の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による電力変換装置の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態５による電力変換装置の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態５による電力変換装置の一例を示す回路図である。 この発明の実施の形態６による電力変換装置の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態７による電力変換装置の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態７による電力変換装置の構造を一部省略して示す斜視図である。 この発明の実施の形態８による電力変換装置の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態９による電力変換装置の構造を一部省略して示す斜視図である。 この発明の実施の形態１０による電力変換装置の構造を一部省略して示す斜視図である。 この発明の実施の形態１０による電力変換装置の回路の一例を示す回路図である。 この発明の実施の形態１１による電力変換装置の回路の一例を示す回路図である。 この発明の実施の形態１１による電力変換装置の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態１２による電力変換装置のノイズ除去コンデンサの構造の一例を示す断面図である。 この発明の実施の形態１３による電力変換装置のノイズ除去コンデンサの構造の一例を示す断面図である。
　従来、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３の記載のように、ノイズ除去コンデンサはノイズ除去機能、発熱体から取り出す配線部材としての導体の放熱は放熱機能、として別々に考慮し、設計されていた。この発明では、別々に考慮されていたノイズ除去機能と配線部材からの放熱機能を兼ねる、という新しいアイデアに基づいて、ノイズ除去コンデンサに積極的に放熱の機能を備えさせる構成とした。以下、このアイデアに基づいた本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態１．
　まず図１～図５を参照して、本発明の実施の形態１による電力変換装置について説明する。はじめに、図１を参照して、実施の形態１による電力変換装置９１の回路図の一例を説明する。実施の形態１による電力変換装置９１は直流電源９２から入力された直流電力を交流化して、モータ９３等に供給することができる。ここで、平滑コンデンサ２は電力変換装置９１の動作に伴い変動する正極と負極の間の電圧を平滑化する機能をもち、直流電源９２と並列に接続される。電力変換装置９１は例えばインバータとして、３つのセミブリッジ回路が並列に接続されて構成されている。具体的には、上アームの半導体素子９５ａ、９５ｂ、９５ｃ（９５ａ、９５ｂ、９５ｃをまとめて９５、あるいは９５ａ、９５ｂ、９５ｃのいずれか一つを９５と表すこともある。以下のアルファベットを付した符号についても同様である。）、および下アームの半導体素子９６ａ、９６ｂ、９６ｃを備える。半導体素子９５ａと半導体素子９６ａとは直列接続されて第１のセミブリッジ回路を構成している。半導体素子９５ｂと半導体素子９６ｂとは直列接続されて第２のセミブリッジ回路を構成している。半導体素子９５ｃと半導体素子９６ｃとは直列接続されて第３のセミブリッジ回路を構成している。これら第１のセミブリッジ回路、第２のセミブリッジ回路、第３のセミブリッジ回路は並列に接続されて、３相のインバータ回路を構成している。
　各半導体素子９５、９６は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタなど任意の半導体素子とすることができるが、例えばＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。各半導体素子には、それぞれ並列にダイオードが接続されている。ダイオードはＰＮ接合型のダイオードやショットキーバリア型のダイオードとすることができ、ＭＯＳＦＥＴ内部の寄生ダイオードを利用してもよい。上アームの半導体素子９５のドレイン側は直流電源９２の正極側および平滑コンデンサ２の正極側端子に接続され、下アームの半導体素子９６のソース側は直流電源９２の負極側および平滑コンデンサ２の負極側端子に接続されている。上アームの半導体素子９５と下アームの半導体素子９６の接続部はモータ５３に接続されている。電力変換装置９１の各セミブリッジ回路は半導体モジュール１として構成されている。各セミブリッジ回路の正極側と接地の間には、ノイズ除去コンデンサ６ａ、６ｂ、６ｃが接続されている。また、各セミブリッジ回路の負極側と接地の間にはノイズ除去コンデンサ６ｄ、６ｅ、６ｆが接続されている。
　また、本発明は、半導体モジュール１に備える半導体素子として、ＳｉＣなど、Ｓｉ（珪素）に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体により形成された半導体モジュールに特に有効である。ワイドバンドギャップ半導体の材料としては、例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）のほか、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドがある。これらワイドバンドギャップ半導体を電力変換装置の電力変換用素子として使用した場合、一般的にスイッチング速度が速いため半導体モジュールの発生するノイズが大きく、ノイズ除去コンデンサのノイズ除去効果をできるだけ高める必要がある。さらに、ワイドバンドギャップ半導体はＳｉ半導体に比較してより高温まで動作が可能であるため、他の部品に対する熱影響がより大きく、放熱設計が重要になる。このように、ワイドバンドギャップ半導体で形成された半導体素子を電力変換装置に用いた場合、ノイズ除去と放熱を共に高めることが重要となる。
　図２は電力変換装置９１内に搭載されるノイズ除去コンデンサ６の内部構成を説明するための概略断面図である。図３はノイズ除去コンデンサ６の斜視図である。図２に示すように、ノイズ除去コンデンサ６は絶縁体１０３を介して第１電極１０１と第２電極１０２を交互に複数積層した構成となっている。具体的には第１電極１０１はノイズ除去コンデンサ６の上面に１層配置され、ノイズ除去コンデンサ６の内部にも１層配置される。第２電極１０２は底面に１層配置され、ノイズ除去コンデンサ６の内部にも１層配置される。図３に示すように、ノイズ除去コンデンサ６は平板型の形状をしており、上面に第１電極１０１が露出するように配置されている。ここで、冷却能力を確保するため、第１電極１０１の１層当たりの面積を、好ましくは５０ｍｍ2以上とする。また、この面積に対してノイズ除去コンデンサの厚さが厚いと熱抵抗が大きくなるため、第１電極１０１の１層当たりの面積に対するノイズ除去コンデンサ全体の厚さの比率が０．０２ｍｍ／ｍｍ2以下となる平板型としている。
　ノイズ除去コンデンサ６内部の絶縁体１０３を省略して描いた斜視図を図４に示す。図４に示すように、第１電極１０１同士は層間接続導体１０４により層間で互いに接続され、第２電極１０２同士も層間接続導体１０４により層間で互いに接続される。ノイズ除去コンデンサ６は例えばプリント基板であり、絶縁体１０３としてエポキシ樹脂やＰＰＥ樹脂を用いて、第１電極１０１および第２電極１０２として銅パターンを用いて、層間接続導体１０４としてビア等を用いればよい。ここでは層間の接続に層間接続導体１０４を用いているが、図５に示すように第１電極１０１および第２電極１０２をコの字型にして同一電極を電気的に接続してもよい。
　以上では、第１電極１０１、第２電極１０２をそれぞれ２層ずつ有するノイズ除去コンデンサ６を挙げて説明しているが、ノイズ除去コンデンサ６は図６に示すように第１電極１０１、第２電極１０２をそれぞれ３層ずつ有していてもよい。この場合、第１電極１０１はノイズ除去コンデンサ６の上面に１層配置され、ノイズ除去コンデンサ６の内部に２層配置される。第２電極１０２はノイズ除去コンデンサ６の底面に１層配置され、ノイズ除去コンデンサ６の内部に２層配置される。図６に示すように第１電極１０１と第２電極１０２を３層ずつ有することで、図２のノイズ除去コンデンサ６と同じ面積でより大容量のコンデンサを形成することが可能となり、ノイズ低減効果を向上させることができる。また、第１電極１０１と第２電極１０２の層数は２層ずつ、３層ずつに限らず、更に多くの層を有していてもよい。ただし、冷却能力を確保するため、第１電極１０１の１層当たりの面積を、好ましくは５０ｍｍ2以上とする。また、この面積に対してノイズ除去コンデンサの厚さが厚いと熱抵抗が大きくなるため、第１電極１０１の１層当たりの面積に対するノイズ除去コンデンサ全体の厚さの比率が０．０２ｍｍ／ｍｍ2以下となる平板型としている。
　以上のように、ノイズ除去コンデンサ６は、絶縁体を介して第１電極と第２電極とを交互に複数積層して一面に最外層の第１電極が露出し他面に最外層の第２電極が露出した平板型のノイズ除去コンデンサとして構成されている。
　ノイズ除去コンデンサ６の静電容量を大きくしてノイズ低減効果を向上させるため、絶縁体１０３として高誘電率の材料を用いることが好ましく、樹脂以外では酸化チタン、チタン酸バリウムなどのセラミックを用いても良い。また、セラミックのフィラーを添加した高誘電率の樹脂を用いても良い。さらには、ノイズ除去コンデンサ６の熱抵抗を低減させるため、絶縁体１０３として高熱伝導率の材料を用いることが好ましく、熱伝導フィラーを添加した樹脂を用いても良い。
　図７、および図８は、電力変換装置の内部構成を説明するための概略断面図である。図７に示すように、半導体モジュール１および平滑コンデンサ２は放熱器を兼ねるベース導体３に搭載され、中継導体４により半導体モジュール１と平滑コンデンサ２が接続される。中継導体４はノイズ除去コンデンサ６の上面の第１電極１０１とはんだで接続され、ベース導体３はノイズ除去コンデンサ６の底面の第２電極１０２とはんだで接続される。なお、図８に示すように、ベース導体３が段差を有し、半導体モジュール１とノイズ除去コンデンサ６と平滑コンデンサ２との間に段差が生じていてもよい。
　図９は電力変換装置におけるノイズ除去コンデンサを実装した状態を示す斜視図である。構造を見易くするため、平滑コンデンサ２が搭載されている部分を省略して記載している。正極側中継導体４ａ、負極側中継導体４ｂ、正極側ノイズ除去コンデンサ６ａ、負極側ノイズ除去コンデンサ６ｄを備えており、正極側中継導体４ａと正極側ノイズ除去コンデンサ６ａの上面に露出した正極側第１電極とが面接合により電気接続され、負極側中継導体４ｂと負極側ノイズ除去コンデンサ６ｄの上面に露出した負極側第１電極とが面接合により電気接続されている。なお、図７、図８では正極側中継導体４ａと負極側中継導体４ｂのうち、片方を中継導体４として記載しており、正極側ノイズ除去コンデンサ６ａと負極側ノイズ除去コンデンサ６ｄのうち、片方をノイズ除去コンデンサ６として記載している。
　ベース導体３は例えばアルミニウムであり、空冷の放熱フィンあるいは水冷の冷却経路を備えており、ベース導体３上に搭載された部材の熱を冷却する機能をもつ。中継導体４は例えば銅の板状の平角線であるが、板状の導体を積層した平角線や、網線を板状に形成した平角線など、可とう性に優れた線を用いても良い。ここで、板状の中継導体４と第１電極とは面接合される。またベース導体３と第２電極１０２とも面接合される。以上では、中継導体４と第１電極１０１との接続、およびベース導体３と第２電極１０２との接続の方法をはんだによる接続としたが、ろう付接合などのはんだ以外の接続方法を用いてもよい。また、中継導体４とノイズ除去コンデンサ６を半導体モジュール１内部に搭載し、一体化してもよい。
　本実施の形態１の構成では、ノイズ除去コンデンサ６の電極を多層積層することで、ノイズ除去コンデンサ６の静電容量を小面積で大容量化し、ノイズ除去コンデンサ６の表面に中継導体４およびベース導体３を直接接続している。これにより、半導体モジュール１の直近でリードレスのノイズ除去コンデンサ６を接続することができる。図１を参照するとノイズ除去コンデンサ６ａ～６ｆが半導体素子９５ａ～９５ｃ、９６ａ～９６ｃそれぞれの直近に搭載されることとなる。
　ノイズ除去機能の観点では、ノイズ除去コンデンサ６はリード線をもたないため、リード線のインダクタンスの影響を受けずに、ノイズを効果的に低減できる。チップコンデンサなどのリード線を持たないコンデンサ部品は従来から存在するが、従来のチップコンデンサは通常、複数積層した第１電極同士を電気的に接続する第１の外部電極と、複数積層した第２電極同士を電気的に接続する第２の外部電極を有し、これら外部電極は第１電極および第２電極に対して垂直な面に配置されている。外部電極は外部に露出しているが、複数積層した第１電極および第２電極は絶縁物に覆われており外部に露出していない。外部電極は第１電極および第２電極に対して垂直な面に配置されるため、コンデンサ容量を増やすために電極面積が増えるほど第１の外部電極と第２の外部電極の間の距離が離れてインダクタンスが増加してしまいノイズ除去機能が低下してしまう課題がある。本発明のノイズ除去コンデンサ６は第１電極と第２電極とを交互に複数積層し、１面に最外層の第１電極が露出して第１の外部電極として機能し、他面に最外層の第２電極が露出して第２の外部電極として機能する。これら外部電極は第１電極および第２電極と平行になるため、コンデンサ容量を増やすために電極面積が増えても外部電極間の距離が離れずインダクタンスは増加しない。そのため、チップコンデンサなどのリード線を持たない従来のコンデンサ部品と比べてもインダクタンスを小さくでき、ノイズ除去機能を向上させることができる。
　冷却性能の観点では、ノイズ除去コンデンサ６は平板型であり厚み方向の熱抵抗が小さく、中継導体４および放熱器を兼ねるベース導体３に直接、面で接続されるため、中継導体４を効果的に冷却し、平滑コンデンサ２の温度上昇を抑制することができる。熱伝導シートなどの発熱材と放熱器とを面接続して放熱する放熱材は従来から存在するが、本発明のノイズ除去コンデンサ６は熱伝導シートなどの絶縁体よりも熱抵抗が小さい電極（例えば銅）を内部に備えており、更に第１電極１０１は互いに内部で接続され、第２電極１０２は互いに内部で接続されているため、内部に電極を備えていない従来の放熱材に比べて、電極を経由した熱抵抗の低い冷却経路を設けることで熱抵抗を小さくでき、冷却機能を向上させることができる。
　また、本発明のノイズ除去コンデンサは、冷却能力を確保するために、好ましくは第１電極１０１は１層当たり５０ｍｍ2以上の面積を有し、またこの面積に対する厚みの比率が０．０２ｍｍ／ｍｍ2以下の平板型としている。このように、ノイズ除去コンデンサ６はノイズ除去機能と中継導体４の冷却機能を両方保有し、ノイズ除去機能と冷却機能を従来のコンデンサ部品および放熱材よりも向上させているため、ノイズ除去コンデンサ６と別に中継導体４用の放熱部材を設ける必要が無く、装置を小型化することができる。
実施の形態２．
　次に、実施の形態２による電力変換装置について説明する。図１０は電力変換装置におけるノイズ除去コンデンサを実装した状態を示す斜視図である。図１１は電力変換装置内に搭載されるノイズ除去コンデンサの内部構成を説明するための概略断面図である。実施の形態２に係る電力変換装置は、基本的には実施の形態１に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、図１の回路図に示す、正極側ノイズ除去コンデンサ６ａと負極側ノイズ除去コンデンサ６ｄが一体化されたノイズ除去コンデンサ６０内部に、第１電極１０１ａ、１０１ｂが配置されない部分を設け、第１電極１０１ａ、１０１ｂが配置されない部分に穴をあけて、ノイズ除去コンデンサ６をねじ１０でベース導体３に締結固定し、ノイズ除去コンデンサ６の底面の第２電極１０２をベース導体３に接触させている点で異なる。
　このように、第１電極１０１ａ、１０１ｂが配置されていない箇所であれば、ノイズ除去コンデンサ６をねじで締結固定しても第１電極１０１ａ、１０１ｂと第２電極１０２の間の絶縁体は加圧されない。そのため、絶縁体１０３を薄くすることで、ノイズ除去コンデンサ６の静電容量を増やしてノイズ低減効果を向上させるとともに、絶縁体１０３の熱抵抗を低減し、中継導体４ａ、４ｂの冷却性能を向上させることができる。ここで、ノイズ除去コンデンサ６は正極側と負極側で一体化された構成となっているが、実施の形態１のように、正極側と負極側で分離し、それぞれをねじで固定するようにしてもよい。
実施の形態３．
　次に、実施の形態３による電力変換装置について説明する。図１２は実施の形態３による電力変換装置の内部構成を説明するための概略断面図である。実施の形態３に係る電力変換装置は、基本的には実施の形態１に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、平滑コンデンサ２が平滑コンデンサ端子５を有し、中継導体４と平滑コンデンサ端子５は、ねじ８とナット９により締結固定される。中継導体４をコの字に曲げることで、中継導体４と平滑コンデンサ端子５との締結部を、ノイズ除去コンデンサ６から離している。中継導体４とノイズ除去コンデンサ６とナット９は樹脂７でモールドして一体化した部材としている。
　実施の形態３の構成により、平滑コンデンサ端子５を中継導体４から簡易に着脱することが可能となり、組み付け性およびメンテナンス性が向上する。また、中継導体４と平滑コンデンサ端子５との締結部をノイズ除去コンデンサ６から離しているため、締結による加圧力がノイズ除去コンデンサ６に加わらず、ノイズ除去コンデンサ６内部の絶縁体１０３を薄くしても絶縁体１０３が劣化しない。そのため、絶縁体１０３を薄くすることで、ノイズ除去コンデンサ６の静電容量を増やしてノイズ低減効果を向上させることができるとともに、絶縁体１０３の熱抵抗を低減し、中継導体４の冷却性能を向上させることができる。
実施の形態４．
　次に、実施の形態４による電力変換装置について説明する。図１３は実施の形態４による電力変換装置の内部構成を説明するための概略断面図である。実施の形態４に係る電力変換装置は、基本的には実施の形態３に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、図１３に示すように、平滑コンデンサ２がベース導体３上に搭載されず、半導体モジュール１の上部に配置され、中継導体４をＬ字型に曲げることで、中継導体４と平滑コンデンサ端子５との締結部を、ノイズ除去コンデンサ６から離している点で異なる。このように、平滑コンデンサ２がベース導体３上に搭載されていない場合でも、本構成により実施の形態３で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
実施の形態５．
　次に、実施の形態５による電力変換装置について説明する。図１４は実施の形態５による電力変換装置の内部構成を説明するための概略断面図である。図１５は本実施の形態５による電力変換装置９１の構成を説明するための回路図である。実施の形態５による電力変換装置は、基本的には実施の形態３に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、図１５に示すように電力変換装置９１の正極側、負極側だけでなく、モータ側にもノイズ除去コンデンサ６ｇ、６ｈ、６ｉを備えている点で異なる。モータ側ノイズ除去コンデンサ６ｇの実装構造を例にとると、具体的には図１４に示すように半導体モジュール１とモータ側導電部材１５を接続するモータ側中継導体１４を備えており、モータ側中継導体１４はモータ側ノイズ除去コンデンサ６ｇの上面の第１電極１０１とはんだで接続され、ベース導体３はモータ側ノイズ除去コンデンサ６ｇの底面の第２電極１０２とはんだで接続される。モータ側中継導体１４とモータ側導電部材１５とは、ねじ１８とナット１９により締結固定している。モータ側中継導体１４をコの字に曲げることで、モータ側中継導体１４とモータ側導電部材１５との締結部をモータ側ノイズ除去コンデンサ６ｇから離している。モータ側中継導体１４とノイズ除去コンデンサ６ｇとナット１９は樹脂１７でモールドして一体化した部材としている。ここで、モータ側導電部材１５とは、例えば図１５における電力変換装置９１とモータ９３の間を接続するケーブルであるが、電力変換装置９１の内部配線部材であってもよい。
　実施の形態５の構成により、半導体モジュール１の正極側および負極側から発生するノイズだけでなく、半導体モジュール１のモータ側から発生するノイズも低減することができるため、実施の形態３に係る電力変換装置よりもノイズ低減効果を向上させることができる。
実施の形態６．
　次に、実施の形態６による電力変換装置について説明する。図１６は本発明の実施の形態６による電力変換装置の内部構成を説明するための概略断面図である。実施の形態６に係る電力変換装置は、基本的には実施の形態３に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、半導体モジュール１が半導体モジュール端子３１を有し、ノイズ除去コンデンサ６上面の第１電極１０１は中継導体４とはんだで接続され、中継導体４の両端をコの字に曲げて、中継導体４の一方の端と平滑コンデンサ端子５とを締結固定し、中継導体４の他方の端と半導体モジュール端子３１とを締結固定し、中継導体４と平滑コンデンサ端子５との締結部および中継導体４と半導体モジュール端子３１との締結部を、ノイズ除去コンデンサ６から離す点で異なる。
　実施の形態６により、半導体モジュール端子３１を、中継導体４から簡易に着脱することが可能となり、組み付け性およびメンテナンス性が向上する。
実施の形態７．
　次に、実施の形態４による電力変換装置について説明する。図１７は本発明の実施の形態７による電力変換装置の内部構成を説明するための概略断面図である。図１８は電力変換装置におけるノイズ除去コンデンサを実装した状態を示す斜視図である。構造を見易くするため、図１８では、平滑コンデンサ２、平滑コンデンサ端子５、ねじ８、ナット９および樹脂７を省略して図示している。実施の形態７に係る電力変換装置は、基本的には実施の形態３に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、図１７、図１８に示すように、ノイズ除去コンデンサ６の底面の第２電極１０２と導体板２１がはんだで接続され、導体板２１とベース導体３がねじ２２により締結固定されている点で異なる。ここで、第２電極１０２と導体板２１との接続方法をはんだによる接続としたが、ろう付接合などのはんだ以外の接続方法を用いてもよい。また、導体板２１およびベース導体３の表面が粗く、導体板２１とベース導体３の接触面に微小な隙間が生じて放熱性が低下してしまう場合は、放熱性が低下しないように導体板２１とベース導体３との間に熱伝導グリスなどの放熱材を塗布してもよい。このように構成することにより、最外層の第２電極１０２とベース導体３とが間接的に面接合されることになる。
　実施の形態７の構成により、導体板２１と共にノイズ除去コンデンサ６をベース導体３から簡易に着脱することが可能となり、組み付け性およびメンテナンス性が向上する。
実施の形態８．
　次に、実施の形態８による電力変換装置について説明する。図１９は実施の形態８による電力変換装置の内部構成を説明するための概略断面図である。実施の形態８による電力変換装置は、基本的には実施の形態７に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、導体板２１がベース導体３に埋め込まれている点で異なる。
　実施の形態８の構成により、導体板２１の厚み分のインダクタンスを低減することができ、ノイズ低減効果を向上させることができる。また、小型低背化することができる。
実施の形態９．
　次に、実施の形態９による電力変換装置について説明する。図２０は本発明の実施の形態９による電力変換装置におけるノイズ除去コンデンサを実装した状態を示す斜視図である。実施の形態９に係る電力変換装置は、基本的には実施の形態３に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、正極側ノイズ除去コンデンサ６ａ上面の正極側第１電極１０１ａと正極側中継導体４ａとの接続部、および負極側ノイズ除去コンデンサ６ｄ上面の負極側第１電極１０１ｂと負極側中継導体４ｂとの接続部を覆う導電性のシールド部材４１を備え、シールド部材４１はベース導体３にねじで締結固定される点で異なる。実施の形態７および８で説明したように、導体板を設けて、シールド部材４１を導体板にねじで固定するようにしてもよい。
　実施の形態９の構成により、ベース導体３とシールド部材４１で中継導体４の周りを覆うことで、中継導体４のインダクタンスを低減することができ、ノイズ低減効果を向上させることができる。
実施の形態１０．
　次に、実施の形態１０による電力変換装置について説明する。図２１は本発明の実施の形態１０による電力変換装置におけるノイズ除去コンデンサを実装した状態を示す斜視図である。図２２は実施の形態１０による電力変換装置の構成を説明するための回路図である。実施の形態１０による電力変換装置は、基本的には実施の形態３による電力変換装置と同様の構成を備えるが、実施の形態２のように正極側と負極側のノイズ除去コンデンサ６を一体化しており、ノイズ除去コンデンサ６の上面のうち、正極側第１電極１０１ａと負極側第１電極１０１ｂが配置されていない箇所にスナバ部品実装電極５１を備え、ノイズ除去コンデンサ６上面の正極側第１電極１０１ａとスナバ部品実装電極５１にスナバ抵抗５２をはんだで接続し、ノイズ除去コンデンサ６上面の負極側第１電極１０１ｂとスナバ部品実装電極５１にスナバコンデンサ５３をはんだで接続している点で異なる。この構成を回路図でみると図２２に示すようになる。
　ここでは、スナバ抵抗５２とスナバコンデンサ５３同士を直接接続せず、スナバ部品実装電極５１を介して接続しているが、スナバ部品実装電極５１を設けずにスナバ抵抗５２とスナバコンデンサ５３同士を直接接続してもよい。また、第１電極１０１ａ、１０１ｂにスナバ抵抗５２およびスナバコンデンサ５３を接続しているが、中継導体４ａ、４ｂに直接接続してもよい。また、スナバ抵抗５２を正極側に配置し、スナバコンデンサ５３を負極側に配置しているが、スナバ抵抗５２を負極側に配置し、スナバコンデンサ５３を正極側に配置してもよい。また、スナバ抵抗５２の抵抗値を０Ωとする際は、スナバ抵抗５２を用いずに、スナバ部品実装電極５１を設けず、スナバコンデンサ５３のみを正極側第１電極１０１ａ、１０１ｂに接続してしまってもよい。
　スナバ抵抗５２、スナバコンデンサ５３によるスナバ回路は通常、ノイズ源である半導体モジュールから離れるほどノイズ低減効果が低下するが、実施の形態１０の構成により半導体モジュール１の直近にスナバ抵抗５２およびスナバコンデンサ５３などのスナバ部品を搭載することができるため、ノイズ低減効果を向上させることができ、またスナバ抵抗５２、スナバコンデンサ５３の実装用の基板を別途設ける必要が無いため、装置を小型化することができる。
実施の形態１１．
　次に、実施の形態１１による電力変換装置について説明する。図２３は本発明の実施の形態１１による電力変換装置９１の構成を示す回路図である。図２４は実施の形態１１による電力変換装置の内部構成を示す概略断面図である。実施の形態１１に係る電力変換装置は、基本的には実施の形態３に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、正極、負極にノイズ除去用のコモンモードコイル２０１を備え、コモンモードコイル２０１の直近にノイズ除去コンデンサ２０２、２０３を備えている点で異なる。正極側のノイズ除去コンデンサ２０２ａ、２０３ａと、負極側のノイズ除去コンデンサ２０２ｂ、２０３ｂについて、構造は正極と負極で同様であるため、図２４の断面図では、ノイズ除去コンデンサ２０２ａ、２０２ｂのうちいずれか一方のみを図示し、ノイズ除去コンデンサ２０３ａ、２０３ｂのいずれか一方のみを図示している。コモンモードコイルとは、正極と負極とで逆方向に電流が流れる場合は磁性体内で磁束が打ち消し合って小さいインダクタンスを生じ、正極と負極で同方向に電流が流れる場合は磁性体内で磁束が強め合って大きいインダクタンスを生じるように、単一の磁性体に正極と負極との２つの巻線を施したものである。ここではコモンモードコイルを用いているが、正極と負極でコイルをそれぞれ別々の磁性体に巻線したコイルを用いてもよい。
　図２４に示すように、コモンモードコイル２０１および平滑コンデンサ２は放熱器を兼ねるベース導体３に搭載され、中継導体４によりコモンモードコイル２０１と平滑コンデンサ２が接続される。中継導体４はノイズ除去コンデンサ２０２の上面の第１電極１０１とはんだで接続され、ベース導体３はノイズ除去コンデンサ２０２の底面の第２電極１０２とはんだで接続される。中継導体４と平滑コンデンサ端子５は、ねじ８とナット９により締結固定される。中継導体４をコの字に曲げることで、中継導体４と平滑コンデンサ端子５との締結部を、中継導体４とノイズ除去コンデンサ２０２の上面の第１電極１０１との接続部から離している。中継導体４とノイズ除去コンデンサ２０２とナット９は樹脂７でモールドして一体化した部材としている。コモンモードコイル２０１の直流電源９２側も同様の構成でノイズ除去コンデンサ２０３を有しており、電源側中継導体２０５と電源側導電部材２０４がねじで締結固定される。ここで、電源側導電部材２０４とは例えば図２３における電力変換装置９１と直流電源９２の間を接続するケーブルであるが、電力変換装置９１の内部配線部材であってもよい。
　次に実施の形態１１において得られる効果について説明する。実施の形態１～１０では発熱源が半導体モジュール１であるが、電力変換装置の発生するノイズを低減させるため、コモンモードコイル２０１を用いた場合、通電時のジュール損失によりコモンモードコイル２０１も発熱して平滑コンデンサ２に伝導し、平滑コンデンサ２の温度が上昇してしまう問題がある。実施の形態１１の構成により、発熱源であるコモンモードコイル２０１の直近でリードレスのノイズ除去コンデンサ２０２、２０３を接続できるため、コモンモードコイル２０１の発熱を効果的に冷却でき、かつコモンモードコイル２０１によるノイズ除去性能を向上させることができる。
　本実施の形態１１ではコモンモードコイル２０１の端子全てにノイズ除去コンデンサ２０２、２０３を設けたが、ノイズ除去コンデンサ２０２、２０３のいずれか一方のみを用いてもコモンモードコイル２０１を冷却することが可能である。また、ノイズ除去コンデンサ２０２、２０３の実装構造については、実施の形態１～１０において示したいずれの実装構造も適用可能である。
実施の形態１２．
　次に、実施の形態１２による電力変換装置について説明する。図２５は実施の形態１２による電力変換装置のノイズ除去コンデンサの構造の一例を示す断面図である。実施の形態１２に係る電力変換装置は、基本的には実施の形態１に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、中継導体４がノイズ除去コンデンサ６の上面に配置される第１電極、すなわち最外層の第１電極を兼ねるようにした。層間接続導体１０４により中継導体４がノイズ除去コンデンサ６の内部の第１電極１０１と電気接続される。
　実施の形態１２の構成により、中継導体４と、ノイズ除去コンデンサ６の上面に配置される第１電極との間の面接合部の熱抵抗を無くし、中継導体４の冷却性能を向上させることができる。また、実施の形態１２のノイズ除去コンデンサの構造については、実施の形態１～１１において示したいずれのノイズ除去コンデンサに対しても適用可能である。
実施の形態１３．
　次に、実施の形態１３による電力変換装置について説明する。図２６は実施の形態１３による電力変換装置のノイズ除去コンデンサの構造の一例を示す断面図である。実施の形態１３に係る電力変換装置は、基本的には実施の形態７に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、ベース導体に固着された導体板２１がノイズ除去コンデンサ６の底面に配置される第２電極、すなわち最外層の第２電極を構成している。層間接続導体１０４により導体板２１がノイズ除去コンデンサ６の内部の第２電極１０２と電気接続される。
　実施の形態１３の構成により、導体板２１と、ノイズ除去コンデンサ６の底面に配置される第２電極との間の面接合部の熱抵抗を無くし、中継導体４の冷却性能を向上させることができる。
　以上の各実施の形態により説明したように、本発明は、半導体モジュールやコイルなど電力損失により発熱する発熱源、すなわち電気的発熱部材を備えた電力変換装置に適用可能である。
　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、組み合わせたり、変形、省略したりすることが可能である。
１　半導体モジュール（電気的発熱部材）、２　平滑コンデンサ、３　ベース導体、４　中継導体、４ａ　正極側中継導体、４ｂ　負極側中継導体、６　ノイズ除去コンデンサ、６ａ、６ｂ、６ｃ　正極側ノイズ除去コンデンサ、６ｄ、６ｅ、６ｆ　負極側ノイズ除去コンデンサ、６ｇ、６ｈ、６ｉ　モータ側ノイズ除去コンデンサ、１４　モータ側中継導体、２１　導体板、５２　スナバ抵抗、５３　スナバコンデンサ、９１　電力変換装置、９３　モータ、９５、９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ、９５ｅ、９５ｆ　上アームの半導体素子、９６、９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄ、９６ｅ、９６ｆ　下アームの半導体素子、１０１　第１電極、１０１ａ　正極側第１電極、１０１ｂ　負極側第１電極、１０２　第２電極、１０２ａ　正極側第２電極、１０２ｂ　負極側第２電極、１０３　絶縁体、２０１　コモンモードコイル（電気的発熱部材）、２０２ａ、２０２ｂ、２０３ａ、２０３ｂ　ノイズ除去コンデンサ

Claims (9)

  1. 　ベース導体と、このベース導体に設置された電気的発熱部材と、絶縁体を介して第１電極と第２電極とを交互に複数積層して一面に最外層の前記第１電極が露出し他面に最外層の前記第２電極が露出した平板型のノイズ除去コンデンサと、前記電気的発熱部材から前記ノイズ除去コンデンサを経由して他の部材に電気接続する板状の中継導体とを備えた電力変換装置において、
    前記ノイズ除去コンデンサは、前記最外層の第２電極が、前記ベース導体の前記電気的発熱部材が設置されている側の面に面接合されて前記ベース導体に固着されるとともに、前記最外層の第１電極と前記中継導体とが面接合されたことを特徴とする電力変換装置。
  2. 　前記電気的発熱部材は半導体モジュールであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記電気的発熱部材はコイルであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 　前記ベース導体に固着された導体板を備え、この導体板に前記最外層の第２電極を面接合することにより、前記最外層の第２電極と前記ベース導体とが間接的に面接合されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記ベース導体に固着された導体板を備え、この導体板が前記最外層の第２電極を構成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 　前記最外層の第１電極と前記中継導体とが面接合されることに代えて、前記中継導体が前記最外層の第１電極を兼ねることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 　前記半導体モジュールは、電力変換回路に接続されるセミブリッジ回路を構成する正極側の半導体素子と負極側の半導体素子を備え、前記正極側の半導体素子の正極側端子と前記負極側の半導体素子の負極側端子とにそれぞれ前記中継導体が接続され、それぞれの前記中継導体にそれぞれ前記ノイズ除去コンデンサが接続され、それぞれの前記ノイズ除去コンデンサ間、またはそれぞれの前記中継導体間にスナバ部品が接続されたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
  8. 　前記半導体モジュールに備えられた半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
  9. 　前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドのいずれかの半導体であることを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019017220A (ja) * 2017-07-10 2019-01-31 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 平滑コンデンサユニット
WO2019097712A1 (ja) * 2017-11-20 2019-05-23 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
US20200395867A1 (en) * 2018-02-20 2020-12-17 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor module and power conversion apparatus including the same

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6422592B2 (ja) * 2015-10-28 2018-11-14 三菱電機株式会社 電力変換装置
WO2018116667A1 (ja) * 2016-12-22 2018-06-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
DE102017101236B4 (de) * 2017-01-23 2018-11-15 Sma Solar Technology Ag Relaisanordnung mit verbesserter entwärmung und wandlervorrichtung mit einer solchen relaisanordnung
JP6648859B2 (ja) * 2017-06-15 2020-02-14 日産自動車株式会社 電力変換装置
CN108010895A (zh) * 2017-12-27 2018-05-08 江苏东方四通科技股份有限公司 一种igbt模块和直流电容的连接结构
CN109494210A (zh) * 2018-12-25 2019-03-19 山东晶导微电子股份有限公司 一种半桥封装结构
JP6867432B2 (ja) * 2019-05-09 2021-04-28 三菱電機株式会社 電力変換装置
DE102019209829A1 (de) * 2019-07-04 2021-01-07 Audi Ag Vorrichtung umfassend einen Kühlkörper und Kraftfahrzeug
US11923716B2 (en) 2019-09-13 2024-03-05 Milwaukee Electric Tool Corporation Power converters with wide bandgap semiconductors
DE102020206464A1 (de) 2020-05-25 2021-11-25 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Herstellung eines Halbbrückenmoduls, eines Inverters, Halbbrückenmodul und Inverter
JP2022142115A (ja) * 2021-03-16 2022-09-30 株式会社デンソー 電力変換装置
DE102021208789A1 (de) 2021-08-11 2023-02-16 Zf Friedrichshafen Ag Zwischenkreiskondensator für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, Inverter mit einem solchen Zwischenkreiskondensator

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6232522U (ja) * 1985-08-09 1987-02-26
JP2000228325A (ja) * 1999-02-08 2000-08-15 Murata Mfg Co Ltd セラミック電子部品
JP2008136333A (ja) * 2006-10-30 2008-06-12 Denso Corp 電力変換装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4401955A (en) * 1981-07-15 1983-08-30 Rca Corporation Broadband, high power, coaxial transmission line coupling structure
JP3675607B2 (ja) * 1997-05-12 2005-07-27 アルプス電気株式会社 電子機器の放熱構造
JP2005005445A (ja) * 2003-06-11 2005-01-06 Sanyo Electric Co Ltd 混成集積回路装置
JP4379107B2 (ja) * 2003-12-18 2009-12-09 パナソニック株式会社 電子部品
JP2005341643A (ja) 2004-05-24 2005-12-08 Toshiba Corp 電力変換器のブスバー装置
WO2007016649A2 (en) * 2005-08-02 2007-02-08 Satcon Technology Corporation Double-sided package for power module
JP4434181B2 (ja) 2006-07-21 2010-03-17 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP5188110B2 (ja) * 2007-06-27 2013-04-24 三洋電機株式会社 回路装置
JP4538474B2 (ja) 2007-08-06 2010-09-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 インバータ装置
TWI343780B (en) * 2007-12-14 2011-06-11 Delta Electronics Inc Power module package structure
WO2009150875A1 (ja) 2008-06-12 2009-12-17 株式会社安川電機 パワーモジュールおよびその制御方法
JP5002568B2 (ja) * 2008-10-29 2012-08-15 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
WO2010088684A2 (en) * 2009-02-02 2010-08-05 Space Charge, LLC Capacitor using carbon-based extensions
JP5326760B2 (ja) 2009-04-14 2013-10-30 株式会社デンソー 電力変換装置
JP5591211B2 (ja) * 2011-11-17 2014-09-17 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2013219919A (ja) 2012-04-09 2013-10-24 Mitsubishi Electric Corp ノイズ低減フィルタおよびそれを用いた電力変換装置
JP5971190B2 (ja) 2012-06-07 2016-08-17 株式会社豊田自動織機 半導体装置
JP6101441B2 (ja) * 2012-07-09 2017-03-22 双信電機株式会社 大電流用コイル
JP5741565B2 (ja) * 2012-12-25 2015-07-01 三菱電機株式会社 半導体モジュール
US9119289B2 (en) * 2013-02-25 2015-08-25 3M Innovative Properties Company Film constructions for interdigitated electrodes with bus bars and methods of making same
CN105874596B (zh) * 2014-07-30 2019-03-08 富士电机株式会社 半导体模块

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6232522U (ja) * 1985-08-09 1987-02-26
JP2000228325A (ja) * 1999-02-08 2000-08-15 Murata Mfg Co Ltd セラミック電子部品
JP2008136333A (ja) * 2006-10-30 2008-06-12 Denso Corp 電力変換装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019017220A (ja) * 2017-07-10 2019-01-31 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 平滑コンデンサユニット
WO2019097712A1 (ja) * 2017-11-20 2019-05-23 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
JPWO2019097712A1 (ja) * 2017-11-20 2020-11-19 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
US11323042B2 (en) 2017-11-20 2022-05-03 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power conversion device
US20200395867A1 (en) * 2018-02-20 2020-12-17 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor module and power conversion apparatus including the same
US11711025B2 (en) * 2018-02-20 2023-07-25 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor module and power conversion apparatus including the same

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