WO2016125255A1 - Power conversion device and air conditioning device - Google Patents
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Abstract
A power conversion device has: a semiconductor module in which a first switching element and a second switching element connected to a load and connected in series with each other, a first reflux diode connected in parallel with the first switching element, and a second reflux diode connected in parallel with the second switching element are packaged; an intermediate capacitor connected in parallel with the first switching element; and a reactor connected to the load side of the first switching element. In the power conversion device, the semiconductor module has: a first capacitor terminal which is led out from the load side of the first switching element and to which one end of the intermediate capacitor is connected; and a second capacitor terminal which is led out from between the first switching element and the second switching element and to which the other end of the intermediate capacitor is connected.
Description
本発明は、商用電源を圧縮機のモータ等への供給電力に変換する電力変換装置及び電力変換装置を内包する空気調和装置に関する。
The present invention relates to a power conversion device that converts a commercial power source into power supplied to a motor or the like of a compressor, and an air conditioner that includes the power conversion device.
従来から、圧縮機のモータを駆動する大容量のインバータ回路を備えた電力変換装置では、３相全波整流器により、商用電源からインバータ駆動用の直流電圧を生成する方式が用いられている。インバータ回路は、３相全波整流器で生成された直流電圧を可変の交流電圧に変換し、モータの１次側に印加してモータを駆動させる。上記のような整流器又はインバータ回路には、従来、ディスクリート部品が用いられていたが、回路設計及び構造設計に手間がかかる。そこで、半導体素子を１つのモジュール（パッケージ）に入れ込んだパワーモジュールを用いてインバータ回路が構成され、回路設計及び構造設計に費やす手間が削減されている（例えば特許文献１参照）。
Conventionally, in a power converter equipped with a large-capacity inverter circuit that drives a motor of a compressor, a method of generating a DC voltage for driving an inverter from a commercial power source using a three-phase full-wave rectifier is used. The inverter circuit converts the DC voltage generated by the three-phase full-wave rectifier into a variable AC voltage and applies it to the primary side of the motor to drive the motor. Conventionally, discrete components have been used in the rectifier or inverter circuit as described above, but it takes time to design the circuit and the structure. In view of this, an inverter circuit is configured using a power module in which a semiconductor element is put in one module (package), thereby reducing the effort required for circuit design and structural design (see, for example, Patent Document 1).
また、空気調和装置のインバータ負荷である圧縮機では、大容量化のために、モータの回転数の制御範囲の拡大が求められている。そこで、上記従来例のように、商標電源を整流した直流電圧をそのままインバータ回路の入力とする構成において、モータの回転数の制御範囲を拡大すると、弱め界磁制御領域が広がるため、モータ効率が悪化し、インバータ電流容量が増加するという課題がある。当該課題を解決する手法としては、３相全波整流回路の出力側に昇圧回路を付加することが考えられる。
Also, in the compressor that is the inverter load of the air conditioner, it is required to expand the control range of the motor rotation speed in order to increase the capacity. Therefore, in the configuration in which the DC voltage obtained by rectifying the trademark power supply is directly used as the input of the inverter circuit as in the above-described conventional example, if the control range of the motor speed is expanded, the field-weakening control region is widened, so that the motor efficiency deteriorates. There is a problem that the inverter current capacity increases. As a method for solving the problem, it is conceivable to add a booster circuit to the output side of the three-phase full-wave rectifier circuit.
昇圧回路には種々の方式が考えられるが、回路効率の向上及び昇圧幅の拡大という観点から、中間コンデンサを備えたマルチレベルチョッパ回路が適している。ただし、マルチレベルチョッパ回路を構成するディスクリート部品を１つずつ基板に実装すると、設計負荷がさらに増大するという課題がある。一方、マルチレベルチョッパ回路を構成する半導体素子と中間コンデンサとを１つのモジュール内部に収めることは、パッケージサイズの制約の観点から現実的ではないという課題がある。
Various types of booster circuits are conceivable, but a multi-level chopper circuit equipped with an intermediate capacitor is suitable from the viewpoint of improving circuit efficiency and expanding the boost width. However, if discrete components constituting the multilevel chopper circuit are mounted on the substrate one by one, there is a problem that the design load further increases. On the other hand, there is a problem that it is not practical from the viewpoint of the package size restriction to accommodate the semiconductor element and the intermediate capacitor constituting the multilevel chopper circuit in one module.
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、中間コンデンサを有するマルチレベルチョッパ回路のうちの半導体素子のワンパッケージ化を実現した電力変換装置及び空気調和装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a power conversion device and an air conditioner that realize one-packaged semiconductor elements in a multilevel chopper circuit having an intermediate capacitor. With the goal.
本発明に係る電力変換装置は、負荷に接続され互いに直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、第１スイッチング素子に並列接続された第１還流ダイオードと、第２スイッチング素子に並列接続された第２還流ダイオードとがパッケージ化された半導体モジュールと、第１スイッチング素子に並列接続された中間コンデンサと、第１スイッチング素子の負荷側に接続されるリアクトルと、を有し、半導体モジュールは、第１スイッチング素子の負荷側から引き出され、中間コンデンサの一端が接続される第１容量端子と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との間から引き出され、中間コンデンサの他端が接続される第２容量端子と、を有する。
A power converter according to the present invention includes a first switching element and a second switching element connected to a load and connected in series to each other, a first freewheeling diode connected in parallel to the first switching element, and a second switching element. A semiconductor module packaged with a second free-wheeling diode connected in parallel; an intermediate capacitor connected in parallel to the first switching element; and a reactor connected to the load side of the first switching element; The module is pulled out from the load side of the first switching element, pulled out from between the first capacitance terminal to which one end of the intermediate capacitor is connected, and between the first switching element and the second switching element, and the other end of the intermediate capacitor is And a second capacitor terminal to be connected.
本発明は、半導体素子をパッケージ化して形成された半導体モジュールが周辺部品を接続する端子を有するため、中間コンデンサを有するマルチレベルチョッパ回路のうちの半導体素子のワンパッケージ化を実現することができる。
In the present invention, since a semiconductor module formed by packaging a semiconductor element has terminals for connecting peripheral components, it is possible to realize a one-package semiconductor element in a multi-level chopper circuit having an intermediate capacitor.
［実施の形態１］
以下、本発明に係る電力変換装置及び電力変換装置を備えた空気調和装置の実施の形態１について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置及び空気調和装置の概略構成図である。図１に示すように、空気調和装置４０は、商用電源を変換して負荷側に供給する電力変換装置２０と、電力変換装置２０によって駆動されるモータ３１ａを備えた冷凍サイクル３０と、を有している。 [Embodiment 1]
Hereinafter,Embodiment 1 of the power converter concerning this invention and the air conditioning apparatus provided with the power converter is demonstrated using drawing. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power converter and an air conditioner according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the air conditioner 40 includes a power conversion device 20 that converts commercial power and supplies it to the load side, and a refrigeration cycle 30 that includes a motor 31 a driven by the power conversion device 20. is doing.
以下、本発明に係る電力変換装置及び電力変換装置を備えた空気調和装置の実施の形態１について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置及び空気調和装置の概略構成図である。図１に示すように、空気調和装置４０は、商用電源を変換して負荷側に供給する電力変換装置２０と、電力変換装置２０によって駆動されるモータ３１ａを備えた冷凍サイクル３０と、を有している。 [Embodiment 1]
Hereinafter,
本実施の形態１において、冷凍サイクル３０は、電力変換装置２０によって駆動されるモータ３１ａを有する圧縮機３１と、圧縮機３１において圧縮された冷媒ガスを外気との熱交換により凝縮させて液化させる凝縮器３２と、冷媒の圧力を低下させる減圧器３３と、減圧器３３により減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器３４とを有している。圧縮機３１、凝縮器３２、減圧器３３、および蒸発器３４は、冷媒配管によって接続されており、冷媒配管内では、冷媒が循環するように構成されている。モータ３１ａは、インバータ回路４からの交流電圧によって回転数が制御される。
In the first embodiment, the refrigeration cycle 30 condenses and liquefies the compressor 31 having the motor 31a driven by the power converter 20 and the refrigerant gas compressed in the compressor 31 by heat exchange with the outside air. It has a condenser 32, a decompressor 33 that lowers the pressure of the refrigerant, and an evaporator 34 that evaporates the refrigerant decompressed by the decompressor 33. The compressor 31, the condenser 32, the decompressor 33, and the evaporator 34 are connected by a refrigerant pipe, and the refrigerant is configured to circulate in the refrigerant pipe. The rotation speed of the motor 31a is controlled by the AC voltage from the inverter circuit 4.
電力変換装置２０は、整流ダイオードを有し、商用電源５０に接続される整流器１と、昇圧回路であるマルチレベルチョッパ回路２（以下「ＭＬＣ回路２」と称する。）と、ＭＬＣ回路２の出力間に接続された平滑コンデンサ３と、平滑コンデンサ３の両極間に接続されたインバータ回路４と、制御回路５と、ＭＬＣ駆動回路６と、インバータ駆動回路７とを備えている。インバータ回路４は、複数のスイッチング素子Ｔｒ３～Ｔｒ８と、複数のスイッチング素子Ｔｒ３～Ｔｒ８の各々に並列接続された複数の還流ダイオードＲＤ３～ＲＤ８と、を有している。インバータ回路４の出力側には、圧縮機３１のモータ３１ａが接続されている。圧縮機３１は、例えばＤＣブラシレスモータからなるモータ３１ａの回転により冷媒回路上の冷媒を圧縮する圧縮機構部（図示せず）を備えている。
The power conversion device 20 includes a rectifier diode, and is connected to a commercial power supply 50, a multi-level chopper circuit 2 (hereinafter referred to as “MLC circuit 2”) that is a booster circuit, and an output of the MLC circuit 2. A smoothing capacitor 3 connected between them, an inverter circuit 4 connected between both electrodes of the smoothing capacitor 3, a control circuit 5, an MLC drive circuit 6, and an inverter drive circuit 7 are provided. The inverter circuit 4 includes a plurality of switching elements Tr3 to Tr8 and a plurality of freewheeling diodes RD3 to RD8 connected in parallel to each of the plurality of switching elements Tr3 to Tr8. A motor 31 a of the compressor 31 is connected to the output side of the inverter circuit 4. The compressor 31 includes a compression mechanism (not shown) that compresses the refrigerant on the refrigerant circuit by the rotation of a motor 31a made of, for example, a DC brushless motor.
整流器１は、複数の整流ダイオードＤ３～Ｄ８をブリッジ接続して構成され、商用電源５０の交流電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ又はＡＣ４００Ｖ）を整流する３相全波整流器である。もっとも、整流器１としては、単相交流電源に対応する単相整流器又は半端整流器等を採用してもよい。
The rectifier 1 is a three-phase full-wave rectifier configured to bridge a plurality of rectifier diodes D3 to D8 and rectify an AC voltage (for example, AC200V or AC400V) of the commercial power supply 50. But as the rectifier 1, you may employ | adopt the single phase rectifier or half-end rectifier etc. corresponding to a single phase alternating current power supply.
ＭＬＣ回路２は、整流器１の出力間に直列に接続されたリアクトルＬと、負荷に接続され互いに直列に接続された第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２と、第１スイッチング素子Ｔｒ１に並列接続された第１還流ダイオードＲＤ１と、第２スイッチング素子Ｔｒ２に並列接続された第２還流ダイオードＲＤ２と、を有している。リアクトルＬは、第１スイッチング素子Ｔｒ１の負荷側に接続されている。本実施の形態１では、リアクトルＬの一端が、第２ダイオードＤ２と第１スイッチング素子Ｔｒ１との間に接続されている。また、ＭＬＣ回路２は、直列接続された第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２（逆流防止用ダイオード）と、第２ダイオードＤ２及び第１スイッチング素子Ｔｒ１に並列接続された中間コンデンサＣｆとを有している。第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２は、リアクトルＬと第１スイッチング素子Ｔｒ１との接続点と、平滑コンデンサ３との間に挿入されている。ＭＬＣ回路２は、整流器１によって整流された直流電圧を、ＭＬＣ駆動回路６からのスイッチング信号（図１のＣｐ、Ｃｎ参照）に基づいて昇圧するものである。
The MLC circuit 2 is connected in parallel to the reactor L connected in series between the outputs of the rectifier 1, the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 connected to the load and connected in series to each other, and the first switching element Tr1. It has a first free-wheeling diode RD1 connected and a second free-wheeling diode RD2 connected in parallel to the second switching element Tr2. The reactor L is connected to the load side of the first switching element Tr1. In the first embodiment, one end of the reactor L is connected between the second diode D2 and the first switching element Tr1. The MLC circuit 2 includes a first diode D1 and a second diode D2 (backflow prevention diode) connected in series, and an intermediate capacitor Cf connected in parallel to the second diode D2 and the first switching element Tr1. ing. The first diode D1 and the second diode D2 are inserted between the connection point between the reactor L and the first switching element Tr1 and the smoothing capacitor 3. The MLC circuit 2 boosts the DC voltage rectified by the rectifier 1 based on switching signals (see Cp and Cn in FIG. 1) from the MLC driving circuit 6.
平滑コンデンサ３は、ＭＬＣ回路２からの出力を平滑化し充電するものである。インバータ回路４は、三相ブリッジ接続のスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）と、各スイッチング素子のそれぞれに並列接続され、モータ電流を環流させる還流ダイオードとを有している。より具体的に、インバータ回路４は、第３スイッチング素子Ｔｒ３、第４スイッチング素子Ｔｒ４、第５スイッチング素子Ｔｒ５、第６スイッチング素子Ｔｒ６、第７スイッチング素子Ｔｒ７、及び第８スイッチング素子Ｔｒ８と、第３～第８スイッチング素子Ｔｒ３～Ｔｒ８のそれぞれに並列接続された第３還流ダイオードＲＤ３、第４還流ダイオードＲＤ４、第５還流ダイオードＲＤ５、第６還流ダイオードＲＤ６、第７還流ダイオードＲＤ７、及び第８還流ダイオードＲＤ８を有している。インバータ回路４は、平滑コンデンサ３によって平滑化された直流電圧（以下「母線電圧Ｖｄｃ１」と称する。）を、インバータ駆動回路７からのＰＷＭ信号に基づいて三相交流電力に変換し、圧縮機３１のモータ３１ａに供給する。なお、本実施の形態において、インバータ回路４の第３～第８スイッチング素子Ｔｒ３～Ｔｒ８は、シリコン（Ｓｉ）を用いて構成されているが、シリコン（Ｓｉ）の代わりに、炭化ケイ素（ＳｉＣ）素子等のワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。
The smoothing capacitor 3 smoothes and charges the output from the MLC circuit 2. The inverter circuit 4 includes a three-phase bridge-connected switching element (for example, IGBT) and a free-wheeling diode that is connected in parallel to each of the switching elements and circulates the motor current. More specifically, the inverter circuit 4 includes a third switching element Tr3, a fourth switching element Tr4, a fifth switching element Tr5, a sixth switching element Tr6, a seventh switching element Tr7, and an eighth switching element Tr8, A third free-wheeling diode RD3, a fourth free-wheeling diode RD4, a fifth free-wheeling diode RD5, a sixth free-wheeling diode RD6, a seventh free-wheeling diode RD7, and an eighth free-wheeling diode connected in parallel to each of the eighth to eighth switching elements Tr3 to Tr8. It has RD8. The inverter circuit 4 converts the DC voltage smoothed by the smoothing capacitor 3 (hereinafter referred to as “bus voltage Vdc1”) into three-phase AC power based on the PWM signal from the inverter drive circuit 7, and the compressor 31. To the motor 31a. In the present embodiment, the third to eighth switching elements Tr3 to Tr8 of the inverter circuit 4 are configured using silicon (Si). However, instead of silicon (Si), silicon carbide (SiC) is used. A wide band gap semiconductor such as an element may be used.
リアクトルＬの入力側には、リアクトルＬに入力する入力電流Ｉｄｃ１を検出する入力電流検出部８が設けられている。また、インバータ回路４の出力側には、インバータ回路４からのモータ電流Ｉｕ、Ｉｗを検出するモータ電流検出部９が設けられている。さらに、平滑コンデンサ３の両極間には、差動アンプ１０が設けられており、差動アンプ１０は、平滑コンデンサ３への充電により両極間に発生する母線電圧Ｖｄｃ１を検出する母線電圧検出部（図示せず）を有している。
On the input side of the reactor L, an input current detection unit 8 that detects an input current Idc1 input to the reactor L is provided. A motor current detection unit 9 that detects motor currents Iu and Iw from the inverter circuit 4 is provided on the output side of the inverter circuit 4. Further, a differential amplifier 10 is provided between both electrodes of the smoothing capacitor 3, and the differential amplifier 10 detects a bus voltage Vdc1 generated between the two electrodes by charging the smoothing capacitor 3 ( (Not shown).
制御回路５は、入力電流検出部８により検出された入力電流Ｉｄｃ１をデジタル量に変換する入力電流ＡＤ変換部５ａ、差動アンプ１０からの母線電圧Ｖｄｃ１をデジタル量に変換する母線電圧ＡＤ変換部５ｂ、モータ電流検出部９により検出されたモータ電流Ｉｕ、Ｉｗをデジタル量に変換するモータ電流ＡＤ変換部５ｃ、昇圧モード切替部５ｄ、ＭＬＣ制御部５ｅ、インバータ制御部５ｆ、及び変調度演算部５ｇ等を備えている。昇圧モード切替部５ｄは、圧縮機３１のモータ３１ａの運転状態に応じて、入力電圧Ｖｄｃの昇圧レベルを変化させる昇圧モードを選択するものである。ＭＬＣ制御部５ｅは、昇圧モード切替部５ｄにより選択された昇圧モードに基づいて、第１及び第２スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２のＯＮ・ＯＦＦ時間のデューティ比を算出し、ＭＬＣ駆動回路６に入力する。
The control circuit 5 includes an input current AD converter 5a that converts the input current Idc1 detected by the input current detector 8 into a digital quantity, and a bus voltage AD converter that converts the bus voltage Vdc1 from the differential amplifier 10 into a digital quantity. 5b, a motor current AD conversion unit 5c that converts the motor currents Iu and Iw detected by the motor current detection unit 9 into digital quantities, a boost mode switching unit 5d, an MLC control unit 5e, an inverter control unit 5f, and a modulation degree calculation unit 5g etc. are provided. The step-up mode switching unit 5d selects a step-up mode for changing the step-up level of the input voltage Vdc in accordance with the operating state of the motor 31a of the compressor 31. The MLC control unit 5e calculates the duty ratio of the ON / OFF times of the first and second switching elements Tr1 and Tr2 based on the boost mode selected by the boost mode switching unit 5d and inputs the duty ratio to the MLC drive circuit 6 .
次に、図２を参照して、ＭＬＣ回路２を構成する半導体素子がモジュール化された半導体モジュールについて説明する。図２は、電力変換装置２０において、ＭＬＣ回路２の半導体素子をワンパッケージ化した半導体モジュール１１の概略図である。図２に示すように、半導体モジュール１１は、直列に接続された第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２と、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２と、第１スイッチング素子Ｔｒ１に並列接続された第１環流ダイオードＲＤ１と、第２スイッチング素子Ｔｒ２に並列接続された第２還流ダイオードＲＤ２とを備えた昇圧モジュール１１Ａを有している。
Next, a semiconductor module in which the semiconductor elements constituting the MLC circuit 2 are modularized will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram of the semiconductor module 11 in which the semiconductor element of the MLC circuit 2 is packaged in the power converter 20. As shown in FIG. 2, the semiconductor module 11 is connected in parallel to the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2, the first diode D1 and the second diode D2, and the first switching element Tr1 connected in series. The booster module 11A includes a first free-wheeling diode RD1 and a second free-wheeling diode RD2 connected in parallel to the second switching element Tr2.
そして、半導体モジュール１１は、第１スイッチング素子Ｔｒ１のコレクタ側である第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２との間から引き出され、中間コンデンサＣｆの一端が接続される第１容量端子ａと、第１スイッチング素子Ｔｒ１と第２スイッチング素子Ｔｒ２との間から引き出され、中間コンデンサＣｆの他端が接続される第２容量端子ｂと、を有している。すなわち、第１容量端子ａ及び第２容量端子ｂは、中間コンデンサＣｆを接続するための端子である。また、半導体モジュール１１は、第１スイッチング素子Ｔｒ１から引き出され、駆動信号が入力される第１オンオフ駆動用端子ｆと、第２スイッチング素子Ｔｒ２から引き出され、駆動信号が入力される第２オンオフ駆動用端子ｇとを有している。さらに、半導体モジュール１１は、第１ダイオードＤ１のカソード側から引き出された第１負荷側端子ｄと、第２還流ダイオードＲＤ２のアノード側から引き出された第２負荷側端子ｅとを有している。また、半導体モジュール１１は、第２ダイオードＤ２と第１スイッチング素子Ｔｒ１との間から引き出され、リアクトルＬの一端が接続される一端側誘導端子ｃを有している。
The semiconductor module 11 is drawn from between the first diode D1 and the second diode D2 on the collector side of the first switching element Tr1, and has a first capacitance terminal a to which one end of the intermediate capacitor Cf is connected, And a second capacitance terminal b which is drawn from between the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 and to which the other end of the intermediate capacitor Cf is connected. That is, the first capacitor terminal a and the second capacitor terminal b are terminals for connecting the intermediate capacitor Cf. In addition, the semiconductor module 11 is pulled out from the first switching element Tr1, and the first on / off driving terminal f to which the driving signal is input and the second on / off driving that is pulled out from the second switching element Tr2 and to which the driving signal is input. Terminal g. Furthermore, the semiconductor module 11 has a first load side terminal d drawn from the cathode side of the first diode D1 and a second load side terminal e drawn from the anode side of the second return diode RD2. . In addition, the semiconductor module 11 has one end-side induction terminal c that is drawn from between the second diode D2 and the first switching element Tr1 and to which one end of the reactor L is connected.
なお、半導体モジュール１１が、内部の温度を検出する温度検出部と、温度検出部から引き出された温度検出用端子と、を有するように構成してもよい。
The semiconductor module 11 may be configured to include a temperature detection unit that detects the internal temperature and a temperature detection terminal that is drawn from the temperature detection unit.
本実施の形態１では、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２の双方にＳｉ素材のＩＧＢＴ素子を使用しているが、ＳｉＣ素材を用いたＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。また、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２としては、Ｓｉ素材のダイオードを使用しているが、ＳｉＣ素材のＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）又はファストリカバリダイオードのような素子を用いてもよい。さらに、第１環流ダイオードＲＤ１及び第２還流ダイオードＲＤ２としては、Ｓｉ素材のＦＷＤ（フリーホイールダイオード）を使用しているが、ＳｉＣ素材のＳＢＤを用いてもよい。
In the first embodiment, the Si material IGBT element is used for both the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2, but a MOSFET using a SiC material may be used. Further, although the Si diode is used as the first diode D1 and the second diode D2, an element such as an SBD (Schottky barrier diode) or a fast recovery diode made of SiC may be used. Furthermore, as the first free-wheeling diode RD1 and the second free-wheeling diode RD2, Si material FWD (free wheel diode) is used, but SiC material SBD may be used.
すなわち、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２と、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２と、第１環流ダイオードＲＤ１及び第２還流ダイオードＲＤ２とが、シリコン（Ｓｉ）と比較してバンドギャップが大きい炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、又はダイヤモンド素子等のワイドバンドギャップ半導体で構成されていてもよい。第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２と、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２と、第１環流ダイオードＲＤ１及び第２還流ダイオードＲＤ２とをワイドバンドギャップ半導体で構成することにより、従来から用いられているＳｉ系スイッチング素子を採用した場合と比べ、損失の低減を図ることができる。もっとも、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２としてトランジスタを採用してもよい。
That is, the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2, the first diode D1 and the second diode D2, and the first free-wheeling diode RD1 and the second free-wheeling diode RD2 have a band gap compared to silicon (Si). May be composed of a wide band gap semiconductor such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or a diamond element. The first switching element Tr1 and the second switching element Tr2, the first diode D1 and the second diode D2, and the first free-wheeling diode RD1 and the second free-wheeling diode RD2 are made of wide band gap semiconductors, so that they are conventionally used. The loss can be reduced as compared with the case where the Si-based switching element is used. But you may employ | adopt a transistor as 1st switching element Tr1 and 2nd switching element Tr2.
ここで、ＭＬＣ回路２の基本動作について図３～図７を参照して説明する。電力変換装置２０は、ＭＬＣ回路２の動作に関して４つの動作モードＡ～Ｄを備えている。図３は、電力変換装置２０のＭＬＣ回路２における動作モードＡの状態を示す説明図である。動作モードＡは、第１スイッチング素子Ｔｒ１がオフ（Ｏｆｆ）、第２スイッチング素子Ｔｒ２がオン（Ｏｎ）の状態である。動作モードＡでは、中間コンデンサＣｆにエネルギーが蓄積される。図４は、電力変換装置２０のＭＬＣ回路２における動作モードＢの状態を示す説明図である。動作モードＢは、第１スイッチング素子Ｔｒ１がオン、第２スイッチング素子Ｔｒ２がオフの状態である。動作モードＢでは、中間コンデンサＣｆに蓄積されたエネルギーが放出される。
Here, the basic operation of the MLC circuit 2 will be described with reference to FIGS. The power conversion device 20 has four operation modes A to D with respect to the operation of the MLC circuit 2. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of the operation mode A in the MLC circuit 2 of the power conversion device 20. The operation mode A is a state in which the first switching element Tr1 is off (Off) and the second switching element Tr2 is on (On). In the operation mode A, energy is stored in the intermediate capacitor Cf. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state of the operation mode B in the MLC circuit 2 of the power conversion device 20. The operation mode B is a state in which the first switching element Tr1 is on and the second switching element Tr2 is off. In the operation mode B, the energy stored in the intermediate capacitor Cf is released.
図５は、電力変換装置２０のＭＬＣ回路２における動作モードＣの状態を示す説明図である。動作モードＣは、第１スイッチング素子Ｔｒ１がオフ、第２スイッチング素子Ｔｒ２がオフの状態である。動作モードＣでは、リアクトルＬのエネルギーが放出される。図６は、電力変換装置２０のＭＬＣ回路２における動作モードＤの状態を示す説明図である。動作モードＤは、第１スイッチング素子Ｔｒ１がオン、第２スイッチング素子Ｔｒ２がオンの状態である。動作モードＤでは、リアクトルＬにエネルギーが蓄積される。制御回路５がＭＬＣ駆動回路６を介して４つの動作モードＡ～Ｄの時比率を適宜調整することにより、任意の昇圧比の昇圧動作を行うことができる。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state of the operation mode C in the MLC circuit 2 of the power conversion device 20. The operation mode C is a state in which the first switching element Tr1 is off and the second switching element Tr2 is off. In the operation mode C, the energy of the reactor L is released. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state of the operation mode D in the MLC circuit 2 of the power conversion device 20. The operation mode D is a state in which the first switching element Tr1 is on and the second switching element Tr2 is on. In the operation mode D, energy is accumulated in the reactor L. When the control circuit 5 appropriately adjusts the time ratio of the four operation modes A to D via the MLC driving circuit 6, it is possible to perform a boosting operation with an arbitrary boosting ratio.
続いて、電力変換装置２０のＭＬＣ制御部５ｅ及びＭＬＣ回路２の動作を詳細に説明する。ＭＬＣ回路２による昇圧比を２倍以下とする場合、ＭＬＣ制御部５ｅは、定常状態では、中間コンデンサＣｆの端子間電圧Ｖｃｆが、出力電圧Ｖｏｕｔの約２分の１の電圧となるようにＭＬＣ駆動回路６を制御する。これにより、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、中間コンデンサＣｆの端子間電圧Ｖｃｆの大小関係は、「出力電圧Ｖｏｕｔ＞入力電圧Ｖｉｎ＞端子間電圧Ｖｃｆ」となっている。
Subsequently, operations of the MLC control unit 5e and the MLC circuit 2 of the power conversion device 20 will be described in detail. When the step-up ratio by the MLC circuit 2 is set to be 2 times or less, the MLC control unit 5e causes the MLC control unit 5e to make the voltage Vcf between the terminals of the intermediate capacitor Cf about half of the output voltage Vout in the steady state. The drive circuit 6 is controlled. Thus, the magnitude relationship among the input voltage Vin, the output voltage Vout, and the terminal voltage Vcf of the intermediate capacitor Cf is “output voltage Vout> input voltage Vin> terminal voltage Vcf”.
より具体的に、ＭＬＣ制御部５ｅは、ＭＬＣ駆動回路６を介して、第１スイッチング素子Ｔｒ１がオフ、第２スイッチング素子Ｔｒ２がオンの状態である動作モードＡとなるようにＭＬＣ回路２を制御する。動作モードＡでは、リアクトルＬ→第２ダイオードＤ２→中間コンデンサＣｆ→第２スイッチング素子Ｔｒ２の経路が導通し、リアクトルＬと中間コンデンサＣｆとにエネルギーが移行する。
More specifically, the MLC control unit 5e controls the MLC circuit 2 via the MLC driving circuit 6 so as to be in the operation mode A in which the first switching element Tr1 is off and the second switching element Tr2 is on. To do. In the operation mode A, the path of the reactor L → the second diode D2 → the intermediate capacitor Cf → the second switching element Tr2 is conducted, and energy is transferred to the reactor L and the intermediate capacitor Cf.
次いで、ＭＬＣ制御部５ｅは、第１スイッチング素子Ｔｒ１がオフ、第２スイッチング素子Ｔｒ２がオフの状態である動作モードＣとなるようにＭＬＣ回路２を制御する。動作モードＣでは、リアクトルＬ→第２ダイオードＤ２→第１ダイオードＤ１→平滑コンデンサ３の経路が導通し、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサ３に移行する。次に、ＭＬＣ制御部５ｅは、第１スイッチング素子Ｔｒ１がオン、第２スイッチング素子Ｔｒ２がオフの状態である動作モードＢとなるようにＭＬＣ回路２を制御する。動作モードＢでは、リアクトルＬ→第１スイッチング素子Ｔｒ１→中間コンデンサＣｆ→第１ダイオードＤ１→平滑コンデンサ３の経路が導通し、中間コンデンサＣｆに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサ３に移行するとともに、リアクトルＬにエネルギーを蓄積する。続いて、ＭＬＣ制御部５ｅは、ＭＬＣ回路２を動作モードＣに制御する。
Next, the MLC control unit 5e controls the MLC circuit 2 so as to be in the operation mode C in which the first switching element Tr1 is off and the second switching element Tr2 is off. In the operation mode C, the path of the reactor L → the second diode D 2 → the first diode D 1 → the smoothing capacitor 3 is conducted, and the energy accumulated in the reactor L is transferred to the smoothing capacitor 3. Next, the MLC control unit 5e controls the MLC circuit 2 so as to be in the operation mode B in which the first switching element Tr1 is on and the second switching element Tr2 is off. In the operation mode B, the path of the reactor L → the first switching element Tr1 → the intermediate capacitor Cf → the first diode D1 → the smoothing capacitor 3 is conducted, and the energy accumulated in the intermediate capacitor Cf is transferred to the smoothing capacitor 3 and the reactor Energy is stored in L. Subsequently, the MLC control unit 5e controls the MLC circuit 2 to the operation mode C.
ＭＬＣ制御部５ｅは、ＭＬＣ回路２による昇圧比を２倍以下とする場合において、上記一連の動作（動作モードＡ→動作モードＣ→動作モードＢ→動作モードＣ）を繰り返す。これにより、入力電圧Ｖｉｎに対し、１倍から２倍までの任意の昇圧比に応じて昇圧された出力電圧Ｖｏｕｔを負荷側に出力する。また、第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第１ダイオードＤ１、及び第２ダイオードＤ２には、出力電圧Ｖｏｕｔよりも小さな電圧しかかからない。ここで、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの関係を１対ｎとすると、図７に示すように、電流Ｉ１と電流Ｉ２には下記の式（１）の関係がある。式（１）は、第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第１ダイオードＤ１、及び第２ダイオードＤ２には、出力電流より大きな電流が流れることを意味する。
The MLC control unit 5e repeats the above series of operations (operation mode A → operation mode C → operation mode B → operation mode C) when the step-up ratio by the MLC circuit 2 is set to be twice or less. As a result, the output voltage Vout boosted according to an arbitrary boost ratio from 1 to 2 is output to the load side with respect to the input voltage Vin. In addition, the first switching element Tr1, the second switching element Tr2, the first diode D1, and the second diode D2 are applied with a voltage smaller than the output voltage Vout. Here, assuming that the relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vout is 1 to n, as shown in FIG. 7, the current I 1 and the current I 2 have the relationship of the following formula (1). Equation (1) means that a current larger than the output current flows through the first switching element Tr1, the second switching element Tr2, the first diode D1, and the second diode D2.
Ｉ１／Ｉ２＝ｎ／１ ・・・ （１）
I 1 / I 2 = n / 1 (1)
ＭＬＣ制御部５ｅは、ＭＬＣ回路２による昇圧比を２倍以上とする場合、定常状態では、中間コンデンサＣｆの端子間電圧Ｖｃｆが、出力電圧Ｖｏｕｔの約２分の１の電圧となるようにＭＬＣ駆動回路６を制御する。これにより、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、中間コンデンサの端子間電圧Ｖｃｆの大小関係は、「出力電圧Ｖｏｕｔ＞端子間電圧Ｖｃｆ＞入力電圧Ｖｉｎ」となっている。
When the step-up ratio by the MLC circuit 2 is set to be twice or more, the MLC control unit 5e is configured so that, in a steady state, the terminal voltage Vcf of the intermediate capacitor Cf is approximately a half of the output voltage Vout. The drive circuit 6 is controlled. Thus, the magnitude relationship among the input voltage Vin, the output voltage Vout, and the terminal voltage Vcf of the intermediate capacitor is “output voltage Vout> terminal voltage Vcf> input voltage Vin”.
より具体的に、ＭＬＣ制御部５ｅは、ＭＬＣ駆動回路６を介して、第１スイッチング素子Ｔｒ１がオン、第２スイッチング素子Ｔｒ２がオンの状態である動作モードＤとなるようにＭＬＣ回路２を制御する。動作モードＤでは、リアクトルＬ→第１スイッチング素子Ｔｒ１→第２スイッチング素子Ｔｒ２の経路が導通し、リアクトルＬにエネルギーが移行する。
More specifically, the MLC control unit 5e controls the MLC circuit 2 via the MLC driving circuit 6 so that the operation mode D is in a state where the first switching element Tr1 is on and the second switching element Tr2 is on. To do. In the operation mode D, the path of the reactor L → the first switching element Tr1 → the second switching element Tr2 is conducted, and energy is transferred to the reactor L.
次いで、ＭＬＣ制御部５ｅは、第１スイッチング素子Ｔｒ１がオフ、第２スイッチング素子Ｔｒ２がオンの状態である動作モードＡとなるようにＭＬＣ回路２を制御する。動作モードＡでは、リアクトルＬ→第２ダイオードＤ２→中間コンデンサＣｆ→第２スイッチング素子Ｔｒ２の経路が導通し、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが中間コンデンサＣｆに移行する。次に、ＭＬＣ制御部５ｅは、第１スイッチング素子Ｔｒ１がオン、第２スイッチング素子Ｔｒ２がオンの状態である動作モードＤとなるようにＭＬＣ回路２を制御する。動作モードＤでは、上記同様に、リアクトルＬ→第１スイッチング素子Ｔｒ１→第２スイッチング素子Ｔｒ２の経路が導通し、リアクトルＬにエネルギーが移行する。続いて、ＭＬＣ制御部５ｅは、第１スイッチング素子Ｔｒ１がオン、第２スイッチング素子Ｔｒ２がオフの状態である動作モードＢとなるようにＭＬＣ回路２を制御する。動作モードＢでは、リアクトルＬ→第１スイッチング素子Ｔｒ１→中間コンデンサＣｆ→第１ダイオードＤ１→平滑コンデンサ３の経路が導通し、リアクトルＬと中間コンデンサＣｆに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサ３に移行する。
Next, the MLC control unit 5e controls the MLC circuit 2 so as to be in the operation mode A in which the first switching element Tr1 is off and the second switching element Tr2 is on. In the operation mode A, the path of the reactor L → the second diode D2 → the intermediate capacitor Cf → the second switching element Tr2 is conducted, and the energy stored in the reactor L is transferred to the intermediate capacitor Cf. Next, the MLC control unit 5e controls the MLC circuit 2 so as to be in the operation mode D in which the first switching element Tr1 is on and the second switching element Tr2 is on. In the operation mode D, similarly to the above, the path of the reactor L → the first switching element Tr1 → the second switching element Tr2 is conducted, and energy is transferred to the reactor L. Subsequently, the MLC control unit 5e controls the MLC circuit 2 so as to be in the operation mode B in which the first switching element Tr1 is on and the second switching element Tr2 is off. In the operation mode B, the path of reactor L → first switching element Tr1 → intermediate capacitor Cf → first diode D1 → smoothing capacitor 3 is conducted, and energy accumulated in reactor L and intermediate capacitor Cf is transferred to smoothing capacitor 3. .
ＭＬＣ制御部５ｅは、ＭＬＣ回路２による昇圧比を２倍以上とする場合において、上記一連の動作（動作モードＤ→動作モードＡ→動作モードＤ→動作モードＢ）を繰り返す。これにより、入力電圧Ｖｉｎに対し、２倍以上の任意の昇圧比に応じて昇圧された出力電圧Ｖｏｕｔを負荷側に出力する。また、第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第１ダイオードＤ１、及び第２ダイオードＤ２には、出力電圧Ｖｏｕｔよりも小さな電圧しかかからない。入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの関係を１対ｎとすると、図７に示すように、電流Ｉ１と電流Ｉ２には、上記式（１）の関係が成立する。すなわち、第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第１ダイオードＤ１、及び第２ダイオードＤ２には、出力電流より大きな電流が流れる。
The MLC control unit 5e repeats the above-described series of operations (operation mode D → operation mode A → operation mode D → operation mode B) when the step-up ratio by the MLC circuit 2 is doubled or more. As a result, the output voltage Vout boosted according to an arbitrary step-up ratio of 2 or more with respect to the input voltage Vin is output to the load side. In addition, the first switching element Tr1, the second switching element Tr2, the first diode D1, and the second diode D2 are applied with a voltage smaller than the output voltage Vout. Assuming that the relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vout is 1 to n, the relationship of the above formula (1) is established between the current I 1 and the current I 2 as shown in FIG. That is, a current larger than the output current flows through the first switching element Tr1, the second switching element Tr2, the first diode D1, and the second diode D2.
以上のように、本実施の形態１における電力変換装置２０では、半導体素子をパッケージ化して形成された半導体モジュール１１が周辺部品を接続するための端子を有するため、中間コンデンサを有するマルチレベルチョッパ回路のうちの半導体素子のワンパッケージ化を実現することができる。しがたって、小型化された半導体モジュール１１に対し、周辺部品を簡易に接続することができるため、基板実装面積及び配線インダクタンスを削減し、電力変換装置及び電力変換装置を内包する空気調和装置の小型化を実現することができる。すなわち、電力変換装置２０によれば、半導体素子をモジュールとして構成することにより、冷却効率の向上及び配線パターンのインピーダンスの制約の軽減を図ることができ、かつ、半導体モジュール１１が、ＭＬＣ回路２の構成部材等を接続する端子を有するため、電力変換装置２０を容易かつ安価に設計することができる。
As described above, in the power conversion device 20 according to the first embodiment, since the semiconductor module 11 formed by packaging the semiconductor element has terminals for connecting peripheral components, the multilevel chopper circuit having an intermediate capacitor is provided. It is possible to realize a one-package semiconductor device. Therefore, since peripheral components can be easily connected to the miniaturized semiconductor module 11, the board mounting area and the wiring inductance are reduced, and the power converter and the air conditioner including the power converter are included. Miniaturization can be realized. That is, according to the power conversion device 20, by configuring the semiconductor element as a module, it is possible to improve the cooling efficiency and reduce the restriction on the impedance of the wiring pattern, and the semiconductor module 11 is connected to the MLC circuit 2. Since it has the terminal which connects a structural member etc., the power converter device 20 can be designed easily and cheaply.
［実施の形態２］
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２に係る半導体モジュールの構成を説明する。図８は、本実施の形態２に係る半導体モジュール１２の概略図である。半導体モジュール１２は、ＭＬＣ回路２及び整流器１の半導体素子をワンパッケージ化したものである。前述した実施の形態１と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。 [Embodiment 2]
Next, the configuration of the semiconductor module according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram of thesemiconductor module 12 according to the second embodiment. The semiconductor module 12 is a package of the semiconductor elements of the MLC circuit 2 and the rectifier 1. The same reference numerals are used for the same constituent members as those in the first embodiment.
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２に係る半導体モジュールの構成を説明する。図８は、本実施の形態２に係る半導体モジュール１２の概略図である。半導体モジュール１２は、ＭＬＣ回路２及び整流器１の半導体素子をワンパッケージ化したものである。前述した実施の形態１と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。 [Embodiment 2]
Next, the configuration of the semiconductor module according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram of the
図８に示すように、半導体モジュール１２は、昇圧モジュール１１Ａと、第３ダイオードＤ３、第４ダイオードＤ４、第５ダイオードＤ５、第６ダイオードＤ６、第７ダイオードＤ７、及び第８ダイオードＤ８がブリッジ接続された整流器１と、を有している。また、半導体モジュール１２は、第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２との間から引き出された第１容量端子ａと、第１スイッチング素子Ｔｒ１と第２スイッチング素子Ｔｒ２との間から引き出された第２容量端子ｂと、第１負荷側端子ｄと、第２負荷側端子ｅと、第１オンオフ駆動用端子ｆと、第２オンオフ駆動用端子ｇと、を有している。さらに、半導体モジュール１２は、第２ダイオードＤ２と第１スイッチング素子Ｔｒ１との間から引き出され、リアクトルＬの一端に接続される一端側誘導端子ｃと、第３ダイオードＤ３、第５ダイオードＤ５、及び第７ダイオードＤ７のカソード側から引き出され、リアクトルＬの他端が接続される他端側誘導端子ｈとを有している。すなわち、リアクトルＬは、一端側誘導端子ｃ及び他端側誘導端子ｈに接続されており、制御回路５が昇圧制御を行う際に必要となる電力変換装置２０の構成部材である。
As shown in FIG. 8, in the semiconductor module 12, the step-up module 11A and the third diode D3, the fourth diode D4, the fifth diode D5, the sixth diode D6, the seventh diode D7, and the eighth diode D8 are bridge-connected. The rectifier 1 is provided. In addition, the semiconductor module 12 includes a first capacitance terminal a drawn from between the first diode D1 and the second diode D2, and a second drawn from between the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2. It has a capacitance terminal b, a first load side terminal d, a second load side terminal e, a first on / off drive terminal f, and a second on / off drive terminal g. Further, the semiconductor module 12 is drawn from between the second diode D2 and the first switching element Tr1 and connected to one end of the reactor L, a third diode D3, a fifth diode D5, The other end side induction terminal h is drawn from the cathode side of the seventh diode D7 and connected to the other end of the reactor L. That is, the reactor L is connected to the one end side induction terminal c and the other end side induction terminal h, and is a constituent member of the power conversion device 20 that is required when the control circuit 5 performs step-up control.
整流器１においては、第３ダイオードＤ３及び第４ダイオードＤ４が直列に接続され、第５ダイオードＤ５及び第６ダイオードＤ６が直列に接続され、第７ダイオードＤ７及び第８ダイオードＤ８が直列に接続されている。そして、第３ダイオードＤ３と第５ダイオードＤ５と第７ダイオードＤ７とは並列に接続されている。また、半導体モジュール１２は、第４ダイオードＤ４、第６ダイオードＤ６、及び第８ダイオードＤ８のカソード側（第３ダイオードＤ３、第５ダイオードＤ５、及び第７ダイオードＤ７のアノード側）から引き出され、商用電源が接続される電源端子ｉ、ｊ、ｋを有している。
In the rectifier 1, the third diode D3 and the fourth diode D4 are connected in series, the fifth diode D5 and the sixth diode D6 are connected in series, and the seventh diode D7 and the eighth diode D8 are connected in series. Yes. The third diode D3, the fifth diode D5, and the seventh diode D7 are connected in parallel. The semiconductor module 12 is drawn from the cathode side of the fourth diode D4, the sixth diode D6, and the eighth diode D8 (the anode side of the third diode D3, the fifth diode D5, and the seventh diode D7), and is commercially available. Power supply terminals i, j, and k are connected to a power supply.
本実施の形態２では、ＭＬＣ回路２及び整流器１の半導体素子をワンパッケージ化した半導体モジュール１２が周辺部品を接続する端子を有するため、ＭＬＣ回路２及び整流器１を構成する半導体素子のワンパッケージ化を実現することができる。なお、本実施の形態２において、第１～第８ダイオードＤ１～Ｄ８としては、Ｓｉ素材のダイオードを使用しているが、ＳｉＣ素材のＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）を用いてもよい。その他の構成及び動作については、前述した実施の形態１と同様である。
In the second embodiment, since the semiconductor module 12 in which the semiconductor elements of the MLC circuit 2 and the rectifier 1 are packaged has terminals for connecting peripheral components, the semiconductor elements constituting the MLC circuit 2 and the rectifier 1 are packaged in one package. Can be realized. In the second embodiment, as the first to eighth diodes D1 to D8, diodes made of Si are used, but SBD (Schottky barrier diode) made of SiC may be used. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
［実施の形態３］
続いて、図９を参照して、本発明の実施の形態３に係る半導体モジュールの構成を説明する。図９は、本実施の形態３に係る半導体モジュール１３の概略図である。半導体モジュール１３は、ＭＬＣ回路２及びインバータ回路４の半導体素子をワンパッケージ化したものである。上述した実施の形態１と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。 [Embodiment 3]
Next, the configuration of the semiconductor module according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic diagram of thesemiconductor module 13 according to the third embodiment. The semiconductor module 13 is a package of the semiconductor elements of the MLC circuit 2 and the inverter circuit 4. The same reference numerals are used for the same constituent members as those in the first embodiment.
続いて、図９を参照して、本発明の実施の形態３に係る半導体モジュールの構成を説明する。図９は、本実施の形態３に係る半導体モジュール１３の概略図である。半導体モジュール１３は、ＭＬＣ回路２及びインバータ回路４の半導体素子をワンパッケージ化したものである。上述した実施の形態１と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。 [Embodiment 3]
Next, the configuration of the semiconductor module according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic diagram of the
図９に示すように、半導体モジュール１３は、昇圧モジュール１１Ａと、複数のスイッチング素子Ｔｒ３～Ｔｒ８及び複数のスイッチング素子Ｔｒ３～Ｔｒ８の各々に並列接続された複数の還流ダイオードＲＤ３～ＲＤ８とを備えたインバータ回路４と、を有している。整流器１を構成する第３～第８スイッチング素子Ｔｒ３～Ｔｒ８は、制御回路５が３相交流正弦波変調駆動を行う上で必要なスイッチング素子である。また、半導体モジュール１２は、第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２との間から引き出された第１容量端子ａと、第１スイッチング素子Ｔｒ１と第２スイッチング素子Ｔｒ２との間から引き出された第２容量端子ｂと、一端側誘導端子ｃと、第１負荷側端子ｄと、第２負荷側端子ｅと、第１オンオフ駆動用端子ｆと、第２オンオフ駆動用端子ｇと、を有している。
As shown in FIG. 9, the semiconductor module 13 includes a step-up module 11A and a plurality of switching elements Tr3 to Tr8 and a plurality of free-wheeling diodes RD3 to RD8 connected in parallel to each of the plurality of switching elements Tr3 to Tr8. And an inverter circuit 4. The third to eighth switching elements Tr3 to Tr8 constituting the rectifier 1 are switching elements necessary for the control circuit 5 to perform three-phase AC sine wave modulation driving. In addition, the semiconductor module 12 includes a first capacitance terminal a drawn from between the first diode D1 and the second diode D2, and a second drawn from between the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2. A capacitor terminal b, one end side induction terminal c, a first load side terminal d, a second load side terminal e, a first on / off drive terminal f, and a second on / off drive terminal g; Yes.
また、半導体モジュール１３は、第３スイッチング素子Ｔｒ３、第４スイッチング素子Ｔｒ４、第５スイッチング素子Ｔｒ５、第６スイッチング素子Ｔｒ６、第７スイッチング素子Ｔｒ７、及び第８スイッチング素子Ｔｒ８のそれぞれに駆動信号を入力する６つの入力端子ｌ、ｍ、ｎ、o、ｐ、ｑを有している。すなわち、第３～第８スイッチング素子Ｔｒ３～Ｔｒ８には、インバータ駆動回路７からの駆動信号を入力する入力端子ｌ～ｑが設けられている。
In addition, the semiconductor module 13 inputs a drive signal to each of the third switching element Tr3, the fourth switching element Tr4, the fifth switching element Tr5, the sixth switching element Tr6, the seventh switching element Tr7, and the eighth switching element Tr8. It has six input terminals l, m, n, o, p, q. That is, the third to eighth switching elements Tr3 to Tr8 are provided with input terminals 1 to q for inputting a drive signal from the inverter drive circuit 7.
さらに、半導体モジュール１３は、第３スイッチング素子Ｔｒ３と第４スイッチング素子Ｔｒ４との間、第５スイッチング素子Ｔｒ５と第６スイッチング素子Ｔｒ６との間、及び第７スイッチング素子Ｔｒ７と第８スイッチング素子Ｔｒ８との間から引き出され、モータ駆動用の交流電源を出力する出力端子ｘ、ｙ、ｚを有している。出力端子ｘ、ｙ、ｚは、例えば圧縮機３１のモータ３１ａが接続される端子である。
Further, the semiconductor module 13 includes the third switching element Tr3 and the fourth switching element Tr4, the fifth switching element Tr5 and the sixth switching element Tr6, and the seventh switching element Tr7 and the eighth switching element Tr8. And output terminals x, y, and z that output an AC power supply for driving the motor. The output terminals x, y, and z are terminals to which the motor 31a of the compressor 31 is connected, for example.
また、半導体モジュール１３は、第３還流ダイオードＲＤ３、第４還流ダイオードＲＤ４、第５還流ダイオードＲＤ５、第６還流ダイオードＲＤ６、第７還流ダイオードＲＤ７、及び第８還流ダイオードＲＤ８のアノード側から引き出された別の出力端子ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗを有している。すなわち、半導体モジュール１３においては、第３スイッチング素子Ｔｒ３と第４スイッチング素子Ｔｒ４との間、第５スイッチング素子Ｔｒ５と第６スイッチング素子Ｔｒ６との間、及び第７スイッチング素子Ｔｒ７と第８スイッチング素子Ｔｒ８との間に、出力端子ｘ、ｙ、ｚとは異なる別の出力端子ｒ、ｓ、ｔが設けられている。同様に第４スイッチング素子Ｔｒ４、第６スイッチング素子Ｔｒ６、第８スイッチング素子Ｔｒ８の各々のエミッタ側には、別の出力端子ｕ、ｖ、ｗが設けられている。別の出力端子ｒ～ｗを設けることにより、基板設計の際に余分なパターンの引き回しを抑えることができる、というメリットが得られる。
Further, the semiconductor module 13 was drawn from the anode side of the third free-wheeling diode RD3, the fourth free-wheeling diode RD4, the fifth free-wheeling diode RD5, the sixth free-wheeling diode RD6, the seventh free-wheeling diode RD7, and the eighth free-wheeling diode RD8. Another output terminal r, s, t, u, v, w is provided. That is, in the semiconductor module 13, between the third switching element Tr3 and the fourth switching element Tr4, between the fifth switching element Tr5 and the sixth switching element Tr6, and between the seventh switching element Tr7 and the eighth switching element Tr8. Are provided with different output terminals r, s, and t different from the output terminals x, y, and z. Similarly, other output terminals u, v, and w are provided on the emitter side of each of the fourth switching element Tr4, the sixth switching element Tr6, and the eighth switching element Tr8. By providing the separate output terminals r to w, there is an advantage that it is possible to suppress the routing of extra patterns when designing the board.
半導体モジュール１３では、第１～第８スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ８の何れにもＳｉ素材のＩＧＢＴ素子を使用しているが、ＳｉＣ素材を用いたＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。また、ＭＬＣ回路２を構成する第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第１ダイオードＤ１、及び第２ダイオードＤ２は、インバータ回路４を構成する第３～第８スイッチング素子Ｔｒ３～Ｔｒ８の電圧定格の耐圧よりも小さい半導体素子を採用してもよいため、コストの低減を図ることができる。一例として、第３～第８スイッチング素子Ｔｒ３～Ｔｒ８の定格電圧を１２００Ｖ、第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第１ダイオードＤ１、及び第２ダイオードＤ２の定格電圧を６００Ｖとした場合に、ＭＬＣ回路２によれば、３相２００Ｖ入力、３相４００Ｖ入力で整流した電圧を８００Ｖ近くまで昇圧することができる。また、第３～第８スイッチング素子Ｔｒ３～Ｔｒ８の電流は、第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第１ダイオードＤ１、及び第２ダイオードＤ２の電流定格よりも小さく設定することができるため、低コスト化を図ることができる。
In the semiconductor module 13, an IGBT element made of a Si material is used for any of the first to eighth switching elements Tr1 to Tr8, but a MOSFET using an SiC material may be used. The first switching element Tr1, the second switching element Tr2, the first diode D1, and the second diode D2 constituting the MLC circuit 2 are the voltages of the third to eighth switching elements Tr3 to Tr8 constituting the inverter circuit 4. Since a semiconductor element smaller than the rated withstand voltage may be employed, cost can be reduced. As an example, when the rated voltage of the third to eighth switching elements Tr3 to Tr8 is 1200V, and the rated voltage of the first switching element Tr1, the second switching element Tr2, the first diode D1, and the second diode D2 is 600V. According to the MLC circuit 2, the voltage rectified by the three-phase 200V input and the three-phase 400V input can be boosted to nearly 800V. Further, the currents of the third to eighth switching elements Tr3 to Tr8 can be set smaller than the current ratings of the first switching element Tr1, the second switching element Tr2, the first diode D1, and the second diode D2. Cost reduction can be achieved.
本実施の形態３では、ＭＬＣ回路２及びインバータ回路４の半導体素子をワンパッケージ化した半導体モジュール１３が周辺部品を接続する端子を有するため、ＭＬＣ回路２及びインバータ回路４を構成する半導体素子のワンパッケージ化を実現することができる。その他の構成及び動作については、前述した実施の形態１と同様である。
In the third embodiment, since the semiconductor module 13 in which the semiconductor elements of the MLC circuit 2 and the inverter circuit 4 are packaged has a terminal for connecting peripheral components, one of the semiconductor elements constituting the MLC circuit 2 and the inverter circuit 4 is provided. Packaging can be realized. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
［実施の形態４］
次いで、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施の形態４に係る半導体モジュールの構成を説明する。図１０は、本実施の形態４に係る半導体モジュール１４の概略図である。半導体モジュール１４は、ＭＬＣ回路２、整流器１、及びインバータ回路４の半導体素子をワンパッケージ化したものである。前述した実施の形態１～３と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。 [Embodiment 4]
Next, the configuration of the semiconductor module according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a schematic diagram of thesemiconductor module 14 according to the fourth embodiment. The semiconductor module 14 is a package of the semiconductor elements of the MLC circuit 2, the rectifier 1, and the inverter circuit 4. The same reference numerals are used for the same components as those in the first to third embodiments.
次いで、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施の形態４に係る半導体モジュールの構成を説明する。図１０は、本実施の形態４に係る半導体モジュール１４の概略図である。半導体モジュール１４は、ＭＬＣ回路２、整流器１、及びインバータ回路４の半導体素子をワンパッケージ化したものである。前述した実施の形態１～３と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。 [Embodiment 4]
Next, the configuration of the semiconductor module according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a schematic diagram of the
図１０に示すように、半導体モジュール１４は、昇圧モジュール１１Ａと、整流器１と、インバータ回路４とを有している。また、半導体モジュール１２は、第１容量端子ａと、第２容量端子ｂと、第１負荷側端子ｄと、第２負荷側端子ｅと、第１オンオフ駆動用端子ｆと、第２オンオフ駆動用端子ｇと、一端側誘導端子ｃと、他端側誘導端子ｈとを有している。また、半導体モジュール１４は、モータ駆動用の交流電源を出力する出力端子ｘ、ｙ、ｚと、基板設計の際に余分なパターンの引き回しを抑えるための別の出力端子ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗと、商用電源５０が接続される電源端子ｉ、ｊ、ｋと、を有している。
As shown in FIG. 10, the semiconductor module 14 includes a boost module 11 </ b> A, a rectifier 1, and an inverter circuit 4. Further, the semiconductor module 12 includes a first capacitor terminal a, a second capacitor terminal b, a first load side terminal d, a second load side terminal e, a first on / off drive terminal f, and a second on / off drive. It has a terminal g, one end side induction terminal c, and the other end side induction terminal h. In addition, the semiconductor module 14 includes output terminals x, y, and z that output an AC power source for driving the motor, and other output terminals r, s, t, and u for suppressing the routing of an extra pattern during board design. , V, w, and power terminals i, j, k to which the commercial power supply 50 is connected.
図１１は、半導体モジュール１４が有する各端子の配置を示す概略図である。半導体モジュール１４は、ＭＬＣ回路２、整流器１、及びインバータ回路４の各半導体素子を含んで構成されたパワーモジュールである。半導体モジュール１４は、例えば正方形のような矩形状に形成されており、第１容量端子ａ、第２容量端子ｂ、一端側誘導端子ｃ、第１負荷側端子ｄ、第２負荷側端子ｅ、第１オンオフ駆動用端子ｆ、及び第２オンオフ駆動用端子ｇ（ＭＬＣ回路２の主要素子を取り出す端子ａ～ｇ）は、半導体モジュール１４の矩形状の一辺に集約されて設けられている。
FIG. 11 is a schematic diagram showing the arrangement of each terminal included in the semiconductor module 14. The semiconductor module 14 is a power module that includes the semiconductor elements of the MLC circuit 2, the rectifier 1, and the inverter circuit 4. The semiconductor module 14 is formed in a rectangular shape such as a square, for example, and includes a first capacitance terminal a, a second capacitance terminal b, one end side induction terminal c, a first load side terminal d, a second load side terminal e, The first on / off driving terminal f and the second on / off driving terminal g (terminals a to g for taking out main elements of the MLC circuit 2) are provided on one side of the rectangular shape of the semiconductor module 14.
図１１に例示するように、ＭＬＣ回路２の主要素子を取り出す端子ａ～ｇを、矩形状に形成された半導体モジュールの一辺に設けることで、パワーモジュールである半導体モジュール１１～１４の内部の配線インピーダンスを削減することができる。また、ＭＬＣ回路２を構成する各素子の発熱量は、インバータ回路４を構成する各素子、整流器１を構成する各素子と比較して十分に大きいことを考慮して、本実施の形態４では、ＭＬＣ回路２を構成する各素子（第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、第１還流ダイオードＲＤ１、及び第２還流ダイオードＲＤ２）の使用面積が、半導体モジュール１４全体の半分となるように構成されている。かかる構成により、ＭＬＣ回路２を構成する各素子間の距離を一定程度確保することができるため、放熱性の向上を図ることができる。
As illustrated in FIG. 11, by providing terminals a to g for taking out main elements of the MLC circuit 2 on one side of the semiconductor module formed in a rectangular shape, wiring inside the semiconductor modules 11 to 14 as power modules is provided. Impedance can be reduced. Further, in consideration of the fact that the amount of heat generated by each element constituting the MLC circuit 2 is sufficiently larger than each element constituting the inverter circuit 4 and each element constituting the rectifier 1, in the fourth embodiment, , The usage area of each element (the first switching element Tr1, the second switching element Tr2, the first diode D1, the second diode D2, the first return diode RD1, and the second return diode RD2) constituting the MLC circuit 2, The semiconductor module 14 is configured to be half of the whole. With this configuration, the distance between the elements constituting the MLC circuit 2 can be ensured to a certain extent, so that the heat dissipation can be improved.
本実施の形態４では、各回路で生じる損失を考慮して、電力変換装置２０を構成する半導体素子（第１～第８ダイオードＤ１～Ｄ８、第１～第８環流ダイオードＲＤ１～ＲＤ８、第１～第８スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ８）に適用する素材を選定し、少なくとも第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第１ダイオードＤ１、及び第２ダイオードＤ２は、ワイドバンドギャップ半導体を材料として形成されている。すなわち、電力変換装置２０を構成する回路の内で、損失が最も発生するＭＬＣ回路２を構成する各素子（第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２、第１環流ダイオードＲＤ１及び第２環流ダイオードＲＤ２、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２）にワイドバンドギャップ材料を適用するという構成を採っている。このため、コストを削減することができ、かつ半導体モジュール１４のパッケージのサイズを小型化することができる。もっとも、第１スイッチング素子Ｔｒ１、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第１ダイオードＤ１、及び第２ダイオードＤ２は、シリコン（Ｓｉ）を材料として形成してもよい。
In the fourth embodiment, in consideration of the loss generated in each circuit, the semiconductor elements constituting the power conversion device 20 (first to eighth diodes D1 to D8, first to eighth free-wheeling diodes RD1 to RD8, first To the eighth switching elements Tr1 to Tr8), the material to be applied is selected, and at least the first switching element Tr1, the second switching element Tr2, the first diode D1, and the second diode D2 are formed using a wide band gap semiconductor as a material. Has been. In other words, among the circuits constituting the power conversion device 20, the elements (the first diode D1 and the second diode D2, the first free-wheeling diode RD1 and the second free-wheeling diode RD2, A configuration is adopted in which a wide band gap material is applied to the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2). For this reason, cost can be reduced and the size of the package of the semiconductor module 14 can be reduced. However, the first switching element Tr1, the second switching element Tr2, the first diode D1, and the second diode D2 may be formed using silicon (Si) as a material.
本実施の形態４では、ＭＬＣ回路２、整流器１、及びインバータ回路４の半導体素子をワンパッケージ化した半導体モジュール１４が周辺部品を接続する端子を有するため、ＭＬＣ回路２、整流器１、及びインバータ回路４を構成する半導体素子のワンパッケージ化を実現することができる。その他の構成及び動作については、上述した実施の形態１～３と同様である。
In the fourth embodiment, since the semiconductor module 14 in which the semiconductor elements of the MLC circuit 2, the rectifier 1 and the inverter circuit 4 are packaged has terminals for connecting peripheral components, the MLC circuit 2, the rectifier 1 and the inverter circuit 1 can be realized as a single package. Other configurations and operations are the same as those in the first to third embodiments.
なお、上述した各実施の形態は、蓄熱空調システムにおける好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。例えば、図１では、整流器１が、三相交流電源からなる商用電源５０に対応する三相整流器である例を示しているが、整流器１として、単相交流電源に対応する単相整流器を採用してもよい。また、図１では、直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ回路４を例示しているが、インバータ回路４として、直流電圧を単相交流電圧に変換する構成を採用してもよい。さらに、実施の形態１～４では、電力変換装置２０が、圧縮機３１のモータ３１ａを駆動するという構成を採ったが、電力変換装置２０が凝縮器３２又は蒸発器３４に併設された送風機のファンモータ（図示せず）を駆動するように構成してもよい。また、図２、図８、図９に示す半導体モジュール１１～１３は、半導体モジュール１４と同様に矩形状に形成されていてもよく、ＭＬＣ回路２の主要素子を取り出す端子ａ～ｇが、半導体モジュール１１～１３の各々が有する一辺に集約されて設けられていてもよい。さらに、ＭＬＣ回路の構成は問わず、例えば、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２のようなダイオードを設けずに、複数のスイッチング素子と複数の中間コンデンサとが組み合わされた昇圧回路を適用してもよい。
In addition, each embodiment mentioned above is a suitable specific example in a thermal storage air conditioning system, and the technical scope of this invention is not limited to these aspects, unless there is a description which limits this invention especially. . For example, FIG. 1 shows an example in which the rectifier 1 is a three-phase rectifier corresponding to a commercial power supply 50 composed of a three-phase AC power supply, but a single-phase rectifier corresponding to a single-phase AC power supply is adopted as the rectifier 1. May be. 1 illustrates the inverter circuit 4 that converts a DC voltage into a three-phase AC voltage, but the inverter circuit 4 may be configured to convert a DC voltage into a single-phase AC voltage. Further, in the first to fourth embodiments, the power conversion device 20 drives the motor 31a of the compressor 31. However, the power conversion device 20 is a fan that is provided in the condenser 32 or the evaporator 34. A fan motor (not shown) may be driven. Further, the semiconductor modules 11 to 13 shown in FIGS. 2, 8, and 9 may be formed in a rectangular shape like the semiconductor module 14, and the terminals a to g for taking out the main elements of the MLC circuit 2 are semiconductors. The modules 11 to 13 may be provided on one side. Furthermore, regardless of the configuration of the MLC circuit, for example, by applying a booster circuit in which a plurality of switching elements and a plurality of intermediate capacitors are combined without providing diodes such as the first diode D1 and the second diode D2. Also good.
１ 整流器、２ ＭＬＣ回路（マルチレベルチョッパ回路）、３ 平滑コンデンサ、４ インバータ回路、５ 制御回路、５ａ 入力電流ＡＤ変換部、５ｂ 母線電圧ＡＤ変換部、５ｃ モータ電流ＡＤ変換部、５ｄ 昇圧モード切替部、５ｅ ＭＬＣ制御部、５ｆ インバータ制御部、５ｇ 変調度演算部、６ ＭＬＣ駆動回路、７ インバータ駆動回路、８ 入力電流検出部、９ モータ電流検出部、１０ 差動アンプ、１１～１４ 半導体モジュール、１１Ａ 昇圧モジュール、２０ 電力変換装置、３０ 冷凍サイクル、３１ 圧縮機、３１ａ モータ、３２ 凝縮器、３３ 減圧器、３４ 蒸発器、４０ 空気調和装置、５０ 商用電源、ａ 第１容量端子、ｂ 第２容量端子、ｃ 一端側誘導端子、ｄ 第１負荷側端子、ｅ 第２負荷側端子、ｆ 第１オンオフ駆動用端子、ｇ 第２オンオフ駆動用端子、ｈ 他端側誘導端子、ｉ、ｊ、ｋ 電源端子、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ 入力端子、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ 別の出力端子、ｘ、ｙ、ｚ 出力端子、Ｔｒ１ 第１スイッチング素子、Ｔｒ２ 第２スイッチング素子、Ｔｒ３ 第３スイッチング素子、Ｔｒ４ 第４スイッチング素子、Ｔｒ５ 第５スイッチング素子、Ｔｒ６ 第６スイッチング素子、Ｔｒ７ 第７スイッチング素子、Ｔｒ８ 第８スイッチング素子、Ｄ１ 第１ダイオード、Ｄ２ 第２ダイオード、Ｄ３ 第３ダイオード、Ｄ４ 第４ダイオード、Ｄ５ 第５ダイオード、Ｄ６ 第６ダイオード、Ｄ７ 第７ダイオード、Ｄ８ 第８ダイオード、ＲＤ１ 第１環流ダイオード、ＲＤ２ 第２環流ダイオード、ＲＤ３ 第３環流ダイオード、ＲＤ４ 第４環流ダイオード、ＲＤ５ 第５環流ダイオード、ＲＤ６ 第６環流ダイオード、ＲＤ７ 第７環流ダイオード、ＲＤ８ 第８環流ダイオード、Ｖｉｎ 入力電圧、Ｌ リアクトル、Ｃｆ 中間コンデンサ、Ｖｃｆ 中間コンデンサ端子間電圧、Ｖｏｕｔ 出力電圧、Ｉｄｃ１ 入力電流、Ｉｕ モータ電流、Ｉ１、Ｉ２ 電流。
1 rectifier, 2 MLC circuit (multi-level chopper circuit), 3 smoothing capacitor, 4 inverter circuit, 5 control circuit, 5a input current AD converter, 5b bus voltage AD converter, 5c motor current AD converter, 5d boost mode switching Unit, 5e MLC control unit, 5f inverter control unit, 5g modulation degree calculation unit, 6 MLC drive circuit, 7 inverter drive circuit, 8 input current detection unit, 9 motor current detection unit, 10 differential amplifier, 11-14 semiconductor module , 11A booster module, 20 power converter, 30 refrigeration cycle, 31 compressor, 31a motor, 32 condenser, 33 decompressor, 34 evaporator, 40 air conditioner, 50 commercial power supply, a first capacity terminal, b second 2 capacitance terminal, c one end side induction terminal, d first load side terminal, e second load side terminal, f first on / off drive terminal, g 2 ON / OFF drive terminal, h other end side induction terminal, i, j, k power supply terminal, l, m, n, o, p, q input terminal, r, s, t, u, v, w separate output terminals , X, y, z output terminal, Tr1 first switching element, Tr2 second switching element, Tr3 third switching element, Tr4 fourth switching element, Tr5 fifth switching element, Tr6 sixth switching element, Tr7 seventh switching element , Tr8 eighth switching element, D1 first diode, D2 second diode, D3 third diode, D4 fourth diode, D5 fifth diode, D6 sixth diode, D7 seventh diode, D8 eighth diode, RD1 first Freewheeling diode, RD2 Second freewheeling diode, RD3 Third freewheeling diode, RD4 Fourth freewheeling diode, RD5 Fifth ring Diode, RD6 6th freewheeling diode, RD7 7th freewheeling diode, RD8 8th freewheeling diode, Vin input voltage, L reactor, Cf intermediate capacitor, Vcf intermediate capacitor terminal voltage, Vout output voltage, Idc1 input current, Iu motor current, I 1 and I 2 currents.
Claims (14)
- 負荷に接続され互いに直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子に並列接続された第１還流ダイオードと、前記第２スイッチング素子に並列接続された第２還流ダイオードとがパッケージ化された半導体モジュールと、
前記第１スイッチング素子に並列接続された中間コンデンサと、
前記第１スイッチング素子の負荷側に接続されるリアクトルと、
を有し、
前記半導体モジュールは、
前記第１スイッチング素子の負荷側から引き出され、前記中間コンデンサの一端が接続される第１容量端子と、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間から引き出され、前記中間コンデンサの他端が接続される第２容量端子と、を有する電力変換装置。 A first switching element and a second switching element connected to a load and connected in series to each other, a first return diode connected in parallel to the first switching element, and a second return connected in parallel to the second switching element A semiconductor module packaged with a diode; and
An intermediate capacitor connected in parallel to the first switching element;
A reactor connected to a load side of the first switching element;
Have
The semiconductor module is
A first capacitance terminal drawn from the load side of the first switching element and connected to one end of the intermediate capacitor;
A power conversion device comprising: a second capacitance terminal that is drawn from between the first switching element and the second switching element and to which the other end of the intermediate capacitor is connected. - 前記半導体モジュールは、
前記第１スイッチング素子の負荷側に直列に接続された第１ダイオード及び第２ダイオードをさらに有し、
前記第１容量端子は、
前記第１ダイオードと前記第２ダイオードとの間から引き出されている請求項１に記載の電力変換装置。 The semiconductor module is
A first diode and a second diode connected in series on the load side of the first switching element;
The first capacitor terminal is
The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is drawn from between the first diode and the second diode. - 前記半導体モジュールは、
前記第２ダイオードと前記第１スイッチング素子との間から引き出され、前記リアクトルの一端が接続される一端側誘導端子を有する請求項２に記載の電力変換装置。 The semiconductor module is
The power conversion device according to claim 2, further comprising: one end-side induction terminal that is drawn from between the second diode and the first switching element and to which one end of the reactor is connected. - 前記半導体モジュールは、
前記第１スイッチング素子の負荷側から引き出された第１負荷側端子と、
前記第２還流ダイオードのアノード側から引き出された第２負荷側端子と、
を有する請求項３に記載の電力変換装置。 The semiconductor module is
A first load-side terminal drawn from the load side of the first switching element;
A second load-side terminal drawn from the anode side of the second reflux diode;
The power converter according to claim 3 which has. - 前記半導体モジュールは、
前記第１スイッチング素子から引き出され、駆動信号が入力される第１オンオフ駆動用端子と、
前記第２スイッチング素子から引き出され、駆動信号が入力される第２オンオフ駆動用端子と、
を有する請求項４に記載の電力変換装置。 The semiconductor module is
A first on / off drive terminal that is drawn from the first switching element and receives a drive signal;
A second on / off drive terminal that is drawn from the second switching element and receives a drive signal;
The power converter according to claim 4 which has. - 前記半導体モジュールは、矩形状に形成されており、
前記第１容量端子、第２容量端子、一端側誘導端子、第１負荷側端子、第２負荷側端子、第１オンオフ駆動用端子、及び第２オンオフ駆動用端子は、矩形状の前記半導体モジュールの一辺に設けられている請求項５に記載の電力変換装置。 The semiconductor module is formed in a rectangular shape,
The first capacitor terminal, the second capacitor terminal, the one end side induction terminal, the first load side terminal, the second load side terminal, the first on / off driving terminal, and the second on / off driving terminal are rectangular semiconductor modules. The power converter of Claim 5 provided in one side. - 前記半導体モジュールは、
整流ダイオードを有する整流器と、
前記整流器から引き出され、商用電源が接続される電源端子と、
前記整流器から引き出され、前記リアクトルの他端が接続される他端側誘導端子と、
を有する請求項３～６の何れか一項に記載の電力変換装置。 The semiconductor module is
A rectifier having a rectifier diode;
A power supply terminal drawn from the rectifier and connected to a commercial power supply;
The other end side induction terminal pulled out from the rectifier and connected to the other end of the reactor,
The power conversion device according to any one of claims 3 to 6, comprising: - 前記半導体モジュールは、
複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子の各々に並列接続された複数の還流ダイオードと、を有するインバータ回路と、
前記複数のスイッチング素子のそれぞれに駆動信号を入力する複数の入力端子と、
前記インバータ回路から引き出され、交流電源を出力する出力端子と、
を有する請求項２～７の何れか一項に記載の電力変換装置。 The semiconductor module is
An inverter circuit having a plurality of switching elements and a plurality of free-wheeling diodes connected in parallel to each of the plurality of switching elements;
A plurality of input terminals for inputting drive signals to each of the plurality of switching elements;
An output terminal that is drawn from the inverter circuit and outputs an AC power supply;
The power conversion device according to any one of claims 2 to 7, comprising: - 前記半導体モジュールは、複数の前記出力端子を有する請求項８に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 8, wherein the semiconductor module has a plurality of the output terminals.
- 前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子と、前記インバータ回路の前記複数のスイッチング素子とは、定格電圧の異なる半導体素子である請求項８又は９に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 8 or 9, wherein the first switching element, the second switching element, and the plurality of switching elements of the inverter circuit are semiconductor elements having different rated voltages.
- 前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第１ダイオード、前記第２ダイオード、前記第１還流ダイオード、及び前記第２還流ダイオードの使用面積は、前記半導体モジュール全体の面積の半分となるように形成されている請求項７～１０の何れか一項に記載の電力変換装置。 The use area of the first switching element, the second switching element, the first diode, the second diode, the first freewheeling diode, and the second freewheeling diode is half the area of the entire semiconductor module. The power conversion device according to any one of claims 7 to 10, wherein the power conversion device is formed as described above.
- 前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第１ダイオード、及び前記第２ダイオードは、ワイドバンドギャップ半導体を材料とする請求項２～１１の何れか一項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 2 to 11, wherein the first switching element, the second switching element, the first diode, and the second diode are made of a wide band gap semiconductor.
- 前記半導体モジュールは、
内部の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部から引き出された温度検出用端子と、
を有する請求項１～１２の何れか一項に記載の電力変換装置。 The semiconductor module is
A temperature detector for detecting the internal temperature;
A temperature detection terminal drawn from the temperature detection unit;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 12, wherein - 請求項１～１３の何れか一項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置によって駆動される圧縮機モータを有する圧縮機、凝縮器、減圧器、及び蒸発器が冷媒配管によって接続された冷凍サイクルと、
を有する空気調和装置。 A power conversion device according to any one of claims 1 to 13,
A compressor having a compressor motor driven by the power converter, a condenser, a decompressor, and a refrigeration cycle in which an evaporator is connected by a refrigerant pipe;
An air conditioner.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO2012014912A1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | 三菱電機株式会社 | Dc/dc converter |
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| JP2012228114A (en) * | 2011-04-21 | 2012-11-15 | Toyota Motor Corp | Power module, and hybrid vehicle or electric vehicle provided with power module |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3175985U (en) * | 2009-02-03 | 2012-06-07 | 加賀電子株式会社 | Power supply device and electronic device |
| WO2012014912A1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | 三菱電機株式会社 | Dc/dc converter |
| JP2012228114A (en) * | 2011-04-21 | 2012-11-15 | Toyota Motor Corp | Power module, and hybrid vehicle or electric vehicle provided with power module |
| JP2013183571A (en) * | 2012-03-02 | 2013-09-12 | Mitsubishi Electric Corp | Power converter and compressor, fan, air conditioner and refrigerator including the same |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020171163A (en) * | 2019-04-04 | 2020-10-15 | 富士電機株式会社 | Power conversion device and power supply device |
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