WO2021215018A1 - 電力変換装置、モータ駆動制御装置、送風機、圧縮機および空気調和機 - Google Patents

電力変換装置、モータ駆動制御装置、送風機、圧縮機および空気調和機 Download PDF

Info

Publication number
WO2021215018A1
WO2021215018A1 PCT/JP2020/017873 JP2020017873W WO2021215018A1 WO 2021215018 A1 WO2021215018 A1 WO 2021215018A1 JP 2020017873 W JP2020017873 W JP 2020017873W WO 2021215018 A1 WO2021215018 A1 WO 2021215018A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactor
power
conversion device
power conversion
conductor pattern
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/017873
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
智 一木
有澤　浩一
和徳 畠山
貴彦 小林
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2020/017873 priority Critical patent/WO2021215018A1/ja
Priority to JP2022516827A priority patent/JP7209898B2/ja
Priority to US17/800,444 priority patent/US20230092110A1/en
Priority to CN202080099961.6A priority patent/CN115428320A/zh
Publication of WO2021215018A1 publication Critical patent/WO2021215018A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/88—Electrical aspects, e.g. circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49827—Via connections through the substrates, e.g. pins going through the substrate, coaxial cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49838—Geometry or layout
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48153—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H01L2224/48195—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being arranged next to each other, e.g. on a common substrate the item being a discrete passive component
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49517—Additional leads
    • H01L23/49531—Additional leads the additional leads being a wiring board
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10254—Diamond [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1027—IV
    • H01L2924/10272—Silicon Carbide [SiC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1032—III-V
    • H01L2924/1033—Gallium nitride [GaN]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203—Rectifying Diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901—Structure
    • H01L2924/1904—Component type
    • H01L2924/19042—Component type being an inductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191—Disposition
    • H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19105—Disposition of discrete passive components in a side-by-side arrangement on a common die mounting substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2201/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the converter used
    • H02P2201/07—DC-DC step-up or step-down converter inserted between the power supply and the inverter supplying the motor, e.g. to control voltage source fluctuations, to vary the motor speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2201/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the converter used
    • H02P2201/09—Boost converter, i.e. DC-DC step up converter increasing the voltage between the supply and the inverter driving the motor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present disclosure relates to a power converter, a motor drive control device, a blower, a compressor, and an air conditioner that convert a voltage of DC power.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • Si silicon
  • SiC silicon carbide
  • GaN gallium nitride
  • the step-up chopper circuit can reduce the size of the step-up reactor by switching at high frequencies using a wide bandgap semiconductor.
  • the boost chopper circuit using the wideband gap semiconductor has a high switching speed, it is caused by LC resonance due to the parasitic capacitance of the elements constituting the module and the parasitic inductance generated between the reactor and the switching element. A phenomenon called ringing occurs. Ringing occurs during the operation of the switching elements in the module.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a power conversion device is provided with a snubber circuit in parallel with a switching element in a module as a measure against ringing and suppresses a voltage peak due to ringing. ..
  • the power conversion device described in Patent Document 1 has a problem that the cost increases due to the increase in size of the device and the cooling surface of the module increases.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain a power conversion device capable of suppressing the occurrence of ringing while suppressing the increase in size of the device.
  • the present disclosure is a power conversion device that converts the voltage of DC power output from a DC power supply in order to solve the above-mentioned problems and achieve the object.
  • the power conversion device is composed of a circuit board and a conductor pattern of the circuit board, and has a reactor whose one end is connected to a DC power supply and a reactor which is connected to the other end of the reactor to change the voltage of DC power from the first voltage to the second voltage.
  • a semiconductor element that switches to store electrical energy in the reactor to boost the voltage, a capacitor that smoothes the DC power boosted to the second voltage, and a capacitor that is connected to the other end of the reactor and boosted to the second voltage. It includes a diode that supplies DC power to the capacitor and a cooler. The reactor, semiconductor device, and diode make up the module in the same package, and the module is cooled by the cooler.
  • the power conversion device has the effect of suppressing the occurrence of ringing while suppressing the increase in size of the device.
  • FIG. 1 A first perspective view showing an internal configuration of a module included in the power conversion device according to the first embodiment. Schematic diagram showing a cross-sectional structure of a module included in the power conversion device according to the first embodiment.
  • Schematic diagram showing a cross-sectional structure of a module included in the power conversion device according to the second embodiment The figure which shows the structural example of the motor drive control device which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a circuit configuration of the power conversion device 200 according to the first embodiment.
  • the power converter 200 is connected to the DC power supply 1 and the load 8.
  • the power conversion device 200 converts the voltage of the DC power output from the DC power supply 1, specifically boosts the voltage and outputs the voltage to the load 8.
  • the power source connected to the power converter 200 is not limited to the DC power source 1, and may be an AC power source.
  • the power conversion device 200 may include a rectifying circuit such as a diode bridge and convert the AC power output from the AC power supply into DC power.
  • the configuration of the power converter 200 will be described.
  • the power conversion device 200 includes a reactor 2, a semiconductor element 3, a diode 4, a capacitor 5, a voltage detector 6, and a control unit 7.
  • One end of the reactor 2 is connected to the high voltage side of the DC power supply 1, and the other end is connected to one end of the semiconductor element 3 and one end of the diode 4.
  • One end of the semiconductor element 3 is connected to the other end of the reactor 2 and one end of the diode 4, and the other end is connected to the low voltage side of the DC power supply 1 and the other end of the capacitor 5.
  • the semiconductor element 3 performs switching for storing electric energy in the reactor 2 in order to boost the voltage of the DC power output from the DC power supply 1 from the first voltage to the second voltage.
  • the semiconductor element 3 performs switching according to a control signal from the control unit 7, that is, under the control of the control unit 7.
  • the semiconductor element 3 a switching element using a wide bandgap semiconductor typified by silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), diamond (C), or the like is used. That is, the semiconductor element 3 is formed of a wide bandgap semiconductor.
  • the semiconductor element 3 in addition to MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), a super junction MOSFET or the like is used.
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • One end of the diode 4 is connected to the other end of the reactor 2 and one end of the semiconductor element 3, and the other end is connected to one end of the capacitor 5.
  • the diode 4 supplies the DC power boosted to the second voltage to the capacitor 5.
  • the capacitor 5 is an electrolytic capacitor that smoothes the DC power boosted to the second voltage.
  • the voltage detector 6 detects the voltage across the capacitor 5.
  • the voltage detector 6 outputs the voltage value of the voltage across the detected capacitor 5 to the control unit 7.
  • the control unit 7 controls the switching of the semiconductor element 3 using the voltage value detected by the voltage detector 6. Specifically, the control unit 7 uses the voltage value detected by the voltage detector 6 to generate a control signal for operating the semiconductor element 3. The control unit 7 outputs the generated control signal to the semiconductor element 3.
  • the reactor 2, the semiconductor element 3, and the diode 4 constitute a module 100 molded in the same package. That is, the power conversion device 200 includes a module 100 included in the same package by the reactor 2, the semiconductor element 3, and the diode 4.
  • FIG. 2 is a first perspective view showing the internal configuration of the module 100 included in the power conversion device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a module 100 included in the power conversion device 200 according to the first embodiment.
  • the power conversion device 200 includes a cooler 101 for cooling the module 100.
  • the module 100 includes a metal plate 11 and a printed circuit board 21.
  • the reactor 2 is configured by forming a conductor pattern 22 in a spiral shape on a printed circuit board 21 which is a circuit board.
  • the reactor 2 is arranged so as to surround the semiconductor element 3 and the diode 4.
  • the reactor 2 is mounted on the metal plate 11 via the insulator 10.
  • the semiconductor element 3 and the diode 4 are mounted on the metal plate 11 via the insulator 10.
  • the module 100 contacts the cooler 101 via a second surface opposite to the first surface of the metal plate 11 on which the reactor 2, the semiconductor element 3, and the diode 4 are mounted via the insulator 10. ..
  • the module 100 is cooled by the cooler 101.
  • Module 100 includes four terminals 30 to 33 for connecting to the outside.
  • the terminal 30 is a control terminal that acquires a control signal from the control unit 7 to the semiconductor element 3.
  • the terminal 31 is a terminal for connecting one end of the reactor 2 and the high voltage side of the DC power supply 1.
  • the terminal 32 is a terminal for connecting the other end of the diode 4 and one end of the capacitor 5.
  • the terminal 33 is a terminal for connecting the other end of the semiconductor element 3 and the low voltage side of the DC power supply 1.
  • the printed circuit board 21 may have a configuration in which the conductor pattern 22 can be provided only on one layer on the surface, or a multilayer having a plurality of layers inside and the conductor pattern 22 can be provided in each layer. It may be a wiring board configuration. Further, the reactor 2 may be mounted on an insulator and a metal plate different from the insulator 10 and the metal plate 11.
  • the resin member surrounding the semiconductor element 3, the diode 4, and the like is adhered with an adhesive.
  • the inside of the module 100 is sealed with a gel-like sealing material.
  • the sealing material In the module 100, at least a part of the semiconductor element 3 and the diode 4 is sealed by the sealing material.
  • the module 100 may be sealed with, for example, a resin molded by a transfer molding method.
  • FIG. 4 is a second perspective view showing the internal configuration of the module 100 included in the power conversion device 200 according to the first embodiment.
  • the module 100 may arrange the reactor 2 next to the semiconductor element 3 and the diode 4, for example, as shown in FIG.
  • the elements included in the module 100 are the semiconductor element 3 and the diode 4, but this is an example and is not limited thereto.
  • the module 100 may be configured to include a plurality of booster circuits including a reactor 2, a semiconductor element 3, and a diode 4 in parallel. That is, the module 100 may be configured to include a plurality of semiconductor elements 3 and a plurality of diodes 4, respectively. In this case, at least one of the plurality of semiconductor elements 3 included in the module 100 may be formed of a wide bandgap semiconductor.
  • the power conversion device 200 constitutes the reactor 2 by the conductor pattern 22 of the printed circuit board 21, and houses the reactor 2, the semiconductor element 3, and the diode 4 in the same package.
  • the module 100 is provided.
  • the power conversion device 200 can shorten the wiring connecting the reactor 2 and the semiconductor element 3.
  • the power conversion device 200 can reduce the parasitic inductance generated between the reactor 2 and the semiconductor element 3 and suppress the occurrence of ringing due to LC resonance between the parasitic inductance and the parasitic capacitance of the element.
  • the power conversion device 200 by arranging the reactor 2 so as to surround the semiconductor element 3 and the diode 4, the wiring connecting the terminal 31 and the reactor 2 and the wiring connecting the reactor 2 and the semiconductor element 3 are provided. It can be made even shorter.
  • the reactor 2, the semiconductor element 3, and the diode 4 are mounted on the metal plate 11 via the insulator 10.
  • the power converter 200 can cool the reactor 2 together with the semiconductor element 3 and the diode 4 by the cooler 101, so that the cooling structure can be miniaturized. Since the power conversion device 200 can reduce the size of the cooling structure, it is possible to suppress the increase in size of the device and the cost.
  • Embodiment 2 In the second embodiment, a case where the module 100 of the power conversion device 200 does not include the metal plate 11 will be described.
  • the circuit configuration of the power conversion device 200 is the same as the circuit configuration of the power conversion device 200 of the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the internal configuration of the module 100 included in the power conversion device 200 according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a module 100 included in the power conversion device 200 according to the second embodiment.
  • the power conversion device 200 includes a cooler 101 for cooling the module 100.
  • the module 100 includes a printed circuit board 21.
  • the reactor 2 is configured by forming a conductor pattern 22 in a spiral shape on a printed circuit board 21 which is a circuit board.
  • the reactor 2 is arranged so as to surround the semiconductor element 3 and the diode 4.
  • the reactor 2 is mounted on the printed circuit board 21.
  • the conductor pattern 22 in the printed circuit board 21, the surface on which the reactor 2 is formed by the conductor pattern 22 is used as the first surface, and the surface opposite to the first surface is used as the second surface.
  • the conductor pattern 22 may be referred to as a first conductor pattern.
  • the semiconductor element 3 is mounted on the conductor pattern 23 which is insulated from the conductor pattern 22 on the first surface of the printed circuit board 21.
  • the conductor pattern 23 is connected to the second surface of the printed circuit board 21 via the through holes 24.
  • the conductor pattern 23 may be referred to as a second conductor pattern.
  • the diode 4 is mounted on the conductor pattern 25 which is insulated from the conductor pattern 22 and the conductor pattern 23 on the first surface of the printed circuit board 21.
  • the conductor pattern 25 is connected to the second surface of the printed circuit board 21 via the through holes 26.
  • the conductor pattern 25 may be referred to as a third conductor pattern.
  • the conductor patterns 22, 23, and 25 are conductor patterns that are not electrically connected to each other.
  • the module 100 contacts the cooler 101 via the second surface of the printed circuit board 21 on which the reactor 2, the semiconductor element 3, and the diode 4 are not mounted, and the insulator 102.
  • the module 100 is cooled by the cooler 101.
  • the printed circuit board 21 may have a configuration in which the conductor patterns 22, 23, and 25 can be provided only on one layer on the surface, or each layer has a plurality of layers inside.
  • the conductor pattern 22, 23, 25 may be provided in the above, and the configuration may be a multilayer wiring board.
  • the resin member surrounding the semiconductor element 3, the diode 4, and the like is adhered with an adhesive.
  • the inside of the module 100 is sealed with a gel-like sealing material.
  • the sealing material In the module 100, at least a part of the semiconductor element 3 and the diode 4 is sealed by the sealing material.
  • the module 100 may be sealed with, for example, a resin molded by a transfer molding method.
  • the internal configuration of the module 100 is not limited to the configuration in which the reactor 2 is arranged around the semiconductor element 3 and the diode 4 as shown in FIG.
  • the module 100 may have the reactor 2 arranged next to the semiconductor element 3 and the diode 4, for example, as shown in FIG. 4 with respect to FIG. 2 showing the internal configuration of the module 100 of the first embodiment. ..
  • the elements included in the module 100 are the semiconductor element 3 and the diode 4, but this is an example and is not limited thereto.
  • the module 100 may be configured to include a plurality of booster circuits including a reactor 2, a semiconductor element 3, and a diode 4 in parallel. That is, the module 100 may be configured to include a plurality of semiconductor elements 3 and a plurality of diodes 4, respectively. In this case, at least one of the plurality of semiconductor elements 3 included in the module 100 may be formed of a wide bandgap semiconductor.
  • the power conversion device 200 can directly attach the printed circuit board 21 in which the reactor 2 is formed by the conductor pattern 22 to the external cooler 101. Further, the power conversion device 200 can dissipate heat generated by the semiconductor element 3 to the cooler 101 through the through holes 24 provided in the printed circuit board 21, and can dissipate heat to the cooler 101 through the through holes 26 provided in the printed circuit board 21. The heat generated by the diode 4 can be dissipated to the cooler 101. As a result, the power conversion device 200 can omit the metal plate 11 as compared with the first embodiment, so that the number of parts can be reduced and the configuration can be simplified, and the cost of the module 100 can be suppressed.
  • the power conversion device 200 can reduce the size of the cooler 101 and suppress the cost of the cooler 101. Further, in the second embodiment, the power conversion device 200 can bring the printed circuit board 21 into contact with the cooler 101 via the insulator 102, so that the cooling effect can be improved as compared with the case of the first embodiment. can.
  • Embodiment 3 a case where the power conversion device 200 described in the first and second embodiments is applied to a motor drive control device that drives a motor by supplying DC power to an inverter will be described.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the motor drive control device 201 according to the third embodiment.
  • the motor drive control device 201 includes a power conversion device 200 and an inverter 300.
  • the inverter 300 corresponds to the load 8 shown in FIG. 1 and converts the DC power output from the power conversion device 200 into AC power.
  • a motor 400 is connected to the output side of the inverter 300.
  • the inverter 300 drives the motor 400 by supplying the converted AC power to the motor 400.
  • the motor drive control device 201 shown in FIG. 7 can be applied to products such as a blower, a compressor, and an air conditioner.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a blower 202 including the motor drive control device 201 according to the third embodiment.
  • the blower 202 includes a motor drive control device 201.
  • the blower 202 can rotate the fan 600 by driving the motor 400 by the motor drive control device 201.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of the compressor 203 including the motor drive control device 201 according to the third embodiment.
  • the compressor 203 includes a motor drive control device 201.
  • the compressor 203 can compress the refrigerant by the compression unit 505 by driving the motor 400 by the motor drive control device 201.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of an air conditioner 204 including the motor drive control device 201 according to the third embodiment.
  • the air conditioner 204 includes a motor drive control device 201.
  • the air conditioner 204 may be configured to include at least one of the blower 202 shown in FIG. 8 and the compressor 203 shown in FIG.
  • the motor 400 is connected to the motor drive control device 201.
  • the motor 400 is connected to the compression element 504.
  • the compression unit 505 includes a motor 400 and a compression element 504.
  • the refrigeration cycle unit 506 includes a four-way valve 506a, an indoor heat exchanger 506b, an expansion valve 506c, and an outdoor heat exchanger 506d.
  • the flow path of the refrigerant circulating inside the air conditioner 204 is from the compression element 504 via the four-way valve 506a, the indoor heat exchanger 506b, the expansion valve 506c, the outdoor heat exchanger 506d, and again via the four-way valve 506a. Therefore, it is configured to return to the compression element 504.
  • the motor drive control device 201 receives the supply of DC power from the DC power source 1, converts the DC power into AC power, and rotates the motor 400.
  • the compression element 504 executes a compression operation of the refrigerant by rotating the motor 400, and the refrigerant can be circulated inside the refrigeration cycle unit 506.
  • the power conversion device 200 can be applied to the motor drive control device 201. Further, the motor drive control device 201 can be applied to products such as a blower 202, a compressor 203, and an air conditioner 204. As a result, in products such as the blower 202, the compressor 203, and the air conditioner 204, the effects described in the first embodiment or the second embodiment can be enjoyed.
  • the configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

直流電源（１）から出力される直流電力の電圧を変換する電力変換装置（２００）であって、プリント基板（２１）と、プリント基板（２１）の導体パターン（２２）によって構成され、一端が直流電源（１）に接続されるリアクトル（２）と、リアクトル（２）の他端に接続され、直流電力の電圧を第１の電圧から第２の電圧に昇圧するためリアクトル（２）に電気エネルギーを蓄えるスイッチングを行う半導体素子（３）と、第２の電圧に昇圧された直流電力を平滑するコンデンサ（５）と、リアクトル（２）の他端に接続され、第２の電圧に昇圧された直流電力をコンデンサ（５）に供給するダイオード（４）と、冷却器（１０１）と、を備え、リアクトル（２）、半導体素子（３）、およびダイオード（４）によって同一のパッケージに含まれるモジュール（１００）を構成し、モジュール（１００）は冷却器（１０１）によって冷却される。

Description

電力変換装置、モータ駆動制御装置、送風機、圧縮機および空気調和機
　本開示は、直流電力の電圧を変換する電力変換装置、モータ駆動制御装置、送風機、圧縮機および空気調和機に関する。
　従来、電力変換装置では、電力用半導体モジュールとして、シリコン（Ｓｉ）を用いたＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）を適用することが主流である。しかしながら、近年、電力用半導体モジュールに使用される半導体素子として、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのワイドバンドギャップ半導体が注目されている。ワイドバンドギャップ半導体は、シリコン（Ｓｉ）よりスイッチングスピードが速いため、スイッチング時の損失が小さく、高周波でのスイッチングが可能となる。そのため、近年では、ワイドバンドギャップ半導体を用いたモジュールの検討が進められている。
　昇圧チョッパ回路は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて高周波でのスイッチングを行うことで、昇圧用のリアクトルの小型化を図ることができる。しかしながら、ワイドバンドギャップ半導体を用いた昇圧チョッパ回路は、スイッチングスピードが速いため、モジュールを構成する素子の寄生容量と、リアクトルとスイッチング素子との間に発生する寄生インダクタンスと、によるＬＣ共振に起因するリンギングと呼ばれる現象が発生する。リンギングは、モジュール内のスイッチング素子の動作時に発生する。
　リンギングによる電圧のピーク値がモジュールの定格電圧を超えると、モジュールの破損を引き起こす可能性がある。このような問題に対して、特許文献１には、電力変換装置が、リンギング対策として、モジュール内のスイッチング素子と並列にスナバ回路を備え、リンギングによる電圧のピークを抑制する技術が開示されている。
特許第６５１３３０３号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の電力変換装置では、スナバ回路で損失が発生するとともに、スナバ回路の冷却が必要となる。そのため、特許文献１に記載の電力変換装置は、装置の大型化によってコストが増加し、また、モジュールの冷却面が増加する、という問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、装置の大型化を抑制しつつ、リンギングの発生を抑制可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示は、直流電源から出力される直流電力の電圧を変換する電力変換装置である。電力変換装置は、回路基板と、回路基板の導体パターンによって構成され、一端が直流電源に接続されるリアクトルと、リアクトルの他端に接続され、直流電力の電圧を第１の電圧から第２の電圧に昇圧するためリアクトルに電気エネルギーを蓄えるスイッチングを行う半導体素子と、第２の電圧に昇圧された直流電力を平滑するコンデンサと、リアクトルの他端に接続され、第２の電圧に昇圧された直流電力をコンデンサに供給するダイオードと、冷却器と、を備える。リアクトル、半導体素子、およびダイオードによって同一のパッケージに含まれるモジュールを構成し、モジュールは冷却器によって冷却される。
　本開示に係る電力変換装置は、装置の大型化を抑制しつつ、リンギングの発生を抑制できる、という効果を奏する。
実施の形態１に係る電力変換装置の回路構成の例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が備えるモジュールの内部構成を示す第１の斜視図 実施の形態１に係る電力変換装置が備えるモジュールの断面構造を示す模式図 実施の形態１に係る電力変換装置が備えるモジュールの内部構成を示す第２の斜視図 実施の形態２に係る電力変換装置が備えるモジュールの内部構成を示す斜視図 実施の形態２に係る電力変換装置が備えるモジュールの断面構造を示す模式図 実施の形態３に係るモータ駆動制御装置の構成例を示す図 実施の形態３に係るモータ駆動制御装置を備える送風機の構成例を示す図 実施の形態３に係るモータ駆動制御装置を備える圧縮機の構成例を示す図 実施の形態３に係るモータ駆動制御装置を備える空気調和機の構成例を示す図
　以下に、本開示の実施の形態に係る電力変換装置、モータ駆動制御装置、送風機、圧縮機および空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る電力変換装置２００の回路構成の例を示す図である。電力変換装置２００は、直流電源１および負荷８に接続される。電力変換装置２００は、直流電源１から出力される直流電力の電圧を変換、具体的には昇圧して負荷８に出力する。電力変換装置２００に接続される電源は、直流電源１に限定されず、交流電源であってもよい。電力変換装置２００に接続される電源が交流電源の場合、電力変換装置２００は、ダイオードブリッジなどの整流回路を備え、交流電源から出力される交流電力を直流電力に変換すればよい。電力変換装置２００の構成にについて説明する。電力変換装置２００は、リアクトル２と、半導体素子３と、ダイオード４と、コンデンサ５と、電圧検出器６と、制御部７と、を備える。
　リアクトル２は、一端が直流電源１の高電圧側に接続され、他端が半導体素子３の一端、およびダイオード４の一端に接続される。
　半導体素子３は、一端がリアクトル２の他端およびダイオード４の一端に接続され、他端が直流電源１の低電圧側およびコンデンサ５の他端に接続される。半導体素子３は、直流電源１から出力される直流電力の電圧を第１の電圧から第２の電圧に昇圧するため、リアクトル２に電気エネルギーを蓄えるスイッチングを行う。半導体素子３は、制御部７からの制御信号に従って、すなわち制御部７の制御によってスイッチングを行う。
　ここで、半導体素子３には、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド（Ｃ）などを代表としたワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子が用いられる。すなわち、半導体素子３は、ワイドバンドギャップ半導体により形成される。半導体素子３としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor　Field-Effect　Transistor）の他に、スーパージャンクションＭＯＳＦＥＴなどが用いられる。
　ダイオード４は、一端がリアクトル２の他端および半導体素子３の一端に接続され、他端がコンデンサ５の一端に接続される。ダイオード４は、第２の電圧に昇圧された直流電力をコンデンサ５に供給する。
　コンデンサ５は、一端がダイオード４の他端に接続され、他端が直流電源１の低電圧側および半導体素子３の他端に接続される。コンデンサ５は、第２の電圧に昇圧された直流電力を平滑する電解コンデンサである。
　電圧検出器６は、コンデンサ５の両端電圧を検出する。電圧検出器６は、検出したコンデンサ５の両端電圧の電圧値を制御部７へ出力する。
　制御部７は、電圧検出器６で検出された電圧値を用いて半導体素子３のスイッチングを制御する。具体的には、制御部７は、電圧検出器６で検出された電圧値を用いて、半導体素子３を動作させるための制御信号を生成する。制御部７は、生成した制御信号を半導体素子３へ出力する。
　本実施の形態では、リアクトル２、半導体素子３、およびダイオード４によって、同一のパッケージ内にモールドされたモジュール１００を構成する。すなわち、電力変換装置２００は、リアクトル２、半導体素子３、およびダイオード４によって同一のパッケージに含まれるモジュール１００を備える。
　図２は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が備えるモジュール１００の内部構成を示す第１の斜視図である。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が備えるモジュール１００の断面構造を示す模式図である。本実施の形態において、電力変換装置２００は、モジュール１００を冷却するための冷却器１０１を備える。また、モジュール１００は、金属板１１およびプリント基板２１を備える。図２および図３に示すように、リアクトル２は、回路基板であるプリント基板２１上に導体パターン２２を渦状にして構成される。リアクトル２は、半導体素子３およびダイオード４の周囲を取り巻くように配置される。リアクトル２は、絶縁体１０を介して金属板１１上に実装される。半導体素子３およびダイオード４は、絶縁体１０を介して金属板１１上に実装される。
　モジュール１００は、リアクトル２、半導体素子３、およびダイオード４が絶縁体１０を介して実装される金属板１１の第１の面とは反対の面の第２の面を介して冷却器１０１に接する。モジュール１００は、冷却器１０１によって冷却される。
　モジュール１００は、外部と接続するため４つの端子３０～３３を備える。端子３０は、制御部７から半導体素子３への制御信号を取得する制御端子である。端子３１は、リアクトル２の一端と直流電源１の高電圧側とを接続するための端子である。端子３２は、ダイオード４の他端とコンデンサ５の一端とを接続するための端子である。端子３３は、半導体素子３の他端と直流電源１の低電圧側とを接続するための端子である。
　なお、プリント基板２１は、導体パターン２２を表面の１層のみに設けることが可能な構成であってもよいし、内部に複数の層を有し各層において導体パターン２２を設けることが可能な多層配線基板の構成であってもよい。また、リアクトル２は、絶縁体１０および金属板１１とは異なる絶縁体および金属板に実装されてもよい。
　モジュール１００において、半導体素子３、ダイオード４などを囲う樹脂部材は、接着剤で接着される。モジュール１００の内部は、ゲル状の封止材で封止される。モジュール１００では、封止材によって半導体素子３、およびダイオード４のうち少なくとも一部が封止されている。なお、モジュール１００は、例えば、トランスファーモールド方式で成形された樹脂で封止されてもよい。
　また、モジュール１００の内部構成については、図２に示すような、半導体素子３およびダイオード４の周囲にリアクトル２を配置する構成に限定されない。図４は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が備えるモジュール１００の内部構成を示す第２の斜視図である。モジュール１００は、例えば、図４に示すように、半導体素子３およびダイオード４の横にリアクトル２を配置してもよい。
　また、本実施の形態では、モジュール１００に含まれる素子が半導体素子３およびダイオード４の２つであるが、一例であり、これに限定されない。モジュール１００は、リアクトル２、半導体素子３、およびダイオード４からなる昇圧回路を複数並列に備える構成であってもよい。すなわち、モジュール１００は、半導体素子３およびダイオード４をそれぞれ複数備える構成であってもよい。この場合、モジュール１００が備える複数の半導体素子３のうち、少なくとも１つがワイドバンドギャップ半導体により形成される構成であってもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、電力変換装置２００は、プリント基板２１の導体パターン２２によってリアクトル２を構成し、リアクトル２、半導体素子３、およびダイオード４を同一パッケージ内に収めたモジュール１００を備える。これにより、電力変換装置２００は、リアクトル２と半導体素子３とをつなぐ配線を短くすることができる。この結果、電力変換装置２００は、リアクトル２と半導体素子３との間で発生する寄生インダクタンスを低減させ、寄生インダクタンスと素子の寄生容量とのＬＣ共振によるリンギングの発生を抑制することができる。また、電力変換装置２００は、半導体素子３およびダイオード４の周囲を取り巻くようにリアクトル２を配置することによって、端子３１とリアクトル２とをつなぐ配線、およびリアクトル２と半導体素子３とをつなぐ配線をさらに短くすることができる。
　また、電力変換装置２００は、リアクトル２、半導体素子３、およびダイオード４を、絶縁体１０を介して金属板１１上に実装する。これにより、電力変換装置２００は、冷却器１０１によって、半導体素子３およびダイオード４とともにリアクトル２も冷却できるため、冷却構造を小型化できる。電力変換装置２００は、冷却構造を小型化できることから、装置の大型化を抑制し、コストを抑制することができる。
実施の形態２．
　実施の形態２では、電力変換装置２００のモジュール１００が金属板１１を備えない場合について説明する。
　実施の形態２において、電力変換装置２００の回路構成は、図１に示す実施の形態１の電力変換装置２００の回路構成と同様である。図５は、実施の形態２に係る電力変換装置２００が備えるモジュール１００の内部構成を示す斜視図である。図６は、実施の形態２に係る電力変換装置２００が備えるモジュール１００の断面構造を示す模式図である。本実施の形態において、電力変換装置２００は、モジュール１００を冷却するための冷却器１０１を備える。また、モジュール１００は、プリント基板２１を備える。図５および図６に示すように、リアクトル２は、回路基板であるプリント基板２１上に導体パターン２２を渦状にして構成される。リアクトル２は、半導体素子３およびダイオード４の周囲を取り巻くように配置される。リアクトル２は、プリント基板２１上に実装される。
　本実施の形態では、プリント基板２１において、導体パターン２２によってリアクトル２が構成される面を第１の面とし、第１の面の反対の面を第２の面とする。以降の説明において、導体パターン２２を第１の導体パターンと称することがある。半導体素子３は、プリント基板２１の第１の面において、導体パターン２２とは絶縁された導体パターン２３上に実装される。導体パターン２３は、スルーホール２４を介してプリント基板２１の第２の面に接続される。以降の説明において、導体パターン２３を第２の導体パターンと称することがある。ダイオード４は、プリント基板２１の第１の面において、導体パターン２２および導体パターン２３とは絶縁された導体パターン２５上に実装される。導体パターン２５は、スルーホール２６を介してプリント基板２１の第２の面に接続される。以降の説明において、導体パターン２５を第３の導体パターンと称することがある。導体パターン２２，２３，２５は、各々が電気的に接続されていない導体パターンである。
　モジュール１００は、リアクトル２、半導体素子３、およびダイオード４が実装されていないプリント基板２１の第２の面、および絶縁体１０２を介して冷却器１０１に接する。モジュール１００は、冷却器１０１によって冷却される。
　実施の形態１のときと同様、プリント基板２１は、導体パターン２２，２３，２５を表面の１層のみに設けることが可能な構成であってもよいし、内部に複数の層を有し各層において導体パターン２２，２３，２５を設けることが可能な多層配線基板の構成であってもよい。
　モジュール１００において、半導体素子３、ダイオード４などを囲う樹脂部材は、接着剤で接着される。モジュール１００の内部は、ゲル状の封止材で封止される。モジュール１００では、封止材によって半導体素子３、およびダイオード４のうち少なくとも一部が封止されている。なお、モジュール１００は、例えば、トランスファーモールド方式で成形された樹脂で封止されてもよい。
　また、モジュール１００の内部構成については、図５に示すような、半導体素子３およびダイオード４の周囲にリアクトル２を配置する構成に限定されない。図示は省略するが、実施の形態１のモジュール１００の内部構成を示す図２に対する図４のように、モジュール１００は、例えば、半導体素子３およびダイオード４の横にリアクトル２を配置してもよい。
　また、本実施の形態では、モジュール１００に含まれる素子が半導体素子３およびダイオード４の２つであるが、一例であり、これに限定されない。モジュール１００は、リアクトル２、半導体素子３、およびダイオード４からなる昇圧回路を複数並列に備える構成であってもよい。すなわち、モジュール１００は、半導体素子３およびダイオード４をそれぞれ複数備える構成であってもよい。この場合、モジュール１００が備える複数の半導体素子３のうち、少なくとも１つがワイドバンドギャップ半導体により形成される構成であってもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、電力変換装置２００は、導体パターン２２によってリアクトル２が構成されるプリント基板２１を直接外部の冷却器１０１に取り付けることができる。また、電力変換装置２００は、プリント基板２１に設けられたスルーホール２４を介して半導体素子３の発熱を冷却器１０１へと放熱することができ、プリント基板２１に設けられたスルーホール２６を介してダイオード４の発熱を冷却器１０１へと放熱することができる。これにより、電力変換装置２００は、実施の形態１と比較して、金属板１１を省略できるため、部品点数を減らして簡単な構成にでき、モジュール１００のコストを抑制できる。また、実施の形態２において、電力変換装置２００は、冷却器１０１を小型化でき、冷却器１０１のコストを抑制することができる。また、実施の形態２において、電力変換装置２００は、プリント基板２１を、絶縁体１０２を介して冷却器１０１に接することができるため、実施の形態１のときよりも冷却効果を向上させることができる。
実施の形態３．
　実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２で説明した電力変換装置２００を、直流電力をインバータに供給してモータを駆動するモータ駆動制御装置に適用する場合について説明する。
　図７は、実施の形態３に係るモータ駆動制御装置２０１の構成例を示す図である。モータ駆動制御装置２０１は、電力変換装置２００と、インバータ３００と、を備える。インバータ３００は、図１に示す負荷８に相当し、電力変換装置２００から出力される直流電力を交流電力に変換する。インバータ３００の出力側には、モータ４００が接続されている。インバータ３００は、変換した交流電力をモータ４００に供給することでモータ４００を駆動する。図７に示すモータ駆動制御装置２０１は、送風機、圧縮機、および空気調和機といった製品に適用することが可能である。
　図８は、実施の形態３に係るモータ駆動制御装置２０１を備える送風機２０２の構成例を示す図である。送風機２０２は、モータ駆動制御装置２０１を備える。送風機２０２は、モータ駆動制御装置２０１がモータ４００を駆動することによって、ファン６００を回転させることができる。
　図９は、実施の形態３に係るモータ駆動制御装置２０１を備える圧縮機２０３の構成例を示す図である。圧縮機２０３は、モータ駆動制御装置２０１を備える。圧縮機２０３は、モータ駆動制御装置２０１がモータ４００を駆動することによって、圧縮部５０５による冷媒の圧縮を行うことができる。
　図１０は、実施の形態３に係るモータ駆動制御装置２０１を備える空気調和機２０４の構成例を示す図である。空気調和機２０４は、モータ駆動制御装置２０１を備える。空気調和機２０４は、図８に示す送風機２０２および図９に示す圧縮機２０３のうち少なくとも１つを備える構成であってもよい。空気調和機２０４において、モータ駆動制御装置２０１にはモータ４００が接続されている。モータ４００は、圧縮要素５０４に連結されている。圧縮部５０５は、モータ４００と、圧縮要素５０４と、を備える。冷凍サイクル部５０６は、四方弁５０６ａと、室内熱交換器５０６ｂと、膨張弁５０６ｃと、室外熱交換器５０６ｄと、を備える。
　空気調和機２０４の内部を循環する冷媒の流路は、圧縮要素５０４から、四方弁５０６ａ、室内熱交換器５０６ｂ、膨張弁５０６ｃ、室外熱交換器５０６ｄを経由し、再び四方弁５０６ａを経由して、圧縮要素５０４へ戻る態様で構成されている。モータ駆動制御装置２０１は、直流電源１から直流電力の供給を受け、直流電力を交流電力に変換してモータ４００を回転させる。圧縮要素５０４は、モータ４００が回転することによって、冷媒の圧縮動作を実行し、冷媒を冷凍サイクル部５０６の内部で循環させることができる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、電力変換装置２００をモータ駆動制御装置２０１に適用できる。さらに、モータ駆動制御装置２０１を、送風機２０２、圧縮機２０３、空気調和機２０４などの製品に適用できる。これにより、送風機２０２、圧縮機２０３、空気調和機２０４などの製品において、実施の形態１または実施の形態２で説明した効果を享受することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　直流電源、２　リアクトル、３　半導体素子、４　ダイオード、５　コンデンサ、６　電圧検出器、７　制御部、８　負荷、１０，１０２　絶縁体、１１　金属板、２１　プリント基板、２２，２３，２５　導体パターン、２４，２６　スルーホール、３０～３３　端子、１００　モジュール、１０１　冷却器、２００　電力変換装置、２０１　モータ駆動制御装置、２０２　送風機、２０３　圧縮機、２０４　空気調和機、３００　インバータ、４００　モータ、５０４　圧縮要素、５０５　圧縮部、５０６　冷凍サイクル部、５０６ａ　四方弁、５０６ｂ　室内熱交換器、５０６ｃ　膨張弁、５０６ｄ　室外熱交換器、６００　ファン。

Claims (11)

  1. 　直流電源から出力される直流電力の電圧を変換する電力変換装置であって、
    　回路基板と、
    　前記回路基板の導体パターンによって構成され、一端が前記直流電源に接続されるリアクトルと、
    　前記リアクトルの他端に接続され、前記直流電力の電圧を第１の電圧から第２の電圧に昇圧するため前記リアクトルに電気エネルギーを蓄えるスイッチングを行う半導体素子と、
    　前記第２の電圧に昇圧された直流電力を平滑するコンデンサと、
    　前記リアクトルの他端に接続され、前記第２の電圧に昇圧された直流電力を前記コンデンサに供給するダイオードと、
    　冷却器と、
    　を備え、
    　前記リアクトル、前記半導体素子、および前記ダイオードによって同一のパッケージに含まれるモジュールを構成し、前記モジュールは前記冷却器によって冷却される電力変換装置。
  2. 　前記モジュールにおいて、前記リアクトル、前記半導体素子、および前記ダイオードが絶縁体を介して実装される金属板、
    　を備え、
    　前記モジュールは、前記リアクトル、前記半導体素子、および前記ダイオードが絶縁体を介して実装される前記金属板の第１の面とは反対の面の第２の面を介して前記冷却器に接する請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記半導体素子は、前記回路基板の前記導体パターンである第１の導体パターンによって前記リアクトルが構成される第１の面において、前記第１の導体パターンとは絶縁された第２の導体パターン上に実装され、前記ダイオードは、前記回路基板の前記第１の面において、前記第１の導体パターンおよび前記第２の導体パターンとは絶縁された第３の導体パターン上に実装される請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 　前記第２の導体パターンおよび前記第３の導体パターンは、スルーホールを介して、前記回路基板の前記第１の面とは反対の面の第２の面に接続され、
    　前記モジュールは、前記回路基板の前記第２の面、および絶縁体を介して前記冷却器に接する請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 　前記リアクトルは、前記半導体素子および前記ダイオードの周囲を取り巻くように配置される請求項１から４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  6. 　前記半導体素子のうちの少なくとも１つがワイドバンドギャップ半導体により形成される請求項１から５のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  7. 　前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウムまたはダイヤモンドである請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 　請求項１から７のいずれか１つに記載の電力変換装置と、
    　前記電力変換装置から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
    　を備えるモータ駆動制御装置。
  9. 　請求項８に記載のモータ駆動制御装置を備える送風機。
  10. 　請求項８に記載のモータ駆動制御装置を備える圧縮機。
  11. 　請求項９に記載の送風機および請求項１０に記載の圧縮機のうち少なくとも１つを備える空気調和機。
PCT/JP2020/017873 2020-04-25 2020-04-25 電力変換装置、モータ駆動制御装置、送風機、圧縮機および空気調和機 WO2021215018A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/017873 WO2021215018A1 (ja) 2020-04-25 2020-04-25 電力変換装置、モータ駆動制御装置、送風機、圧縮機および空気調和機
JP2022516827A JP7209898B2 (ja) 2020-04-25 2020-04-25 電力変換装置、モータ駆動制御装置、送風機、圧縮機および空気調和機
US17/800,444 US20230092110A1 (en) 2020-04-25 2020-04-25 Power converter, motor drive controller, blower, compressor, and air conditioner
CN202080099961.6A CN115428320A (zh) 2020-04-25 2020-04-25 电力变换装置、马达驱动控制装置、鼓风机、压缩机和空气调节器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/017873 WO2021215018A1 (ja) 2020-04-25 2020-04-25 電力変換装置、モータ駆動制御装置、送風機、圧縮機および空気調和機

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021215018A1 true WO2021215018A1 (ja) 2021-10-28

Family

ID=78270410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/017873 WO2021215018A1 (ja) 2020-04-25 2020-04-25 電力変換装置、モータ駆動制御装置、送風機、圧縮機および空気調和機

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230092110A1 (ja)
JP (1) JP7209898B2 (ja)
CN (1) CN115428320A (ja)
WO (1) WO2021215018A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012230937A (ja) * 2011-04-25 2012-11-22 Denso Corp 回路基板
JP2016073001A (ja) * 2014-09-26 2016-05-09 富士電機株式会社 直流電力変換装置
JP2019057960A (ja) * 2017-09-19 2019-04-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4434181B2 (ja) * 2006-07-21 2010-03-17 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP5660025B2 (ja) * 2011-03-11 2015-01-28 株式会社デンソー 電圧変換回路およびその電圧変換回路を備える電圧変換システム
JP6521920B2 (ja) * 2016-09-07 2019-05-29 トヨタ自動車株式会社 車両およびその制御方法
JP6954205B2 (ja) * 2018-03-28 2021-10-27 トヨタ自動車株式会社 電力変換器
JP6915633B2 (ja) * 2018-07-25 2021-08-04 株式会社デンソー 電力変換装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012230937A (ja) * 2011-04-25 2012-11-22 Denso Corp 回路基板
JP2016073001A (ja) * 2014-09-26 2016-05-09 富士電機株式会社 直流電力変換装置
JP2019057960A (ja) * 2017-09-19 2019-04-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN115428320A (zh) 2022-12-02
US20230092110A1 (en) 2023-03-23
JP7209898B2 (ja) 2023-01-20
JPWO2021215018A1 (ja) 2021-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8030661B2 (en) Power conversion apparatus
US10121732B2 (en) Semiconductor device and electric power conversion device having relay terminal directly fixed to an insulating film of base plate
US10515863B2 (en) Power module and power conversion apparatus including case and elastic member
US11322432B2 (en) Semiconductor module and power conversion apparatus
JP2001197753A (ja) 電力変換装置
JP5258721B2 (ja) インバータ装置
JP2009105389A (ja) パワーモジュール
JP2015099846A (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
Emon et al. A 1200V/650V/160A sic+ Si IGBT 3-level T-type NPC power module with optimized loop inductance
CN110085581B (zh) 高集成智能功率模块及空调器
JP6743728B2 (ja) 半導体パワーモジュール及び電力変換装置
JP2000340723A (ja) 半導体スイッチ装置およびこの半導体スイッチ装置を用いた電力変換装置
US10893610B2 (en) Switching device driving unit
WO2021215018A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動制御装置、送風機、圧縮機および空気調和機
JP2018133521A (ja) 電力用半導体装置、電力変換装置および電力用半導体装置の製造方法
CN209896048U (zh) 智能功率模块及空调器
CN221486492U (zh) 功率半导体器件、车载充电机、车辆
CN210840224U (zh) 电控组件及空调器
JP2001169560A (ja) 電力変換装置
WO2023195325A1 (ja) パワーモジュールおよび電力変換装置
WO2024185183A1 (ja) 半導体装置
CN209949549U (zh) 智能功率模块及空调器
WO2023098822A1 (zh) 一种高可靠性低电感的功率模块封装结构
Harmon et al. A novel high thermal performance insulated package takes power integration to the next level
US20240106341A1 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20932196

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022516827

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20932196

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1