專利名稱：半導(dǎo)體裝置及使用半導(dǎo)體裝置的電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將直流電力變換為交流電力或者將交流電力變換為直流電力的半導(dǎo) 體裝置及使用半導(dǎo)體裝置的電力變換裝置。
背景技術(shù)：
電力變換裝置具備如下功能將從直流電源供給的直流電力變換為用于向旋轉(zhuǎn)電 機(jī)等交流電氣負(fù)載供給的交流電力的功能、或者將由旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)電的交流電力變換為用于 向直流電源供給的直流電力的功能。為了實(shí)現(xiàn)此種變換功能，電力變換裝置具有逆變電路， 且該逆變電路具備具有開關(guān)(switching)功能的半導(dǎo)體裝置。半導(dǎo)體裝置重復(fù)導(dǎo)通動(dòng)作或 截?cái)鄤?dòng)作，從而逆變電路進(jìn)行從直流電力向交流電力的電力變換或者進(jìn)行從交流電力向直 流電力的電力變換。由于通過開關(guān)動(dòng)作來截?cái)嚯娏鳎虼擞呻娐分写嬖诘募纳姼挟a(chǎn)生尖峰電壓。為 了降低該尖峰電壓，期望設(shè)置平滑電容器并降低直流電電路的電感。專利文獻(xiàn)1(特開 2002-34268號(hào)公報(bào))中記載了通過降低電感而抑制尖峰電壓的技術(shù)。根據(jù)專利文獻(xiàn)1，通 過縮短平滑電容器與開關(guān)元件間的配線長度來降低電感，能夠減小浪涌電壓。車輛上搭載的電力變換裝置從車載電源接受直流電力，并將該直流電力變換為例 如用于向車輛驅(qū)動(dòng)用旋轉(zhuǎn)電機(jī)供給的3相交流電力。對于車輛驅(qū)動(dòng)用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的發(fā)生轉(zhuǎn)矩 的要求與初期的要求相比變大。因此，電力變換裝置變換的電力也有變大的傾向。此外，與 工廠內(nèi)設(shè)置的通常的產(chǎn)業(yè)機(jī)械的電力變換裝置相比，車輛上搭載的電力變換裝置在高環(huán)境 溫度下使用。因此，與通常的電力變換裝置相比，期望車輛用電力變換裝置盡量降低電力變 換裝置自身產(chǎn)生的熱。由于電力變換裝置自身產(chǎn)生的熱中，構(gòu)成逆變電路的開關(guān)元件產(chǎn)生 的熱占較大的比例，因此，期望盡量降低開關(guān)元件的發(fā)熱。由于開關(guān)元件在從截?cái)酄顟B(tài)向?qū)顟B(tài)切換時(shí)、或者從導(dǎo)通狀態(tài)向截?cái)酄顟B(tài)切換 時(shí)的發(fā)熱量增大，因此，期望降低上述切換動(dòng)作時(shí)的發(fā)熱。為了降低該發(fā)熱量，縮短開關(guān)元 件的切換動(dòng)作時(shí)間為第一對應(yīng)方案。此外，加長開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的間隔、即減少每單 位時(shí)間的開關(guān)元件的動(dòng)作次數(shù)從而降低綜合的發(fā)熱量為第二對應(yīng)方案。在第二對應(yīng)方案 中，將開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作間隔加大到非常長，有可能降低控制精度，對于大幅降低每單位 時(shí)間的開關(guān)元件的動(dòng)作次數(shù)產(chǎn)生限制。專利文獻(xiàn)2 (特開2007-143272號(hào)公報(bào))中公開了如下技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)低電感化， 逆變電路的開關(guān)元件的切換所需要的時(shí)間變短，每次開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作的發(fā)熱量降低。專利文獻(xiàn)1 特開2002-034268號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 特開2007-143272號(hào)公報(bào)不限于專利文獻(xiàn)1公開的內(nèi)容，最近關(guān)于電感的降低等期望進(jìn)一步改善。專利文獻(xiàn)2中記載了用于實(shí)現(xiàn)低電感化的技術(shù)，低電感化與開關(guān)元件的每次動(dòng)作 的發(fā)熱量的降低的關(guān)聯(lián)。但是，電力變換裝置特別是車載用的電力變換裝置中，車載內(nèi)部的 空間狹窄，期望發(fā)熱量的降低且電力變換裝置的進(jìn)一步小型化。
隨著電力變換裝置變換的電力量增大，裝置具有大型化的傾向，期望不論電力量 的增加，盡量抑制裝置的體積的增加。例如，期望探討增大電力變換裝置的每單位體積的能 夠變換的最大電力值。為此，期望實(shí)現(xiàn)低電感化和小型化兩方面。在此，小型化是指盡量增 大電力變換裝置的每單位體積的能夠變換的最大電力值的值。進(jìn)而，通過實(shí)現(xiàn)低電感化，減 少開關(guān)元件的發(fā)熱，由此減少開關(guān)元件的使用量，并且通過實(shí)現(xiàn)小型且低成本的裝置，能夠 促進(jìn)電力變換裝置的普及以及節(jié)能，保護(hù)環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種用于實(shí)現(xiàn)電力變換裝置的低電感化或小型化的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明目的在于提供一種使用上述半導(dǎo)體裝置，實(shí)現(xiàn)了低電感化或小型化的電力
變換裝置。本發(fā)明涉及的車輛用功率模塊，具備上臂回路部，其與多個(gè)功率半導(dǎo)體元件并聯(lián) 連接；下臂回路部，其同與上臂回路部不同的多個(gè)功率半導(dǎo)體元件并聯(lián)連接，且與上臂回路 部串聯(lián)連接；絕緣基板，其至少安裝上臂回路部；金屬基座，其與安裝有上臂回路部的絕緣 基板的面的相反側(cè)的面接合，車輛用功率模塊的特征在于，上臂回路部具有第一連接導(dǎo)體 和第二連接導(dǎo)體，第一連接導(dǎo)體用于使直流電源側(cè)的正極端子與上臂回路部的功率半導(dǎo)體 元件的集電極端子電連接，第二連接導(dǎo)體用于使上臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的發(fā)射極端 子與下臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的集電極端子電連接，以利用功率半導(dǎo)體元件的開關(guān)時(shí) 流動(dòng)的電流而在金屬基座上形成兩個(gè)以上的環(huán)狀電流路徑的方式，在絕緣基板上配置上臂 回路部的功率半導(dǎo)體元件、第一連接導(dǎo)體及第二連接導(dǎo)體。而且，將第一連接導(dǎo)體及第二連接導(dǎo)體作為形成在絕緣基板上的電路配線圖案。此外，第一連接導(dǎo)體具有將來自直流電源的電流輸入的輸入端部，第二連接導(dǎo)體 具有多個(gè)，且各個(gè)第二連接導(dǎo)體具有用于從上臂回路部輸出電流的輸出端部，從輸入端部 輸入的電流在上臂回路內(nèi)分路，該分路后的電流分別向多個(gè)輸出端部供給。在該情況下，優(yōu)選多個(gè)輸出端部夾著輸入端部來配置。此外，多個(gè)輸出端部夾著輸 入端部且沿上臂回路的一邊側(cè)來配置，進(jìn)而，上臂回路的功率半導(dǎo)體元件配置在靠近與上 臂回路的一邊相對的另一邊側(cè)。此外，下臂回路部具有第三連接導(dǎo)體和第四連接導(dǎo)體，第三連接導(dǎo)體用于使下臂 回路部的功率半導(dǎo)體元件的發(fā)射極端子與直流電源的負(fù)極側(cè)的端子電連接，第四連接導(dǎo)體 用于使下臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的集電極端子與上臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的發(fā) 射極端子電連接，以在金屬基座上形成兩個(gè)以上的環(huán)狀電流路徑的方式，在絕緣基板上配 置下臂回路部的功率半導(dǎo)體元件、第三連接導(dǎo)體及第四連接導(dǎo)體。進(jìn)而，該車輛用功率模塊呈矩形，上臂回路部和下臂回路部沿該車輛用功率模塊 的一邊側(cè)來配置，第一連接導(dǎo)體及第二連接導(dǎo)體配置在靠近下臂回路部的一側(cè)，上臂回路 部的功率半導(dǎo)體元件經(jīng)由第一連接導(dǎo)體及第二連接導(dǎo)體而與下臂回路部分離地配置。在該情況下，第三連接導(dǎo)體及第四連接導(dǎo)體配置在靠近上臂回路部的一側(cè)，下臂 回路部的功率半導(dǎo)體元件經(jīng)由第三連接導(dǎo)體及第四連接導(dǎo)體而與上臂回路部分離地配置。此外，還具備直流端子，該直流端子與直流電源的正極側(cè)電連接，且用于向第一連接導(dǎo)體供給電流，該直流端子配置在上臂回路部與下臂回路部之間。此外，該車輛用功率模塊呈矩形，串聯(lián)連接了上臂回路部和下臂回路部的上下臂 回路具有三組，并分別輸出U相、V相、W相的交流電流，上臂回路部和下臂回路部沿該車輛 用功率模塊的一邊側(cè)來配置，且將構(gòu)成各相的上臂回路部和下臂回路部作為一組，三組上 下臂回路部沿與一邊側(cè)呈大致垂直方向的另一邊側(cè)，以U相、V相、W相的順序來配置。
在該情況下，優(yōu)選該車輛用功率模塊的另一邊側(cè)的長度比一邊側(cè)短。此外，還具備 多個(gè)上臂控制端子，該上臂控制端子用于與安裝在各組的上臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的 柵極連接，多個(gè)上臂控制端子沿該車輛用功率模塊的另一邊側(cè)且靠近該另一邊的大致中央 來配置。根據(jù)本發(fā)明的車輛用電力變換裝置的第一方式，具備上述車輛用功率模塊，該車 輛用功率模塊將由直流電池供給的直流電力變換為交流電力，且將該交流電力向車輛驅(qū)動(dòng) 用電動(dòng)機(jī)輸出。車輛用功率模塊具有兩個(gè)，該兩個(gè)車輛用功率模塊向分別不同的電動(dòng)機(jī)輸出交流 電力。根據(jù)本發(fā)明的車輛用電力變換裝置的第二方式，其具備上述車輛用功率模塊，該 車輛用功率模塊將從直流電池供給的電流電力變換為交流電力，并將該交流電力向車輛驅(qū) 動(dòng)用電動(dòng)機(jī)輸出，車輛用電力變換裝置的特征在于，具備平滑用電容器模塊，其用于使直 流電力平滑化；層疊寬幅導(dǎo)體板，其將車輛用功率模塊及平滑用電容器模塊電連接；框體， 其收容車輛用功率模塊和平滑用電容器模塊；流路形成體，其形成于框體，且用于使冷卻介 質(zhì)流動(dòng)，車輛用功率模塊配置在流路形成體的一面?zhèn)?，平滑用電容器模塊夾著該流路形成 體而配置在該流路形成體的另一面?zhèn)取６?，層疊寬幅導(dǎo)體板通過流路形成體的側(cè)部而將車輛用功率模塊及平滑用電容 器模塊電連接。根據(jù)本發(fā)明的車輛用電力變換裝置的第三方式，其具備上述車輛用功率模塊，該 車輛用功率模塊將從直流電池供給的電流電力變換為交流電力，并將該交流電力向車輛驅(qū) 動(dòng)用電動(dòng)機(jī)輸出，車輛用電力變換裝置的特征在于，具備平滑用電容器模塊，其用于使直 流電力平滑化；層疊導(dǎo)體板，其具有平板狀正極側(cè)導(dǎo)體板、平板狀負(fù)極側(cè)導(dǎo)體板和絕緣片， 平板狀正極側(cè)導(dǎo)體板與車輛用功率模塊及平滑用電容器模塊的正極側(cè)連接，平板狀負(fù)極側(cè) 導(dǎo)體板與該車輛用功率模塊及該平滑用電容器模塊的負(fù)極側(cè)連接，絕緣片層疊在該正極側(cè) 導(dǎo)體板和該負(fù)極側(cè)導(dǎo)體板之間，該層疊導(dǎo)體板覆蓋上臂回路或下臂回路而配置在車輛用功 率模塊的上表面，進(jìn)而與直流端子連接。而且，車輛用功率模塊具有兩個(gè)，層疊導(dǎo)體板與兩個(gè)車輛用功率模塊的直流端子 連接。根據(jù)本發(fā)明的車輛用電力變換裝置的第四方式，其具備上述車輛用功率模塊，該 車輛用功率模塊將從直流電池供給的電流電力變換為交流電力，并將該交流電力向車輛驅(qū) 動(dòng)用電動(dòng)機(jī)輸出，車輛用電力變換裝置的特征在于，具備流路形成體，其形成為具有往路 和歸路的大致U字形，且用于使冷卻介質(zhì)流動(dòng)；框體，其收容車輛用功率模塊及流路形成 體，流路形成體的往路形成在上臂回路部的功率半導(dǎo)體元件或下臂回路部的功率半導(dǎo)體元 件的下方，且流路形成體的歸路形成在下臂回路部的功率半導(dǎo)體元件或上臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的下方。流路形成體具有開口部，車輛用功率模塊的金屬基座閉塞開口部而安裝于流路形 成體。進(jìn)而，金屬基座成形了 從流路形成體的開口部向流路形成體的往路及歸路突出的 散熱片。本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置使用至少一個(gè)能夠利用開關(guān)使功率半導(dǎo)體元件的兩端 的電位短路、開路的功率半導(dǎo)體元件，其中，具備功率半導(dǎo)體元件，其為薄板狀且兩面具有 電極，絕緣基板，其在一面上至少具有第一配線圖案、第二配線圖案、第三配線圖案三個(gè)配 線圖案，金屬基座，其固接在絕緣基板的與配置有配線圖案的面相反的一側(cè)的面上，在絕緣 基板的第一配線圖案上電連接功率半導(dǎo)體元件的電極的單面，且將功率半導(dǎo)體元件的電極 的另一面與第二配線圖案及第三配線圖案電連接，第一配線圖案呈大致T字形，并將第二、 第三配線圖案配置在第一配線圖案的大致T字的豎杠的兩側(cè)，構(gòu)成第一配線圖案、功率半 導(dǎo)體元件、第二配線圖案的第一電流路徑、和第一配線圖案、功率半導(dǎo)體元件、第三配線圖 案的第二電流路徑這兩個(gè)往復(fù)的回彎的電流路徑，利用功率半導(dǎo)體元件的開關(guān)時(shí)流動(dòng)的電 流，在金屬基座產(chǎn)生兩個(gè)且渦旋相互反向的感應(yīng)渦電流。而且，具備第一回路及第二回路，且第一回路及第二回路具備帶有配線圖案的絕 緣基板，構(gòu)成第一回路和第二回路的串聯(lián)回路，利用功率半導(dǎo)體元件的開關(guān)，從第一回路和 第二回路的連接點(diǎn)交替輸出串聯(lián)電路的兩端的電位。根據(jù)本發(fā)明，能夠降低半導(dǎo)體裝置的電感，并能夠抑制體積的增加。進(jìn)而，在使用了上述半導(dǎo)體裝置的電力變換裝置中，能夠?qū)崿F(xiàn)電感的降低，并能夠 抑制體積的增加。進(jìn)而，利用低電感安裝，減少開關(guān)元件的發(fā)熱，減少開關(guān)元件的使用量，實(shí)現(xiàn)小型、 低成本。


圖1是使用了本實(shí)施方式涉及的電力變換裝置200的混合動(dòng)力汽車的能量傳遞路 徑的框圖。圖2表示本實(shí)施方式涉及的一個(gè)電力變換裝置200的電路結(jié)構(gòu)圖。圖3是電力變換裝置200的全體結(jié)構(gòu)的外觀立體圖。圖4是本實(shí)施方式涉及的電力變換裝置內(nèi)部的主要部件的分解立體圖。圖5是表示具有冷卻水流路19的框體12的鋁鑄造品的圖。圖6(a)是本實(shí)施方式涉及的功率模塊(半導(dǎo)體裝置)的上方立體圖，圖6(b)是 該功率模塊的俯視圖。圖7是本實(shí)施方式涉及的功率模塊(半導(dǎo)體裝置)的直流端子的分解立體圖。圖8是使功率模塊箱302局部透明的剖面圖。圖9(a)是取出功率模塊300的結(jié)構(gòu)部件即金屬基座304和三個(gè)上下臂串聯(lián)回路 中的一個(gè)來表示的圖，圖9(b)是金屬基座304、電路配線圖案及絕緣基板334的分解立體 圖。圖10(a) (C)是加壓沖壓的工序的示意圖。
圖11 (a)是交流端子159的立體圖，圖11 (b)是交流端子159的側(cè)視圖。
圖12(a)是其他實(shí)施方式涉及的交流端子159的立體圖，(b)是其側(cè)視圖。圖13是其他實(shí)施方式涉及的交流端子159的立體圖。圖14(a)是本實(shí)施方式涉及的電力變換裝置200中僅取出電容器模塊500、直流側(cè) 導(dǎo)體板700及兩個(gè)功率模塊300的立體圖。圖14(b)是直流側(cè)導(dǎo)體板700的分解立體圖。圖15 (a)表示圖14所示的功率模塊300和直流側(cè)導(dǎo)體板700的連接部位380 (參 照圖14(a))的放大圖，圖15(b)表示直流側(cè)導(dǎo)體板700的連接部位390的放大圖(參照圖 14(a))。圖16是按時(shí)間的經(jīng)過順序㈧、⑶、(C)來表示下臂用IGBT330導(dǎo)通(turn on) 時(shí)的電流的流動(dòng)回路的圖。圖17是表示下臂用IGBT330從關(guān)斷狀態(tài)(OFF)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)(ON)時(shí)，IGBT330的 集電極電流606 (實(shí)線)、集電極電壓604 (單點(diǎn)劃線)、柵極電壓602 (虛線)的時(shí)間變化的 波形的圖。圖18是以時(shí)間的經(jīng)過順序㈧、⑶、(C)來表示下臂的IGBT330截止(關(guān)斷)時(shí) 的電流流動(dòng)的回路的圖。圖19是表示下臂的IGBT330截止(關(guān)斷)的柵極電壓622、集電極電流624、集電 極電壓626的波形的圖。圖20是表示本實(shí)施方式涉及的電容器模塊的外觀結(jié)構(gòu)的立體圖。圖21是為了 了解圖20所示的電容器模塊500，表示填充樹脂等填充材料522之前 的狀態(tài)的立體圖。圖22是表示電容器模塊500的詳細(xì)構(gòu)造即層疊導(dǎo)體固定有電容器單元514的構(gòu) 造的圖。
具體實(shí)施例方式在以下說明的實(shí)施方式中，除了能夠降低電感的效果或者抑制體積的增加的效果 以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品制作上的各種效果。以下，說明這些效果。如上所述，除了上述的本發(fā)明欲解決的技術(shù)問題或發(fā)明目的、效果的部分所記載 的技術(shù)問題、作用、效果以外，以下所敘述的本發(fā)明的實(shí)施方式解決產(chǎn)品化面對的各種問 題，并實(shí)現(xiàn)各種效果，因此，在參照附圖進(jìn)行說明之前，對于代表性的應(yīng)改善改良的技術(shù)問 題和效果以及解決該技術(shù)問題并實(shí)現(xiàn)效果的技術(shù)概要進(jìn)行說明。[關(guān)于降低電感的說明]關(guān)于降低電氣電路的電感的研究中，具有如下三個(gè)方面。第一方面是功率模塊的 電感降低。第二方面是電容器模塊的電感降低。第三方面是功率模塊和電容器模塊的連接 電路的電感降低。第四方面是功率模塊內(nèi)置的電路的電感降低。最期望實(shí)施全部上述第一 至第四方面。但是，即使實(shí)施四個(gè)方面中的一個(gè)方面也具有效果，進(jìn)而通過實(shí)施四個(gè)方面中 的兩個(gè)方面具有更優(yōu)選的效果。對于第一方面即功率模塊的電感降低進(jìn)行說明。功率模塊內(nèi)置逆變回路所使用的 半導(dǎo)體元件的芯片。功率模塊設(shè)有用于接受或供給直流電力的直流端子。將從直流端子至 半導(dǎo)體元件的直流導(dǎo)體形成由正極用導(dǎo)體板和負(fù)極用導(dǎo)體板夾著絕緣材料重疊而形成的層疊構(gòu)造。通過該層疊構(gòu)造，能夠大幅降低從直流端子到半導(dǎo)體元件的電氣回路的電感。進(jìn)而，對搭載半導(dǎo)體芯片的電路基板的布局進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)低電感。對于第二方面即電容器模塊的電感降低進(jìn)行說明。電容器模塊的構(gòu)造為在具有正 極導(dǎo)體板和負(fù)極導(dǎo)體板的層疊導(dǎo)體上并列配置多個(gè)電容器單元，將各電容器單元的兩端的 電極與所述正極導(dǎo)體板和負(fù)極導(dǎo)體板連接。通過該構(gòu)造，能夠降低電容器模塊內(nèi)部的電感。 此外，在后述的實(shí)施方式中，具有正極導(dǎo)體板和負(fù)極導(dǎo)體板的層疊導(dǎo)體在層疊狀態(tài)下從電 容器模塊向外突出地延伸，形成電容器模塊的直流端子。由于內(nèi)部的層疊構(gòu)造的導(dǎo)體板連 續(xù)延伸而形成電容器模塊的端子，因此能夠降低電感。對于第三方面即功率模塊和電容器模塊的連接電路的電感降低，通過夾著絕緣物 的層疊導(dǎo)體來構(gòu)成，并在連接部構(gòu)成作為層疊狀態(tài)的連接端子形狀來實(shí)現(xiàn)。對于第四方面即功率模塊中內(nèi)置的電路的電感降低進(jìn)行說明。構(gòu)成功率模塊內(nèi)的 電路的開關(guān)元件配置為在開關(guān)時(shí)流動(dòng)的電流相對于搭載有開關(guān)元件的金屬基座板形成小 環(huán)。由此，利用該小環(huán)電流的周圍產(chǎn)生的磁通量而在金屬基座板上產(chǎn)生感應(yīng)電流。在該感 應(yīng)電流周圍產(chǎn)生的磁通量的朝向與所述的小環(huán)電流的周圍所產(chǎn)生的磁通量的朝向?yàn)橄喾?方向，磁通量相互抵消。由此，能夠降低功率模塊內(nèi)的回路的電感。[關(guān)于電力變換裝置的小型化的說明]由以下五個(gè)方面來說明關(guān)于電力變換裝置的小型化的研究。第一方面為將冷卻水 流路配置在電力變換裝置的框體的大致中間，利用冷卻水流路的兩面來進(jìn)行冷卻，由此實(shí) 現(xiàn)電力變換裝置的小型化。第二方面是通過在冷卻水流路的側(cè)部和框體之間設(shè)置用于進(jìn)行 功率模塊和電容器模塊的電連接的空間，由此實(shí)現(xiàn)電力變換裝置的小型化。第三方面是沿 冷卻水流路的冷卻水的流路方向并列配置兩組功率模塊，由此電氣配線簡單化，可以小型 化。第四方面是功率模塊的構(gòu)造的改善。第五方面是電容器模塊的構(gòu)造的改善。上述方面 各具效果，通過組合實(shí)施上述方面，能夠得到更大的效果。對于第一方面進(jìn)行說明。具有在電力變換裝置的框體的大致中央配置冷卻水流 路，利用冷卻水流路的兩面來進(jìn)行冷卻的構(gòu)造。通過該構(gòu)造，冷卻效率提高，有利于小型化。 進(jìn)而，在以下的實(shí)施方式中，在冷卻水流路的一側(cè)配置功率模塊，在冷卻水流路的另一側(cè)配 置電容器模塊，能夠減小功率模塊和電容器模塊的冷卻構(gòu)造所需要的體積，結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn) 電力變換裝置的小型化。進(jìn)而，作為其他的研究方面，對于冷卻水流路的位置在配置有功率模塊的一側(cè)配 置用于驅(qū)動(dòng)功率模塊內(nèi)部的半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)回路，從而能夠?qū)崿F(xiàn)功率模塊與驅(qū)動(dòng)回路的 連接的簡單化，并能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。此外，作為其他的研究方面，在冷卻水流路的一側(cè)的面上配置功率模塊，并在冷卻 水流路的另一側(cè)的面上設(shè)置輔機(jī)用的逆變器裝置，從而提高冷卻效率，結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)電力 變換裝置的小型化。在此，輔機(jī)用的逆變器裝置例如是用于車輛用的空氣調(diào)節(jié)器的驅(qū)動(dòng)用 馬達(dá)的逆變器裝置或者用于液壓泵用馬達(dá)的逆變器裝置等。進(jìn)而，通過在冷卻水流路的另 一側(cè)設(shè)置輔機(jī)用的逆變器裝置和電容器模塊，除了能將電容器模塊作為車輛驅(qū)動(dòng)用旋轉(zhuǎn)電 機(jī)的平滑用電容器使用，也可以作為輔機(jī)用逆變器的平滑電容器來使用。從而，能夠?qū)㈦娐?結(jié)構(gòu)簡單化，并能夠?qū)㈦娏ψ儞Q裝置進(jìn)一步小型化。對于第二方面進(jìn)行說明。沿呈大致長方形的框體的一側(cè)的邊形成冷卻水流路，并在與所述一側(cè)的邊垂直的方向上的流路的側(cè)部與框體之間設(shè)置使冷卻水流路的一側(cè)空間 與另一側(cè)空間相連的孔即貫通的空間。通過該空間，形成使設(shè)置于冷卻水流路的一側(cè)的電 氣部件與設(shè)置于冷卻水流路的另一側(cè)的電氣部件電連接的構(gòu)造。能夠經(jīng)由該貫通的空間進(jìn) 行必要的電連接，能夠?qū)崿F(xiàn)連接的簡單化，并能夠?qū)崿F(xiàn)電力變換裝置的小型化。
對于第三方面進(jìn)行說明。在以下的實(shí)施方式中，沿呈大致長方形的框體的一側(cè)的 邊形成冷卻水流路，在該冷卻水流路的冷卻水的流動(dòng)的方向上并列配置兩組功率模塊。進(jìn) 而，將該兩組功率模塊的直流側(cè)端子與交流側(cè)端子設(shè)置在與冷卻水的流動(dòng)方向垂直的方向 上。通過此種配置及構(gòu)造，能夠?qū)⒗鋮s水流路與框體之間的空間用于端子的配置，能夠?qū)㈦?力變換裝置小型化。此外，由于與兩組功率模塊的并列設(shè)置方向大致平行地配置兩組功率 模塊的端子(圖14的交流端子159)，因此，能夠減小相互干涉的可能性，且與交流端子連接 的交流母線(bus bar)的彎繞變短，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。對于第四方面的功率模塊的小型化進(jìn)行說明。后述的兩組功率模塊具有同樣的構(gòu) 造。在各功率模塊中，由逆變回路的上臂與下臂構(gòu)成的串聯(lián)回路與3相交流的U相、V相和 W相對應(yīng)地設(shè)置。由于并列設(shè)置上述串聯(lián)回路，因此，能夠整齊排列配置各串聯(lián)回路的半導(dǎo) 體芯片，有利于功率模塊的小型化。此外，在以下的實(shí)施方式中，構(gòu)成逆變回路的半導(dǎo)體元件經(jīng)由絕緣層固定在散熱 用金屬板，并且形成從半導(dǎo)體元件之上供給用于向功率模塊供給直流電力的直流導(dǎo)體的構(gòu) 造。即，形成如下構(gòu)造在半導(dǎo)體元件的一側(cè)設(shè)置散熱用金屬板，并在半導(dǎo)體元件的另一側(cè) 配置直流導(dǎo)體。利用該構(gòu)造，功率模塊自身小型化，有利于電力變換裝置的小型化。對第五方面即關(guān)于電容器模塊的改善進(jìn)行說明。電容器模塊具有如下構(gòu)造在層 疊構(gòu)造的正極及負(fù)極導(dǎo)體板上并列設(shè)置多個(gè)電容器單元，各電容器單元的正極和負(fù)極與正 極及負(fù)極導(dǎo)體板電連接。電容器模塊具有并列設(shè)置多個(gè)固定了電容器單元的層疊構(gòu)造的導(dǎo) 體板的結(jié)構(gòu)，能夠以比較小的形狀來制造大容量的電容器模塊。此外，電容器模塊的小型化 有利于電力變換裝置的小型化。進(jìn)而，作為電容器單元，使用卷繞了薄膜和薄的絕緣部件的薄膜電容器，并將薄膜 電容器以其外周面與層疊構(gòu)造的導(dǎo)體板的面相對的方式固定，從而能夠?qū)㈦娙萜髂K自身 小型化，并且能夠形成耐振動(dòng)等強(qiáng)的構(gòu)造，并提高可靠性。進(jìn)而，在層疊構(gòu)造的導(dǎo)體板的長邊方向上排列多個(gè)電容器單元，在導(dǎo)體板的寬度 方向上配置電容器單元的電極，通過上述構(gòu)造，電容器單元與導(dǎo)體板的連接變得容易，生產(chǎn) 率提高。對于與上述的本發(fā)明欲解決的技術(shù)問題或目的效果不同的其他問題，以下說明的 實(shí)施方式予以解決并實(shí)現(xiàn)新的效果。以下說明新的欲解決的問題。[可靠性的提高]在以下記載的實(shí)施方式中，形成在冷卻水流路的側(cè)部與框體之間貫通的空間，進(jìn) 行功率模塊與電容器模塊的連接。在與冷卻水流路不同的位置形成空間，并經(jīng)由該空間進(jìn) 行上述連接，因此，難以受到冷卻水的影響，可靠性提高。[生產(chǎn)率的提高]進(jìn)而，冷卻部的框體構(gòu)成如下形態(tài)在用于冷卻功率模塊的散熱片的冷卻水通路 的冷卻水空間外連接直流母線，且該直流母線連接功率模塊和電容器，且冷卻部的框體具有環(huán)繞冷卻水路的包圍空間，實(shí)現(xiàn)電力裝置的全體冷卻構(gòu)造的簡單化、小型化，提高組裝 性。除此以外，冷卻水空間內(nèi)的冷卻水經(jīng)由冷卻水框體而作用于電容器的冷卻。[冷卻效率的提高]本實(shí)施方式涉及的電力變換裝置具備如下構(gòu)造在單側(cè)具有散熱片的功率模塊 (半導(dǎo)體模塊)的內(nèi)部收容逆變器裝置的上下臂的串聯(lián)回路，并將功率模塊插入冷卻部內(nèi)， 以冷卻水直接冷卻散熱片。此外，通過采用在形成冷卻水的流路的冷卻部的框體內(nèi)內(nèi)置功 率模塊和直流電源的平滑用電容而層疊的結(jié)構(gòu)，即由功率模塊和電容器夾著水路的層疊構(gòu) 造，由 此提高冷卻效率，且由于冷卻效率的提高而實(shí)現(xiàn)電力變換裝置的小型化。此外，冷卻水從長方形的框體的短邊側(cè)插入冷卻水流路，且冷卻水流路形成沿長 方形的框體的長邊延伸，并再次沿框體的長邊返回的形狀。兩組功率模塊配置為分別由去 往及返回冷卻水流路進(jìn)行冷卻，提高冷卻效率。此外，構(gòu)成逆變回路的上臂的芯片的位置和 構(gòu)成下臂的芯片的位置處在分別與去往和返回的所述冷卻水流路對應(yīng)的位置，因此，冷卻 效率提高。此外，該冷卻效率的提高對于可靠性的提高或裝置的小型化也帶來好的影響。以 上的說明中，對于本發(fā)明的實(shí)施方式中的效果和解決的問題概要地進(jìn)行了說明。接下來，參照附圖，對于本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力變換裝置進(jìn)行說明。作為本 發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力變換裝置的代表例，對于適用于混合動(dòng)力汽車的車輛用的電力 變換裝置進(jìn)行說明。而且，在本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)最優(yōu)選作為汽車或卡車等車輛驅(qū)動(dòng)用電力變換裝置， 但除此以外的電力變換裝置、例如電車或船舶、航空器等電力變換裝置、以及作為驅(qū)動(dòng)工廠 的設(shè)備的電動(dòng)機(jī)的控制裝置使用的產(chǎn)業(yè)用的電力變換裝置、或者驅(qū)動(dòng)家庭的太陽光發(fā)電系 統(tǒng)或電化產(chǎn)品的控制裝置中使用的家庭用電力變換裝置也可適用。圖1是使用了本實(shí)施方式涉及的電力變換裝置的混合動(dòng)力汽車的能量傳遞路徑 的框圖。圖2表示本實(shí)施方式涉及的一個(gè)電力變換裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。對于本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的車輛用的電力變換裝置(逆變器)來說，搭載環(huán) 境和工作環(huán)境等條件嚴(yán)格。車輛驅(qū)動(dòng)用逆變器裝置是對驅(qū)動(dòng)用的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的控制 裝置，將從構(gòu)成車載電源的車載電池或車載發(fā)電裝置供給的直流電力變換為規(guī)定的交流電 力，并控制電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。此外，電動(dòng)機(jī)也具有作為發(fā)電機(jī)的功能，車輛驅(qū)動(dòng)用逆變器裝置 也具有根據(jù)減速等運(yùn)轉(zhuǎn)模式而發(fā)電，將交流電力變換為直流電力的功能。變換后的直流電 力用于向車載電池蓄電或向其他的驅(qū)動(dòng)用逆變器供給并用于電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。圖1的混合動(dòng)力電氣汽車(以下表記為“HEV”)110具備兩個(gè)車輛驅(qū)動(dòng)用的系統(tǒng)。 其一為將化石燃料或氫等燃料作為能量源，并將內(nèi)燃機(jī)即發(fā)動(dòng)機(jī)120作為動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)121。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)121除了使用燃料132并由發(fā)動(dòng)機(jī)120來驅(qū)動(dòng)車輛以外，還通過動(dòng)力 分配機(jī)構(gòu)122向電動(dòng)發(fā)電機(jī)194傳遞動(dòng)力。另一車輛驅(qū)動(dòng)用系統(tǒng)為將電池的電力作為能量 源，將電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194作為動(dòng)力源的車輛用電氣系統(tǒng)250。上述兩個(gè)系統(tǒng)相互交換發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩指令等信息。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)120的動(dòng)力的一部分通過動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)122由電 動(dòng)發(fā)電機(jī)194發(fā)電，并變換為電能。電能用于電池136的充電或另一電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的驅(qū) 動(dòng)。電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194為同步機(jī)或感應(yīng)機(jī)，根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)模式作為電動(dòng)機(jī)或作為發(fā)電機(jī)工作， 因此，在此表記為電動(dòng)發(fā)電機(jī)。在車體的前部軸支撐有前輪車軸114，并使其能夠旋轉(zhuǎn)。在前輪車軸114的兩端設(shè)有一對前輪112。在車體的后部軸支撐有后輪車軸(省略圖示)，并使其能夠旋轉(zhuǎn)。在后輪 車軸的兩端設(shè)有一對后輪。在本實(shí)施方式的HEV中，采用將利用動(dòng)力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的主輪設(shè)為 前輪112，并將聯(lián)動(dòng)的從輪設(shè)為后輪的所謂前輪驅(qū)動(dòng)方式，但也可采用后輪驅(qū)動(dòng)方式。 在前輪車軸114的中央部設(shè)有前輪側(cè)差動(dòng)齒輪(以下表記為“前輪側(cè)DEF”)116。 前輪車軸114與前輪側(cè)DEF116的輸出側(cè)機(jī)械連接。前輪側(cè)DEF116的輸入側(cè)機(jī)械地連接有 變速器118的輸出軸。前輪側(cè)DEF116是將由變速器118變速而傳遞的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力向左右 的前輪車軸114分配的差動(dòng)式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)。在變速器118的輸入側(cè)機(jī)械地連接有電動(dòng)發(fā) 電機(jī)192的輸出側(cè)。在電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的輸入側(cè)經(jīng)由動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)122機(jī)械地連接有發(fā)動(dòng) 機(jī)120的輸出側(cè)及電動(dòng)發(fā)電機(jī)194的輸出側(cè)。而且，電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194及動(dòng)力分配機(jī)構(gòu) 122收容在變速器118的框體的內(nèi)部。在本實(shí)施方式中，電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194為轉(zhuǎn)子具備永久磁鐵的同步機(jī)。向定子的 電樞繞組供給的交流電力由逆變器裝置140、142來控制，由此控制電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194的 驅(qū)動(dòng)。逆變器裝置140、142電連接有電池136，電池136與逆變器裝置140、142的相互之間 可以進(jìn)行電力的授受。逆變器裝置140、142對向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194供給的交流的相位和頻率、電流進(jìn) 行控制。例如，通過向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)供給超前相位的交流電力，電動(dòng)發(fā) 電機(jī)192、194產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。另一方面，通過產(chǎn)生滯后相位的交流電力，電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194作 為發(fā)電機(jī)工作，電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194成為再生制動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)。在本實(shí)施方式中，具備由電動(dòng)發(fā)電機(jī)192及逆變器裝置140構(gòu)成的第一電動(dòng)發(fā)電 單元、和由電動(dòng)發(fā)電機(jī)194及逆變器裝置142構(gòu)成的第二電動(dòng)發(fā)電單元這兩個(gè)電動(dòng)發(fā)電單 元，根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)將其分開使用。即，在利用來自發(fā)動(dòng)機(jī)120的動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)車輛的情況下， 在輔助車輛的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，將第2電動(dòng)發(fā)電單元作為發(fā)電單元，由發(fā)動(dòng)機(jī)120的動(dòng)力使第2 電動(dòng)發(fā)電單元工作進(jìn)行發(fā)電，并利用由該發(fā)電得到的電力將第1電動(dòng)發(fā)電單元作為電動(dòng)單 元來工作。此外，在同樣的情況下，在輔助車輛的車速時(shí)，將第1電動(dòng)發(fā)電單元作為發(fā)電單 元，由發(fā)動(dòng)機(jī)120的動(dòng)力使第1電動(dòng)發(fā)電單元工作進(jìn)行發(fā)電，并利用由該發(fā)電得到的電力將 第2電動(dòng)發(fā)電單元作為電動(dòng)單元來工作。此外，在本實(shí)施方式中，通過利用電池136的電力來使第1電動(dòng)發(fā)電單元作為電動(dòng) 單元工作，僅利用電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的動(dòng)力就能夠驅(qū)動(dòng)車輛。進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，將第1 電動(dòng)發(fā)電單元或第2電動(dòng)發(fā)電單元作為發(fā)電單元，利用發(fā)動(dòng)機(jī)120的動(dòng)力或來自車輪的動(dòng) 力而使其工作并發(fā)電，由此能夠進(jìn)行電池136的充電。電池136進(jìn)一步作為用于驅(qū)動(dòng)輔機(jī)用的電動(dòng)機(jī)195的電源來使用。作為輔機(jī)，例 如為驅(qū)動(dòng)空氣調(diào)節(jié)器的壓縮機(jī)的馬達(dá)、或者驅(qū)動(dòng)控制用的液壓泵的馬達(dá)。從電池136向逆 變器裝置43供給直流電力，并在逆變器裝置43中變換為交流電力，供給到電動(dòng)機(jī)195。逆 變器裝置43具有與逆變器裝置140或142同樣的功能，控制向電動(dòng)機(jī)195供給的交流的相 位或頻率、電流。電動(dòng)機(jī)195的容量比電動(dòng)發(fā)電機(jī)192或194的容量小，因此逆變器裝置43 的最大變換電力比逆變器裝置140或142小。但是，逆變器裝置43的電路結(jié)構(gòu)基本上與逆 變器裝置140或142的電路結(jié)構(gòu)相同。逆變器裝置140或142及43利用開關(guān)將直流電力變換為交流電力。為了供給開 關(guān)時(shí)急劇的電流，鄰近連接電容器模塊500。上述的逆變器裝置及電容器模塊由于開關(guān)時(shí)或?qū)〒p失(電阻抗)而發(fā)熱。因此，為了減小電力變換裝置的體積并降低成本，期望減小發(fā) 熱并提高冷卻能力。在以下敘述的電力變換裝置200中，能夠?qū)崿F(xiàn)損失的降低、冷卻能力的
提尚。 此外，逆變器裝置140或142與逆變器裝置43和電容器模塊500內(nèi)置在一個(gè)框體 內(nèi)，實(shí)現(xiàn)配線的簡單化和噪音降低。而且，在本實(shí)施例中，對于組合了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)121和車輛用電氣系統(tǒng)250的HEV 進(jìn)行了說明，但也可適用于將能夠從車輛的外部供給電力的車輛外部連接部260設(shè)置于車 輛，并能夠從外部向電池136充電的HEV，或者適用于沒有發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)121且在車輛用電氣 系統(tǒng)250上設(shè)有能夠從車輛外部供給電力的連接部的車輛。此外，也可適用于沒有發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)且車輛用電氣系統(tǒng)250的電池為將從外部供給 的氫等燃料直接變換為電的燃料電池的車輛，進(jìn)而適用于將充放電用電池與該燃料電池并 聯(lián)連接，且充放電用電池設(shè)有能夠從車輛的外部供給電力的連接部的車輛。圖2表示電力變換裝置200中作為代表例的逆變器裝置140的電路結(jié)構(gòu)圖。其以 外的逆變器裝置142、43也由同樣的電路來構(gòu)成。如圖2所示，逆變器裝置140具備功率模塊300和驅(qū)動(dòng)器電路174，利用來自控制 電路172的信號(hào)使驅(qū)動(dòng)器電路174工作，使功率模塊300的IGBT開關(guān)。驅(qū)動(dòng)器電路174搭載在逆變器裝置140內(nèi)，進(jìn)而配置在功率模塊300的上方且在 功率模塊300的附近。由此，能夠縮短逆變器裝置140與驅(qū)動(dòng)器電路174的信號(hào)線的配線， 因此能夠防止逆變器裝置140的開關(guān)頻率進(jìn)入信號(hào)線。逆變器裝置140的開關(guān)頻率為比從 驅(qū)動(dòng)器電路174發(fā)送的控制信號(hào)小的頻率。由此，能夠避免逆變器裝置140及驅(qū)動(dòng)器電路 174的誤動(dòng)作。在本實(shí)施方式中，功率模塊300具備開關(guān)到高電位的上臂的IGBT328 (絕緣柵極型 雙極晶體管)及二極管156、和開關(guān)到低電位的下臂的IGBT330及二極管166。進(jìn)而，功率 模塊300具有三個(gè)上下臂串聯(lián)電路150，用于三相交流電動(dòng)機(jī)。各個(gè)上下臂串聯(lián)電路150的 中點(diǎn)部分(中間電極169)通過交流端子159而與向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的交流電力線(交流 母線)186連接。如圖2所示，IGBT328或330具備集電極153、163、發(fā)射極(驅(qū)動(dòng)用發(fā)射極端子155、 165)、柵極(柵極端子154、164)。利用施加在柵極上的電壓，IGBT開關(guān)，對從集電極向發(fā)射 極方向的電流的導(dǎo)通、截止進(jìn)行控制。二極管156、166具備陰極及陽極兩個(gè)電極，能夠使電 流從陽極向陰極的方向流動(dòng)。如圖所示，將二極管的陰極與IGBT的集電極電連接，將二極 管的陽極與IGBT的發(fā)射極電連接。由此，IGBT不能流過的從發(fā)射極向集電極方向的電流 由二極管代替使其流過。在此，將該連接稱為二極管相對于IGBT逆并聯(lián)連接。利用該逆并 聯(lián)連接，即使IGBT截止，在逆變器內(nèi)形成電流流到對臂的二極管的回路，能夠不使馬達(dá)電 流中斷地流過。作為開關(guān)用功率半導(dǎo)體元件，在使用MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng) 晶體管)來代替IGBT的情況下，由于MOSFET能夠使電流逆向流動(dòng)，因此也可省略二極管。如圖2所示，上臂的IGBT328的集電極153經(jīng)由正極端子(P端子)157而與電容 器模塊500的正極電連接(由直流母線連接)，下臂的IGBT330的發(fā)射極經(jīng)由負(fù)極端子(N 端子)158而與電容器模塊500的負(fù)極側(cè)電連接(由直流母線連接)。位于各臂的中點(diǎn)部分 (上臂的IGBT328的發(fā)射極與下臂的IGBT330的集電極的連接部分)的中間電極169經(jīng)由交流連接器188而與電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的交流端子連接。利用該回路，當(dāng)上臂的IGBT328導(dǎo)通時(shí)，從中間電極169輸出正極電位。相反地，當(dāng)下臂的IGBT330導(dǎo)通時(shí)，從中間電極169 輸出負(fù)極電位。由此，向電動(dòng)發(fā)電機(jī)的交流端子施加脈沖狀的正極電位及負(fù)極電位，并利用 脈沖的時(shí)間寬度的粗密來形成交流電位而向電動(dòng)發(fā)電機(jī)流過交流電流，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。通過 改變該脈沖的時(shí)間寬度的粗密，對電力進(jìn)行控制，即對電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。將其稱為 PWM(Pulse Width Modulation 脈寬調(diào)制)控制。圖2所示的電容器模塊500配置在逆變器裝置140和電池136之間，為了在開關(guān) 時(shí)瞬時(shí)地供給電流，配置在電力變換裝置200內(nèi)的逆變器裝置140的鄰近。在電力變換裝 置200內(nèi)，在逆變器裝置140 (功率模塊300)的直流端子(正極端子314、負(fù)極端子316)和 連接與電池136相連的外部線纜的直流連接器138之間，電容器模塊500相對于電池136 并聯(lián)連接，以使電池136的電壓變得平滑。圖2所示的控制電路172具備用于對IGBT328、330的開關(guān)時(shí)刻進(jìn)行運(yùn)算處理的微 型計(jì)算機(jī)(以下稱為微機(jī))。作為輸入信息，向微機(jī)輸入電動(dòng)發(fā)電機(jī)192所要求的目標(biāo)轉(zhuǎn) 矩值、從上下臂串聯(lián)回路150向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電樞繞組供給的電流值以及電動(dòng)發(fā)電機(jī) 192的轉(zhuǎn)子的磁極位置。目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值是由對發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行混合控制的上位微機(jī)輸出的、基于指令信 號(hào)的轉(zhuǎn)矩值?；旌峡刂频纳衔晃C(jī)即可搭載于控制電路172、也可另外在車內(nèi)設(shè)置場所用于 搭載。如圖1所示，在本實(shí)施方式中，上位微機(jī)搭載于控制電路172，并與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器131 之間交換轉(zhuǎn)矩要求值及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信號(hào)。電流值基于從電流檢測部180輸出的檢測信號(hào)來檢測。為了縮短與微機(jī)基板的連 接線，電流檢測部180設(shè)置在電力變換裝置200的交流連接器188與功率模塊300的交流 端子之間。磁極位置基于從設(shè)置在電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的旋轉(zhuǎn)磁極傳感器(未圖示)輸出的檢測 信號(hào)來檢測。在本實(shí)施方式中，以檢測3相的電流值的情況為例進(jìn)行說明，但也可檢測2相 的電流值。搭載于圖2所示的控制電路172的微機(jī)根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值來運(yùn)算電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的 d、q軸的電流指令值。進(jìn)而，根據(jù)該運(yùn)算后的d、q軸的電流指令值和檢測出的d、q軸的電 流值的差分來運(yùn)算d、q軸的電壓指令值，并將該運(yùn)算后的d、q軸的電壓指令值根據(jù)檢測出 的磁極位置而變換為U相、V相、W相的電壓指令值。并且，微機(jī)根據(jù)基于U相、V相、W相的電壓指令值的基本波(正弦波)與輸送波 (三角波)的比較而生成脈沖狀的調(diào)制波，并將該生成的調(diào)制波作為PWM(脈沖寬度調(diào)制) 信號(hào)而輸出到驅(qū)動(dòng)器電路174。對于圖2所示的驅(qū)動(dòng)器電路174，在對下臂進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的情況下，使PWM信號(hào)寬度 增加，將其作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并向?qū)?yīng)的下臂的IGBT330的柵極輸出。另一方面，在對上臂進(jìn) 行驅(qū)動(dòng)的情況下，將PWM信號(hào)的基準(zhǔn)電位的電平移動(dòng)到上臂的基準(zhǔn)電位的電平后，使PWM 信號(hào)寬度增加，將其作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并向?qū)?yīng)的上臂的IGBT328的柵極分別輸出。由此，各 IGBT328、330基于輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。圖2所示的控制電路172及驅(qū)動(dòng)器電路174除了進(jìn)行IGBT的驅(qū)動(dòng)以外，還進(jìn)行異 常檢測(過電流、過電壓、過溫度等)，保護(hù)上下臂串聯(lián)電路150。因此，向控制部170輸入傳感信息。例如，在進(jìn)行過電流檢測的情況下，使用搭載有過電流的信號(hào)用發(fā)射電極端子(未 圖示)的IGBT，并將該發(fā)射電極端子與驅(qū)動(dòng)器電路174內(nèi)的各臂驅(qū)動(dòng)器電路(IC)連接(未 圖示)，進(jìn)行基于各驅(qū)動(dòng)器電路(IC)的過電流檢測。此外，在進(jìn)行過溫度檢測的情況下，將設(shè)置于上下臂串聯(lián)電路150的溫度傳感器 (未圖示)的溫度的信息輸入驅(qū)動(dòng)器電路或微機(jī)基板。 此外，在進(jìn)行過電流過電壓檢測的情況下，對上下臂串聯(lián)電路150的直流正極側(cè) 的電壓進(jìn)行監(jiān)視。在檢測到過電流、過溫度、過電壓的情況下，使對應(yīng)的IGBT或者全部的 IGBT進(jìn)行截止動(dòng)作，或進(jìn)行使電動(dòng)機(jī)輸出降低的控制，從而保護(hù)IGBT或電力變換裝置進(jìn)而 保護(hù)車輛。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路(IC)對截止的速度進(jìn)行控制，以不使過電壓破壞IGBT。在檢測 到過溫度的情況下，進(jìn)行IGBT的截止動(dòng)作或降低電動(dòng)機(jī)輸出的保護(hù)運(yùn)轉(zhuǎn)。圖3、圖4詳細(xì)說明圖1、圖2中記載的電力變換裝置200的詳細(xì)的外觀結(jié)構(gòu)。與 圖1和圖2相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。圖3是電力變換裝置200的全體結(jié)構(gòu)的外觀立體圖。在底面為大致長方形的框體 12的側(cè)面設(shè)有對電力變換裝置200進(jìn)行冷卻的冷卻水的配管(入口配管13、出口配管14)、 和向兩個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)的交流端子箱17(兩個(gè))。除此以外，雖然在圖3中不可見，但在與設(shè) 有冷卻水配管的側(cè)面相對的一側(cè)設(shè)有直流端子箱。如此，將與外部進(jìn)行連接的部位全部配 置在框體12的側(cè)面。圖4是本實(shí)施方式涉及的電力變換裝置內(nèi)部的主要部件的分解立體圖。在框體12的中央部分形成的冷卻水流路19之上配置兩個(gè)功率模塊300。在框體 12的下部收容固定于下部箱蓋16的電容器模塊500。功率模塊300與電容器模塊500夾 著冷卻水流路19而構(gòu)成，由此，有效地冷卻發(fā)熱大的功率模塊300及電容器模塊500。功率 模塊300和電容器模塊500經(jīng)由直流側(cè)導(dǎo)體板700電連接。對于該電連接，在圖15中詳細(xì) 敘述。搭載有驅(qū)動(dòng)器電路174的驅(qū)動(dòng)器電路基板22配置在功率模塊之上的直流側(cè)導(dǎo)體 板700的更上方。由此，突出到功率模塊300的上部的控制銷能夠與形成在驅(qū)動(dòng)器電路基 板22上的貫通孔釬焊連接。其結(jié)果，控制用配線變短，噪音難以侵入控制用配線，能夠防止 功率模塊的誤動(dòng)作?？蝮w12的下部開口由用于冷卻電容器模塊500的下部箱蓋16來堵塞。此外，框 體12的上部開口由用于冷卻控制電路172等的金屬基座板11來堵塞。進(jìn)而，上部箱蓋10 以覆蓋該金屬基座板11的方式安裝于框體12。在框體12上部，控制電路172收容于由金屬基座板11和上部箱蓋10形成的空間 內(nèi)。由此，將功率模塊300及電容器模塊500的高電壓系統(tǒng)與控制電路172的低電壓系統(tǒng) 分離，實(shí)現(xiàn)對于控制電路172的噪音屏蔽效果。因此，框體12或上部箱蓋10由電傳導(dǎo)好的 鋁材等金屬材料來構(gòu)成。此外，由于金屬基座板11被金屬制的上部箱蓋10及金屬制的框體12夾持，因此 金屬基座板11與上部箱蓋10及金屬制的框體12的熱傳遞良好。由此，能夠?qū)碜栽O(shè)置于 金屬基座板11的控制電路172上的發(fā)熱元件的熱量散出到上部箱蓋10及框體12。因此， 框體12和上部箱蓋10由熱傳導(dǎo)好的鋁材等金屬材料來構(gòu)成。此外，金屬基座板11由上部箱蓋10及框體12來夾持，進(jìn)而利用螺釘?shù)裙潭C(jī)構(gòu)而緊固于框體12。由此，能夠提高耐振動(dòng)性，因此能夠在特別容易受到車輛行駛時(shí)的振動(dòng)影 響的電力變換裝置200的上部設(shè)置控制電路172。此外，能夠防止控制電路172受到灰塵或 濕氣的影響。在冷卻水流路19的下側(cè)形成有用于容易進(jìn)行鋁鑄造的開口部404，開口部404由 水路下部罩420堵塞。此外，在冷卻水流路19的下側(cè)安裝有輔機(jī)用的逆變器裝置43。輔機(jī) 用的逆變器裝置43以內(nèi)置的功率模塊的散熱金屬面與冷卻水流路19的下表面對置的方式 而固定于冷卻水流路19的下表面。來自出入口配管13、14的冷卻水流過冷卻水流路19，由 此使并列設(shè)置的兩個(gè)功率模塊300具有的散熱片冷卻，兩個(gè)功率模塊300整體被冷卻。在 冷卻水流路19的下表面設(shè)置的輔機(jī)用的逆變器裝置43也同時(shí)被冷卻。進(jìn)而，通過設(shè)有冷卻水流路19的框體12被冷卻，在框體12的下部設(shè)置的下部箱 蓋16被冷卻。利用該冷卻，電容器模塊500的熱經(jīng)由下部箱蓋16及框體12向冷卻水熱傳 遞，電容器模塊500被冷卻。如此，在框體12的中央部設(shè)置冷卻水流路19，在其一側(cè)配置車輛驅(qū)動(dòng)用的功率模 塊300，此外，在另一方側(cè)配置輔機(jī)用的逆變器裝置43，從而，能夠以小的空間效率良好地 進(jìn)行冷卻，能夠?qū)崿F(xiàn)電力變換裝置整體的小型化。此外，通過將 框體中央部的冷卻水流路19 的主構(gòu)造與框體12 —體地由鋁材的鑄造來制造，由此除了提高冷卻效果，還具有增強(qiáng)冷卻 水流路19的機(jī)械強(qiáng)度的效果。此外，通過采用鋁鑄造，能夠以一體構(gòu)造來形成框體12和冷 卻水流路19，熱傳導(dǎo)變好且冷卻效率提高。在驅(qū)動(dòng)器電路基板22上設(shè)有基板間連接器23，該基板間連接器23穿過金屬基座 板11進(jìn)行與控制電路基板20的電路群的連接。此外，在控制電路基板20上設(shè)有與外部進(jìn) 行電連接的連接器21。利用連接器21與電力變換裝置的外部之間進(jìn)行信號(hào)的傳送。例如， 與作為電池136而搭載在車上的鋰電池模塊之間進(jìn)行信號(hào)的傳送，從鋰電池模塊發(fā)送表示 電池的狀態(tài)的信號(hào)或鋰電池的充電狀態(tài)等的信號(hào)。為了與保持在控制電路基板20的控制電路172進(jìn)行信號(hào)的授受而設(shè)置基板間連 接器23。雖然省略了圖示，但設(shè)有圖2所示的信號(hào)線176，經(jīng)由該信號(hào)線176與基板間連接 器23，逆變器電路的開關(guān)時(shí)刻的信號(hào)從控制電路基板20向驅(qū)動(dòng)器電路基板22傳遞。在驅(qū) 動(dòng)器電路基板22產(chǎn)生作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并分別施加到功率模塊的柵極。圖5是表示具有冷卻水流路19的框體12的鋁鑄造品的圖，圖5 (A)是框體12的 立體圖，圖5(B)是框體12的俯視圖，圖5(C)是框體12的仰視圖，圖5(D)是表示圖5(B) 的AA剖面的圖。如圖5所示，框體12與設(shè)置于所述框體12的內(nèi)部的冷卻水流路19 一體 地鑄造?？蝮w12的上表面或下表面呈大致長方形的形狀，在長方形的短邊的一側(cè)框體側(cè)面 設(shè)有用于取入冷卻水的入口孔401，并在相同側(cè)面設(shè)有出口孔403。從入口孔401流入冷卻水流路19的冷卻水沿箭頭所示的制冷劑的流動(dòng)418的方 向即長方形的長邊流動(dòng)，在長方形的短邊的另一側(cè)側(cè)面的跟前附近，如箭頭所示的制冷劑 的流動(dòng)421所示折返。而且，再次沿長方形的長邊向箭頭所示的制冷劑的流動(dòng)422的方向 流動(dòng)，并從出口孔403流出。在冷卻水流路19的去往側(cè)和返回側(cè)分別各形成有兩個(gè)開口部 400、402。在框體12的流動(dòng)方向即沿長邊的方向上排列固定有功率模塊300。支承部410 與框體一體成形，且利用各功率模塊300能夠完全閉塞冷卻水流路19的開口。該支承部 410位于大致中央，在相對于支承部410的冷卻水的出入口側(cè)固定有一方的功率模塊300。此外，在相對于支承部410的冷卻水的折返側(cè)固定有另一方的功率模塊300。利用該支承 部410能夠提高框體12的剛性，特別是能夠降低相對于框體12的流路入口孔401存在的 面垂直方向的扭曲。進(jìn)而，本實(shí)施例的框體12由于將支承部410與隔壁408形成十字形的 梁，因此能夠進(jìn)一步降低框體12的扭曲。由此，能夠抑制水從框體12與功率模塊300的間 隙向框體12的內(nèi)部滲漏。上述情況對于由金屬基座304來閉塞開口部400、402而形成流 路的所謂直接冷卻方式特別有效。
冷卻水流路19為如上述的折返形狀，設(shè)有隔開去往側(cè)流路和返回側(cè)流路的隔壁 408，該隔壁408與支承部410 —體制造。隔壁408起到作為折返通路間的熱的傳遞通路的 作用，并起到將冷卻水的溫度均勻化的作用。通常，冷卻水的入口側(cè)與出口側(cè)的溫度差變 大，產(chǎn)生冷卻效率的不均，但通過將該隔壁408與支承部410 —體制造，以及跨過由隔壁408 形成的往復(fù)流路而配置金屬基座304，能夠保持對于一個(gè)功率模塊的冷卻效率的均勻性。如圖5(B)所示的螺紋孔412用于將出入口側(cè)的功率模塊300固定于冷卻水流路 19，并通過該固定使開口部400密閉。此外，螺紋孔414用于將折返側(cè)的功率模塊300固定 于冷卻水流路19，并通過該固定使開口部402密閉?？拷鋈肟趥?cè)一側(cè)的功率模塊300由從入口孔401流入的冷的冷卻水及向出口孔 403送出的比較暖的冷卻水來冷卻。另一方面，靠近流路的折返側(cè)的功率模塊300由被靠近 出入口側(cè)一側(cè)的功率模塊300加熱而比從入口孔401流入的冷卻水稍暖的冷卻水來冷卻， 但以比靠近出口孔403的冷卻水的溫度低的溫度來冷卻。結(jié)果，折返冷卻通路和兩個(gè)功率 模塊300的配置關(guān)系為兩個(gè)功率模塊300的冷卻效率達(dá)到均衡的狀態(tài)。此外，由于具有支承部410，流路形成體能夠形成冷卻水潛入該支承部410正下的 隧道型的結(jié)構(gòu)。在框體12的支承部410的下方形成開口部404，進(jìn)而，由水路下部罩來閉塞 該開口部404。利用此種結(jié)構(gòu)，容易由鑄造來制造框體12，提高逆變器裝置的生產(chǎn)率。參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明，圖5(C)表示冷卻水流路19的背面，與支承部410對應(yīng)的 背面形成有開口部404。利用該開口部404，在支承部410的正下方，不需要支承部410與 流路形成體的二重構(gòu)造，容易通過鑄造來進(jìn)行制造。即，圖5(B)的AA剖面圖即圖5(D)中， 支承部410的正下由罩來閉塞，因此，冷卻水流路19在從入口孔401到出口孔403之間不 具有二重構(gòu)造。因此，由鑄造來制造與冷卻水流路19 一體成形的框體12時(shí)的生產(chǎn)率提高。 進(jìn)而，框體12的一體成形的成品率也提高。此外，圖5所示的框體構(gòu)造具有適合于鑄造生產(chǎn)、特別鋁模鑄生產(chǎn)的構(gòu)造。即，具 有能夠以接近完成的形狀來制造冷卻水流路19和框體12的一體構(gòu)造。將由箭頭所示的制 冷劑的流動(dòng)421表示的水路的折返部分作為開口部402的一部分，由此能夠?qū)⒄鄯挡糠忠?體鑄造。即，通過在開口部402固定功率模塊300，完成折返通路。進(jìn)而，通過將功率模塊 300用于冷卻，能夠使裝置整體小型化。在直接冷卻式的功率模塊中，如上所述的框體12能夠分別收容兩個(gè)功率模塊，因 此不需要具有大型且復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單一的功率模塊。因此，功率模塊的成品率提高，其結(jié)果， 能夠降低逆變器裝置的制造成本。在冷卻水流路19的側(cè)部與長方形的長邊之間形成有貫通孔406，該貫通孔406使 通路的上側(cè)和下側(cè)貫通。由于夾著冷卻水流路19而在兩側(cè)安裝電氣部件，因此需要兩側(cè)的 電氣部件的電連接。貫通孔406是用于進(jìn)行冷卻水流路19的兩側(cè)的電氣部件的電連接的孔。此外，功率模塊300與框體12的密封件、以及水路下部罩420與框體12的密封件 使用0型密封環(huán)424。在功率模塊300及水路下部罩420的安裝工序之后馬上進(jìn)行上述0 型密封環(huán)424的氣密檢查。具體來說，首先將水路下部罩420安裝于框體12，然后將功率模 塊300安裝于框體12。之后，通過向框體12內(nèi)壓入空氣的方式或者流入液體的方式的任一 種來實(shí)施0型密封環(huán)424的氣密檢查。由此，在逆變器裝置的制造工序的初始階段，能夠進(jìn) 行0型密封環(huán)424的氣密檢查、即進(jìn)行水路的水泄漏的檢查，能夠在早期去除不良產(chǎn)品，具 有提高生產(chǎn)率的效果。此種水路的水泄漏檢查對于由金屬基座304等形成流路的直接冷卻 方式的逆變器裝置是特別重要的。此外，水路下部罩420和框體12的密封件也可代替本實(shí) 施例的0型密封環(huán)424，而將液狀的密封材料涂敷在水路下部罩420與框體12的接合部。 由此，逆變器裝置的制造的自動(dòng)化變得容易，生產(chǎn)率提高。以下，參照圖6 圖13，對本實(shí)施方式涉及的電力變換裝置的功率模塊300的詳細(xì) 構(gòu)造進(jìn)行說明。圖6 (a)是本實(shí)施方式涉及的功率模塊(半導(dǎo)體裝置)的上方立體圖，圖6(b)是 該功率模塊的俯視圖。圖7是本實(shí)施方式涉及的功率模塊(半導(dǎo)體裝置)的直流端子的分 解立體圖。圖8是為了容易理解直流母線的構(gòu)造，使功率模塊箱302局部透明的剖面圖。300表示功率模塊，302表示功率模塊箱，304表示金屬基座，305表示散熱片(參 照圖8)，314表示直流正極端子，316表示直流負(fù)極端子，318表示絕緣紙(參照圖7)，320U、 320L表示功率模塊的控制端子，328表示上臂用IGBT，330表示下臂用IGBT，156、166表示 二極管，334表示絕緣基板(參照圖8)，334k表示絕緣基板334上的電路配線圖案(參照圖 8)，334r表示絕緣基板334下的電路配線(參照圖8)。功率模塊300大致包括半導(dǎo)體模塊部、金屬基座304、與外部連接的連接端子 (直流正極端子314或控制端子320U等)。半導(dǎo)體模塊部包含由樹脂材料等形成的功率模 塊箱302內(nèi)的配線。金屬基座304例如由Cu、Al、AlSiC等金屬材料構(gòu)成。而且，功率模塊 300具有用于與電動(dòng)機(jī)連接的U、V、W相的交流端子159、用于與電容器模塊500連接的直流 正極端子314及直流負(fù)極端子316，并將上述端子作為與外部連接的端子。此外，在半導(dǎo)體模塊部的絕緣基板334之上設(shè)有上下臂的IGBT328、330，二極管 156、166等，其由樹脂或硅凝膠(未圖示)來保護(hù)。絕緣基板即可是陶瓷基板，也可是薄的 絕緣片。金屬基座304為了浸入冷卻水流路而向冷卻水有效地散熱而在絕緣基板334的相 反側(cè)具有散熱片305。如圖8所示，在金屬基座304的一側(cè)的面上設(shè)有構(gòu)成逆變器回路的IGBT或內(nèi)置有 二極管的樹脂制的功率模塊箱302。在金屬基座304的另一側(cè)的面上利用釬焊等一體形成 有散熱片305。此外，也可利用鍛造來一體成形金屬基座304和散熱片305。通過由鍛造來 一體成形金屬基座304和散熱片305，能夠提高功率模塊300的生產(chǎn)率，并能夠?qū)崿F(xiàn)從金屬 基座304到散熱片305的熱傳導(dǎo)率的提高。由此，能夠提高IGBT及二極管的散熱性。此外， 通過將金屬基座304的維氏硬度形成在60 以上，能夠抑制由于溫度循環(huán)而產(chǎn)生的金屬基座 304的棘輪變形，并能夠提高金屬基座304與框體12的密封性。進(jìn)而，如圖8(a)所示，與 上下臂分別對應(yīng)地設(shè)置有散熱片305。上述的散熱片305從往復(fù)的冷卻水流路19設(shè)有的 開口向水路內(nèi)突出。金屬基座304的散熱片305周邊的金屬面用于封閉設(shè)置于冷卻水流路19的開口。 而且，本實(shí)施方式的散熱片305的形狀為銷形，但作為其他的實(shí)施方式，也可是沿 冷卻水的流動(dòng)方向形成的直線形。在散熱片305的形狀使用直線形的情況下，能夠降低用 于使冷卻水流動(dòng)的壓力，另一方面，在使用銷形的情況下，能夠提高冷卻效率。在金屬基座304的一側(cè)的面上固定絕緣基板334，在絕緣基板334之上，由焊料 337固定有上臂用的IGBT328及二極管156、或下臂用的IGBT330及二極管166的芯片。圖6(b)是表示配置結(jié)構(gòu)圖和其功能的說明圖，配置結(jié)構(gòu)圖表示具體以何種配置 來在絕緣基板334之上設(shè)置上下臂串聯(lián)電路。絕緣基板334由固接于金屬基座304的熱傳 導(dǎo)性好的陶瓷構(gòu)成。圖6(b)所示的IGBT328、330和二極管156、166通過分別并聯(lián)連接兩 個(gè)芯片而構(gòu)成上臂、下臂，由此增大可向上下臂通電的電流容量。如圖7所示，功率模塊300中內(nèi)置的直流端子313 (圖7的虛線部)構(gòu)成為夾著絕 緣紙318而層疊直流負(fù)極端子316和直流正極端子314的層疊構(gòu)造。此外，將直流負(fù)極端 子316、直流正極端子314的端部相互向相反方向彎曲，形成用于與直流側(cè)導(dǎo)體板700和功 率模塊300電連接的負(fù)極側(cè)連接部316a及正極側(cè)連接部314a。通過設(shè)置兩個(gè)與直流側(cè)導(dǎo) 體板700連接的正極側(cè)連接部314a，從負(fù)極側(cè)連接部316a及正極側(cè)連接部314a至三個(gè)上 下臂串聯(lián)回路的平均距離大致相等，能夠降低功率模塊300內(nèi)的寄生電感的不均。此外，如圖7所示，當(dāng)層疊組裝直流正極端子314、絕緣紙318、直流負(fù)極端子316 時(shí)，各自的正極側(cè)連接部314a、負(fù)極側(cè)連接部316a形成相互向相反方向彎曲的構(gòu)造。通過 將絕緣紙318沿負(fù)極側(cè)連接部316a彎折，確保正極、負(fù)極的端子的絕緣沿面距離。當(dāng)需要 耐熱時(shí)，絕緣紙318使用聚酰亞胺或間位(J々)系芳族聚酰胺纖維、復(fù)合有提高了抗漏電 性的聚酯等的密封材料。此外，當(dāng)考慮針孔等缺陷，提高可靠性時(shí)，重疊兩片絕緣紙318。此 夕卜，為了防止破損或開裂，在拐角部設(shè)置圓角，或者為了不使端子的邊緣接觸絕緣紙，使沖 孔時(shí)的塌邊面(由沖孔加工時(shí)使邊緣成為R狀的面)形成為面向絕緣紙318的方向。在本 實(shí)施例中，作為絕緣物使用絕緣紙，但作為其他的例子，也可在端子上涂敷絕緣物。為了降 低寄生電感，例如，600V耐壓的功率模塊時(shí)，將正極、負(fù)極間的距離設(shè)為0. 5mm以下，絕緣紙 的厚度設(shè)為其一半以下。此外，如圖7所示，直流正極端子314及直流負(fù)極端子316具有用于與電路配線圖 案334K連接的連接端314K、316K。各個(gè)連接端314Κ、316Κ相對于U、V、W各相各存在兩個(gè)。 由此，如后所述，在各相的每個(gè)臂上能夠與形成有兩個(gè)小環(huán)狀(loop)電流路徑的電路配線 圖案相連接。此外，各連接端314K、316K向電路配線圖案334Κ的方向突出，且為了形成與 電路配線圖案334Κ的接合面，其前端部彎曲。連接端314Κ、316Κ與電路配線圖案334Κ經(jīng) 由焊料等連接。此外，也可利用超聲波焊接來直接連接金屬彼此。功率模塊300尤其是金屬基座304由于溫度循環(huán)而膨脹及收縮。由于該膨脹及收 縮，連接端314Κ、316Κ與電路配線圖案334Κ的連接部有產(chǎn)生龜裂或斷裂之虞。因此，在本實(shí)施方式涉及的功率模塊300中，如圖7所示，將直流正極端子314和 直流負(fù)極端子316層疊而成的層疊平面部319構(gòu)成為相對于搭載有絕緣基板334 —側(cè)的 金屬基座304的平面為大致平行。由此，層疊平面部319能夠與由上述的膨脹及收縮所產(chǎn) 生的金屬基座304的彎曲相對應(yīng)地進(jìn)行彎曲動(dòng)作。因此，對于金屬基座304的彎曲，能夠減 小與層疊平面部319 —體形成的連接端314Κ、316Κ的剛性。因此，能夠緩解施加在連接端314K、316K與電路配線圖案334K的接合面的垂直方向上的應(yīng)力，并能夠防止該接合面的龜裂或斷裂。而且，本實(shí)施方式涉及的層疊平面部319形成為層疊平面部319的寬度方向的長 度比進(jìn)深方向的長度大，以能夠與金屬基座304的寬度方向及進(jìn)深方向這兩方向的彎曲相 對應(yīng)地進(jìn)行彎曲動(dòng)作。例如，將層疊平面部319的寬度方向的長度設(shè)為130mm，進(jìn)深方向的 長度設(shè)為10mm。此外，直流正極端子314及直流負(fù)極端子316的各個(gè)層疊平面部319的厚 度比較薄地設(shè)定為1mm，以容易地進(jìn)行彎曲動(dòng)作。圖9 (a)是取出功率模塊300的結(jié)構(gòu)部件即金屬基座304和三個(gè)上下臂串聯(lián)回路 中的一個(gè)來表示的圖。圖9(b)是金屬基座304、形成有電路配線圖案334k、334r的絕緣基 板334、包含上部配線的金屬線336的IGBT328、330、二極管156、166、交流端子159、接線端 子370的分解立體圖。而且，為了說明方便，省略直流端子313。如圖9 (a)所示，上下臂串聯(lián)回路150具備上臂回路151、下臂回路152、用于連接 上述上下臂回路151、152的接線端子370、用于輸出交流電力的交流端子159。此外，如圖9(b)所示，在金屬基座304之上設(shè)置的上臂回路151具備形成有電路 配線圖案的絕緣基板334、在絕緣基板334的電路配線圖案334k之上設(shè)置的IGBT328及二 極管156。在IGBT328及二極管156的背面?zhèn)仍O(shè)置的電極與電路配線圖案334k釬焊接合。形成有電路配線圖案的絕緣基板334的背面形成沒有圖案的所謂滿版圖案。該絕 緣基板的背面的滿版圖案與金屬基座304釬焊接合。下臂回路152也與上臂同樣具備配置在金屬基座304之上的絕緣基板334、配 線在該絕緣基板334之上的電路配線圖案334k和安裝在該電路配線圖案334k之上的 IGBT330 及二極管 166。此外，IGBT330及二極管166的背面?zhèn)鹊碾姌O與電路配線圖案334k釬焊接合。而 且，本實(shí)施方式中的各相的各臂將并聯(lián)連接了 IGBT328及二極管156的回路部作為一組，且 并聯(lián)連接兩組該回路部而構(gòu)成。并聯(lián)連接幾組該回路部由向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192通電的電流 量來確定，在需要流過比本實(shí)施方式涉及的電動(dòng)發(fā)電機(jī)192所通電的電流更大電流的情況 下，并聯(lián)連接三組或更多的回路部。相反，在能夠以小的電流來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的情況下，各相 的各臂由一組回路部來構(gòu)成。使用圖9(b)來說明功率模塊300的電流路徑。向功率模塊300的上臂回路流動(dòng) 的電流流過如下路徑(1)從未圖示的直流正極端子314至連接導(dǎo)體部371U的路徑、(2)從 連接導(dǎo)體部37IU經(jīng)由元件側(cè)連接導(dǎo)體部372U至上臂用IGBT328及上臂用二極管156的一 側(cè)電極(與元件側(cè)連接導(dǎo)體部372U相連一側(cè)的電極)的路徑、(3)從上臂用IGBT328及上 臂用二極管156的另一側(cè)的電極經(jīng)由金屬線336至連接導(dǎo)體部373U的路徑、(4)從連接導(dǎo) 體部373U經(jīng)由接線端子370的連接部374U、374D至連接導(dǎo)體部371D的路徑。而且，如上 所述，上臂將兩組回路部并聯(lián)連接而構(gòu)成，且回路部將IGBT328和二極管156并聯(lián)連接。從 而，在上述(2)的路徑中，電流在元件側(cè)連接導(dǎo)體部372U分路為兩支，該分路后的電流分別 向兩組回路部流動(dòng)。此外，向功率模塊300的下臂回路流動(dòng)的電流流過如下路徑(1)從連接導(dǎo)體部 37ID經(jīng)由元件側(cè)連接導(dǎo)體部372D至IGBT330及二極管166的一側(cè)電極(與元件側(cè)連接導(dǎo)體部372D相連一側(cè)的電極)的路徑、(2)從下臂用IGBT330及下臂用二極管166的另一 側(cè)電極經(jīng)由金屬線336至連接導(dǎo)體部373D的路徑、(3)從連接導(dǎo)體部373D至未圖示的直 流負(fù)極端子316的路徑。而且，與上臂相同，下臂將兩組回路部并聯(lián)連接而構(gòu)成，且回路部 將IGBT330和二極管166并聯(lián)連接。從而，在上述(1)的路徑中，電流在元件側(cè)連接導(dǎo)體部 371D分路為兩支，該分路后的電流分別向兩組回路部流動(dòng)。在此，用于對上臂回路的IGBT328(及二極管156)和未圖示的直流正極端子314 進(jìn)行連接的連接導(dǎo)體部371U配置在絕緣基板334的一邊側(cè)的大致中央部附近。而且， IGBT328 (及二極管156)安裝在與連接導(dǎo)體部371U的配設(shè)位置相反的絕緣基板334的另一 邊側(cè)附近。此外，在本實(shí)施方式中，具備的兩個(gè)連接導(dǎo)體部373U在絕緣基板334的所述一 邊側(cè)以夾著連接導(dǎo)體部371U的方式配置成一列。此種電路圖案及安裝圖案，即絕緣基板334上的電路配線圖案由大致T字形的配 線圖案和在該配線圖案的大致T字的豎杠(371U)的兩側(cè)的兩個(gè)配線圖案(371U)來構(gòu)成。 而且，通過從連接導(dǎo)體部371U、373U安裝端子，IGBT328的開關(guān)時(shí)的過渡電流路徑成為如圖 9(b)的箭頭所示的下臂導(dǎo)通時(shí)的過渡的電流350(虛線)那樣的M字狀的電流路徑。即成為 兩個(gè)小環(huán)狀電流路徑(箭頭方向?yàn)橄卤蹖?dǎo)通時(shí)，參照圖16)。在該兩個(gè)小環(huán)狀電流路徑的周 邊產(chǎn)生下臂導(dǎo)通時(shí)的過渡電流形成的圖9(b)的實(shí)線350H表示的磁場。利用該磁場350H， 配置在絕緣基板334的下方的金屬基座304感應(yīng)出渦電流340。該渦電流340產(chǎn)生抵消磁 場350H的方向的磁場340H，因此能夠降低上臂回路中產(chǎn)生的寄生電感。
此外，上述的兩個(gè)小環(huán)狀(loop)電流形成兩個(gè)在絕緣基板334上流動(dòng)的電流彼此 相抵消的回彎(U turn)電流。因此，如圖9(b)的磁場350H在功率模塊300的內(nèi)部能夠產(chǎn) 生更小的環(huán)狀磁場，因此能夠降低寄生電感。進(jìn)而，開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的磁場環(huán)變小，能夠?qū)⒋艌?環(huán)封入功率模塊的內(nèi)部。因此，能夠降低向功率模塊外的框體的感應(yīng)電流，并能夠防止控制 基板的誤動(dòng)作、或向電力變換裝置的外部的電磁噪聲。下臂回路側(cè)也構(gòu)成與上述的上臂同樣的電路配線圖案以及安裝圖案。即，用于對 下臂回路的IGBT330(及二極管166)和未圖示的直流負(fù)極端子316進(jìn)行連接的連接導(dǎo)體部 371D配置在絕緣基板334的一邊的大致中央部附近。而且，IGBT330(及二極管166)安裝 在與配設(shè)有連接導(dǎo)體部371D的絕緣基板334的一邊側(cè)相反的另一邊側(cè)的附近。此外，在本 實(shí)施方式中，具備的兩個(gè)連接導(dǎo)體部373D夾著所述的連接導(dǎo)體部371D且在絕緣基板334 的一邊側(cè)配置成一列。通過此種電路配線圖案及安裝圖案，在下臂回路側(cè)，也能夠?qū)崿F(xiàn)降低所述寄生電 感的效果。而且，本實(shí)施方式中，各相的各臂的電流路徑的入口例如成為由兩個(gè)連接導(dǎo)體部 373U夾著的連接導(dǎo)體部371U，另一方面，電流路徑的出口成為兩個(gè)連接導(dǎo)體部373U。但是， 即使上述入口與出口相反，在各相的各臂中也形成上述的小環(huán)狀電流路徑。因此，與上述相 同，能夠?qū)崿F(xiàn)防止各相的各臂的寄生電感降低及電磁噪聲。以下，對于本實(shí)施方式的功率模塊300的縱向尺寸(由圖6(b)的符號(hào)A表示的尺 寸)和橫向尺寸(由圖6(b)的符號(hào)B表示的尺寸)進(jìn)行詳細(xì)說明。在本實(shí)施方式的功率模塊300中，使上臂回路的絕緣基板334的配置有連接導(dǎo)體 部371U、373U的一側(cè)的一邊與下臂回路側(cè)的絕緣基板334的配置有連接導(dǎo)體部371D、373D的一側(cè)的一邊相對置的方式來配置各絕緣基板334。此外，將該上下臂的對置的部分配置成 為金屬基座304的主面?zhèn)鹊拇笾轮醒氩?。此外，將具備同樣功能及同一個(gè)數(shù)的元件的上下 臂回路沿圖9(b)所示的金屬基座304的B側(cè)的邊來配置。進(jìn)而，將由上下臂回路構(gòu)成的各 相(U、V、W)沿圖9(b)所示的金屬基座304的A側(cè)的邊來配置。S卩，為了在各個(gè)上下臂回路 中形成小環(huán)狀電流，將IGBT328與IGBT330分離配置，由此將上下方向變長的上下臂回路沿 金屬基座304的B邊收納。
利用此種結(jié)構(gòu)，能夠使一個(gè)功率模塊接近正方形，且形成使金屬基座304的A邊側(cè) 的長度比上臂和下臂排列的方向的長度B短(A<B)的形狀。如圖4所示，在沿該A邊側(cè)排 列有兩個(gè)功率模塊300的情況下，能夠抑制兩個(gè)功率模塊的A邊側(cè)比B邊側(cè)變得過大。艮口， 能夠?qū)⑴帕杏袃蓚€(gè)功率模塊300時(shí)的長度A的2倍(2A)形成為比上臂和下臂排列的方向 的長度(B)的2倍小(2A < 2B)。由此，不會(huì)使框體12在排列有兩個(gè)功率模塊的方向上變 得過于細(xì)長，提高了框體12的剛性，能夠抑制框體12的扭曲。其結(jié)果，冷卻水路的密封性 提高，能夠防止水泄漏。此外，由于不會(huì)在一方向上變得過于細(xì)長，因此能夠形成容易獲得 車載空間的長方體的形狀。進(jìn)而，由于一個(gè)功率模塊300為接近正方形的形狀，因此，功率 模塊300自身的扭曲少，因此能夠提高冷卻水路的密封性。而且，在一個(gè)功率模塊中，通過將A邊側(cè)和B邊側(cè)的長度形成為B-A < A/2、或者 B-A < B/2的關(guān)系，由此能夠形成更接近正方形的形狀。由此能夠進(jìn)一步提高冷卻水路的密 封性。此外，如圖9 (b)、圖8 (a)、圖6 (b)所示，通過將IGBT328 (及二極管156)和 IGBT330(及二極管166)相離開地配置于金屬基座304的對置的邊側(cè)，實(shí)現(xiàn)如下的效果。通過驅(qū)動(dòng)電路174控制IGBT328的柵極的電壓，各相的上臂回路用的IGBT328進(jìn) 行導(dǎo)通、截止的開關(guān)驅(qū)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)從驅(qū)動(dòng)電路174經(jīng)由沿金屬基座304的A邊側(cè)而排 成一列的控制端子320U，傳遞到IGBT328的柵極。從噪聲和生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，期望該控 制端子320U與IGBT328的柵極的距離更短。此外，若上臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)路徑與下臂的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)路徑遠(yuǎn)，則兩者的信號(hào)不會(huì)干涉，不會(huì)引起誤動(dòng)作。尤其是，能夠防止上臂和下臂同時(shí)導(dǎo) 通，并能夠防止短路、過電流或裝置的破壞。因此，將上臂回路用的控制端子320U和下臂回 路用的控制端子320D分別配置在金屬基座304的對置的邊側(cè)。而且，將與上臂回路對應(yīng)的 IGBT328配置在控制端子320U的附近，將與下臂回路對應(yīng)的IGBT330配置在控制端子320D 的附近。由此，實(shí)現(xiàn)耐噪聲性和可靠性提高，并且如前所述，通過使功率模塊300形成為接 近正方形的形狀，能夠提高生產(chǎn)率。此外，如圖5所示，本實(shí)施方式涉及的電力變換裝置200的冷卻水流路19的形狀 具有往路和歸路的大致U字形。該U字形的冷卻水流路19的隔壁408由于不流過冷卻水， 因此冷卻能力比冷卻水流路19的冷卻水流過的部位的冷卻能力低。因此，在該隔壁408的 上方配置不太需要冷卻的直流正極端子314及直流負(fù)極端子316，另一方面，將需要冷卻的 IGBT328(及二極管156)和IGBT330 (及二極管166)配置在冷卻水路上。即，分別在金屬基 座304的對置的邊側(cè)分離配置。由此，如上所述，功率模塊300形成接近正方形的形狀，并 且能夠提高元件的冷卻性能、此外能夠使功率模塊300整體小型化。圖8(b)是絕緣基板334上的配線與交流端子159的連接部159k的放大示意圖 (圖8(a)的虛線部分)。以下，對于交流端子159的連接部159k、與絕緣基板334上的電路配線圖案334k的接合，以超聲波接合為例詳細(xì)敘述。將連接部159k與電路配線圖案334k重合，并從交流端子159的上面?zhèn)?連接部 159k的相反側(cè)面)進(jìn)行加壓。而且，利用超聲波，對連接部159k施加能量，除去相互的表面 氧化膜，露出新生面而接合。
而且，為了得到連接面積大且良好的接合面積，期望連接部159k的表面粗糙度 小。因此，在本實(shí)施方式的接合方法中，在端子成形時(shí)，利用加壓沖壓使交流端子159的連 接部159k的部分壓癟，減小連接部159k的表面粗糙度。圖10(a) (c)是加壓沖壓的工序的示意圖。圖10(a)表示沖壓前，圖10(b)表 示沖壓中，圖10(c)表示沖壓后。如圖10(a)所示，沖壓機(jī)由上方側(cè)沖壓機(jī)構(gòu)800和下方側(cè)沖壓機(jī)構(gòu)810構(gòu)成。在 該下方側(cè)沖壓機(jī)構(gòu)810的沖壓面?zhèn)仍O(shè)有被鏡面加工且平坦度高的擋塊820。連接部159k 夾著該擋塊820而被上方側(cè)沖壓機(jī)構(gòu)800和下方側(cè)沖壓機(jī)構(gòu)810沖壓。由此，能夠減小交 流端子的連接部159k的表面粗糙度，并能夠提高平坦度。例如，在連接部159k的寬度(圖 10(c)的W)為2. 5mm左右的情況下，能夠?qū)⒆鳛楸硎颈砻娲植诙鹊闹档乃阈g(shù)平均粗糙度形 成為Ra50nm以下，能夠?qū)⒆畲蟾叨刃纬蔀橹醒氩繛橥沟? μ m以下(圖10的連接部159k 中向下方向?yàn)橥?。若接合面粗糙，則接合面彼此由于超聲波而相互擦劃，減小接合表面的凹凸即減 小粗糙度耗費(fèi)超聲波接合能量。因此，在表面的凹凸沒有消失的過程中，接合局部開始，不 能得到良好的接合面積。但是，通過使用上述方法，在超聲波接合時(shí)，初始接合面彼此相接 的面積變大，能夠?qū)崿F(xiàn)接合面積的穩(wěn)定的接合。即使對絕緣基板上的電路配線圖案334k實(shí) 施鍍Ni的情況下，利用上述的方法減小連接部159k的表面粗糙度，由此能夠通過超聲波焊 接得到良好的接合。而且，在經(jīng)由焊料等來接合的情況下，通過管理絕緣基板的電路配線圖案334k和 端子的連接部159k的間隔，得到穩(wěn)定的接合。以下，對于本實(shí)施方式涉及的功率模塊300所使用的交流端子159中用于緩和向 連接面(向電路配線圖案334k連接的連接面)的應(yīng)力的構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)說明。圖11所示的交流端子159的一側(cè)的前端形成的電動(dòng)機(jī)側(cè)連接部159t固定在功率 模塊箱302的上表面。交流端子159的另一側(cè)的前端形成的連接部159k固定在電路配線 圖案334k側(cè)。在電動(dòng)機(jī)側(cè)連接部159t和連接部159k的附近存在金屬基座304、焊料307、 絕緣基板下的電路配線圖案334r以及絕緣基板334。因此，當(dāng)施加車輛上搭載的設(shè)備的溫 度變化以及外氣溫度的變化所形成的溫度循環(huán)時(shí)，由于所述各部件的熱膨脹系數(shù)不同，在 連接部159k與電路配線圖案334k之間產(chǎn)生應(yīng)力。因此，本實(shí)施方式涉及的交流端子159 構(gòu)成為減小其剛性的形狀，因此，能夠減小溫度循環(huán)時(shí)的變位所產(chǎn)生的應(yīng)力。而且，本實(shí)施 方式中的交流端子159的剛性期望在300N/mm以下。圖11(a)是交流端子159的立體圖，圖11(b)是交流端子159的側(cè)視圖。與上述 的交流端子159的剛性有關(guān)的因素為從電動(dòng)機(jī)側(cè)連接部159t至連接部159k延伸的部件 的“厚度”以及“寬度方向的長度”、此外“從電動(dòng)機(jī)側(cè)連接部159t至連接部159k的長度”、 還有“該部件的形狀”。首先，部件的“厚度”及“寬度方向的長度”由需向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192通電的電流量來確定。即，若減小“厚度”及“寬度方向的長度”，則部件的剖面積變小，所述的電流的通電 電阻變大。其結(jié)果，該部件發(fā)熱，產(chǎn)生由于功率模塊300的熱膨脹而導(dǎo)致的接合部的劣化、 功率模塊箱302的樹脂的熔解、絕緣破壞等，并且對各種元件(IGBT328或二極管156)造成 不良影響。因此，需要確保規(guī)定以上的“厚度”及“寬度方向的長度”。另一方面，為了降低 所述的交流端子159的剛性，需要減小“厚度”及“寬度方向的長度”。在本實(shí)施方式中，考 慮以上方面，將連接部159k的“寬度方向的長度”設(shè)為2. 5mm，將“厚度”設(shè)為1mm。 圖11 (b)的長度m表示“從電動(dòng)機(jī)側(cè)連接部159t至連接部159k的長度”。該長度 為從電動(dòng)機(jī)側(cè)連接部159t的連接面至連接部159k的連接面的水平方向距離。該長度大能 夠使交流端子159的剛性降低。但是，若該長度過長，則所述的電流的通電電阻變大，此外 功率模塊300變得大型化。因此，在本實(shí)施方式中，考慮以上的方面，將該長度設(shè)定為5mm。 但是，在溫度循環(huán)的溫度幅大的情況下，由于熱應(yīng)力變大，因此也可將該長度設(shè)定為5mm以 上。此外，在所述的“厚度”及“寬度方向的長度”大的情況下，交流端子159的剛性呈變大 的傾向，因此為了減小剛性，需要增大“從電動(dòng)機(jī)側(cè)連接部159t至連接部159k的長度”。相 反，在所述的“厚度”及“寬度方向的長度”小的情況下，剛性呈變小的傾向，因此，為了功率 模塊300的小型化等，能夠減小“從電動(dòng)機(jī)側(cè)連接部159t至連接部159k的長度”在本實(shí)施方式中，從電動(dòng)機(jī)側(cè)連接部159t至連接部159k延伸的部件具有階梯狀 的彎折形狀。通過該形狀，容易插入用于將連接部159k與電路配線圖案334k進(jìn)行超聲波 接合的接合設(shè)備。另一方面，利用該彎折形狀，交流端子159的剛性呈變大的傾向，但在該 情況下，通過調(diào)整所述“厚度”、“寬度方向的長度”以及“從電動(dòng)機(jī)側(cè)連接部159t至連接部 159k的長度”，能夠?qū)⒃搫傂哉{(diào)整為最佳的值。圖12表示交流端子的第二實(shí)施例。圖12(a)表示立體圖，圖12(b)表示連接面在 上下方向上變位時(shí)的端子變形(一部分)。圖12所示的交流端子159在相對于連接部159k垂直方向的面內(nèi)構(gòu)成，因此，將垂 直方向的面投影到連接面時(shí)的面積變小，具有能夠?qū)⒄紦?jù)模塊的底面積的端子的面積小型 化的優(yōu)點(diǎn)。如此，即使在與連接部159k垂直方向的面內(nèi)構(gòu)成的端子，通過加入如圖12(a)所 示的垂直面的結(jié)構(gòu)、即與垂直面159v垂直的另一垂直平面159s，能夠減小剛性。圖12(b) 表示對連接部159k向上方施加變位(箭頭)時(shí)的變形解析結(jié)果。通過垂直平面159s扭曲， 能夠構(gòu)成螺旋彈簧，并能將剛性形成為300N/mm以下。通過形成此種端子結(jié)構(gòu)，能夠降低端 子的剛性，并在所述溫度循環(huán)時(shí)，能夠減小連接部159k的應(yīng)力。圖13表示使大電流流過端子構(gòu)造。如圖13所示，通過重合兩片端子，端子的剖面 積加倍，但能夠減小剛性。圖14 (a)是本實(shí)施方式涉及的電力變換裝置200中僅取出電容器模塊500、直流側(cè) 導(dǎo)體板700及兩個(gè)功率模塊300的立體圖。圖14(b)是直流側(cè)導(dǎo)體板700的分解立體圖。如圖14(a)所示，兩個(gè)功率模塊300使各個(gè)交流端子159在一個(gè)方向上對齊地并 列設(shè)置。在與上述的交流端子159的相反側(cè)的位置上具備與兩個(gè)功率模塊300和電容器模 塊500電連接的連接部。該兩個(gè)功率模塊300與電容器模塊500的電連接由平板上的直流 側(cè)導(dǎo)體板700來實(shí)現(xiàn)。在下部箱蓋16上固定的電容器箱502內(nèi)收容有多個(gè)電容器單元514 (未圖示)，電容器模塊的正極側(cè)電容器端子506b及負(fù)極側(cè)電容器端子504c沿電容器箱502的一側(cè)方排 列。在該一側(cè)方，正極側(cè)電容器端子506b及負(fù)極側(cè)電容器端子504c處在向未圖示的電容 器單元514的上表面突出的位置。如圖14所示，與功率模塊300連接的直流側(cè)導(dǎo)體板700配置為覆蓋功率模塊300。 而且，正極側(cè)電容器端子506b及負(fù)極側(cè)電容器端子504c形成從電容器箱502的開口面立 起的構(gòu)造的L字構(gòu)造。在電力變換裝置200的組裝時(shí)，該L字構(gòu)造的正極側(cè)電容器端子506b 及負(fù)極側(cè)電容器端子504c以與直流側(cè)導(dǎo)體板700直接抵接的方式由螺栓來連接。如圖14(b)所示，該直流側(cè)導(dǎo)體板700包括平板狀的正極導(dǎo)體板702及負(fù)極導(dǎo)體 板704、由上述正極導(dǎo)體板702和負(fù)極導(dǎo)體板704夾著的絕緣片706。上述部件形成層疊構(gòu) 造，因此能夠降低從功率模塊300至電容器模塊500的寄生電感。此外，如圖14(a)及圖6(b)所示，多個(gè)上臂控制端子320U靠近功率模塊300的A 邊側(cè)的中央部附近來配置。即，通過使U相控制銷靠近V相控制銷，使W相控制銷靠近V相 控制銷，從而在功率模塊300的A邊側(cè)的中央部附近，將上臂控制端子320U配置成一列。 直流側(cè)導(dǎo)體板700具有用于貫通該多個(gè)上臂控制端子320U的透孔705。直流側(cè)導(dǎo)體板700 中，在該透孔705的兩肋也形成寬幅的層疊構(gòu)造，以擴(kuò)展正極導(dǎo)體板702與負(fù)極導(dǎo)體板704 的層疊區(qū)域。利用上述結(jié)構(gòu)，能夠擴(kuò)展負(fù)極導(dǎo)體板704與正極導(dǎo)體板702的層疊面積，進(jìn)而， 能夠?qū)崿F(xiàn)從功率模塊300至電容器模塊500的寄生電感的降低。此外，在功率模塊300的A邊側(cè)的中央部附近、即在上臂控制端子320U附近配置 用于固定驅(qū)動(dòng)器電路174的凸臺(tái)321。使驅(qū)動(dòng)器電路174固定于該凸臺(tái)321，并且使上臂控 制端子320U貫通形成于驅(qū)動(dòng)器電路174的孔。然后，通過焊接等來接合驅(qū)動(dòng)器電路174上 的端子和臂控制端子320U。利用此種結(jié)構(gòu)，上臂控制端子320U與驅(qū)動(dòng)器電路174上的端子 的接合部變?yōu)橄鄬τ谕古_(tái)321近的距離，因此車輛行駛時(shí)的耐振動(dòng)提高。此外，在直流側(cè)導(dǎo)體板700的上方，配置有驅(qū)動(dòng)器電路基板22(參照圖4)。因此， 如圖14(b)所示，直流側(cè)導(dǎo)體板700在驅(qū)動(dòng)器電路基板22具備負(fù)極導(dǎo)體板704，另一方面， 在功率模塊300側(cè)具備正極導(dǎo)體板702。由此，在作為高電壓的正極導(dǎo)體板702與驅(qū)動(dòng)器 電路基板22之間存在低電壓的負(fù)極導(dǎo)體板704及絕緣片706，能夠防止驅(qū)動(dòng)器電路基板22 接觸高電壓。如圖14(b)所示，正極導(dǎo)體板702跨兩個(gè)功率模塊300的上方地配置，進(jìn)而，將兩 個(gè)功率模塊300與電容器模塊500連接。同樣，負(fù)極導(dǎo)體板704跨兩個(gè)功率模塊300的上 方地配置，進(jìn)而，將兩個(gè)功率模塊300與電容器模塊500連接。由此，由于直流側(cè)導(dǎo)體板700變?yōu)閷挿虼四軌蚪档蛷墓β誓K300至電容器模 塊500的寄生電感。此外，對于一個(gè)功率模塊，由于存在4組電容器模塊500的連接部位， 因此能夠降低寄生電感。此外，在兩個(gè)功率模塊300間使從兩個(gè)功率模塊300向電容器模 塊500的連接導(dǎo)體共有化，由此能夠減少電力變換裝置200整體的部件數(shù)，并能夠提高生產(chǎn)率。此外，功率 模塊300中，將正極側(cè)連接部314a和負(fù)極側(cè)連接部316a作為一組，在 功率模塊300的一邊側(cè)配置該一組正極側(cè)連接部314a、負(fù)極側(cè)連接部316a，并在其相反側(cè) 的邊配置另外一組正極側(cè)連接部314a、負(fù)極側(cè)連接部316a。直流側(cè)導(dǎo)體板700跨上述兩 組正極側(cè)連接部314a、負(fù)極側(cè)連接部316a的上方地配置，進(jìn)而由螺釘與各正極側(cè)連接部314a、負(fù)極側(cè)連接部316a連接。由此，從電容器模塊500供給的直流電流不會(huì)集中到一組 正極側(cè)連接部314a、負(fù)極側(cè)連接部316a側(cè)，也就是說使直流電流分散到兩組正極側(cè)連接部 314a、負(fù)極側(cè)連接部316a，因此能夠降低從功率模塊300至電容器模塊500的電感。此外，如后面圖21中所述，電容器模塊500中內(nèi)置的電容器單元514具備多個(gè)。在 本實(shí)施方式中，將多個(gè)電容器單元514分為4組，進(jìn)而各組具備對應(yīng)的寬幅導(dǎo)體(正極導(dǎo)體 板507及負(fù)極導(dǎo)體板505)。如圖21所示，負(fù)極側(cè)電容器端子504及正極側(cè)電容器端子506 各自逐一地與各個(gè)寬幅導(dǎo)體連接。在本實(shí)施方式中，將上述所有的負(fù)極側(cè)電容器端子504 及正極側(cè)電容器端子506電連接于一組直流側(cè)導(dǎo)體板700。由此，對于兩個(gè)功率模塊300，形 成將所有的電容器單元514電連接的關(guān)系，且能夠大致均等地使用所有的電容器單元514， 能夠延長電容器模塊500整體的部件壽命。此外，通過使用該一組直流側(cè)導(dǎo)體板700，能夠 使電容器模塊500分割構(gòu)成各電容器單元514，能夠與電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電流容量相對應(yīng) 地，容易變更電容器單元514的單位數(shù)。
為了減小寄生電感，構(gòu)成直流側(cè)導(dǎo)體板700的正極導(dǎo)體板702和負(fù)極導(dǎo)體板704 期望盡可能減小他們的間隙距離。例如，在直流側(cè)導(dǎo)體板700存在用于將功率模塊300與電 容器模塊500連接的彎折構(gòu)造部的情況下，在該彎折構(gòu)造部產(chǎn)生比平板部大的間隙距離， 寄生電感變大。因此，本實(shí)施方式涉及的功率模塊300的正極側(cè)連接部314a、負(fù)極側(cè)連接部316a 及電容器模塊500的負(fù)極側(cè)電容器端子504c、負(fù)極側(cè)連接部504b配置在大致同一平面上。 由此，能夠使用平板狀的直流側(cè)導(dǎo)體板700，因此減小正極導(dǎo)體板702和負(fù)極導(dǎo)體板704的 間隙距離，從而能夠降低寄生電感。圖15 (a)表示圖14所示的功率模塊300和直流側(cè)導(dǎo)體板700的連接部位380 (參 照圖14(a))的放大圖。如圖15(a)所示，負(fù)極側(cè)連接部316a及正極側(cè)連接部314a使直流正極端子314 及直流負(fù)極端子316的端部向相反方向彎曲而構(gòu)成，且對于上述負(fù)極側(cè)連接部316a及正極 側(cè)連接部314a，分別連接層疊的直流側(cè)導(dǎo)體板700的負(fù)極導(dǎo)體板704、正極導(dǎo)體板702。由此，在IGBT328、330的開關(guān)時(shí)而瞬時(shí)流過的負(fù)極側(cè)電流成為如圖15所示的電流 路徑382，因此在負(fù)極導(dǎo)體板的連接部704a與負(fù)極側(cè)連接部316a之間，形成回彎(U turn) 電流。因此，負(fù)極導(dǎo)體板704的連接部704a周圍產(chǎn)生的磁通與負(fù)極側(cè)連接部316a周圍產(chǎn) 生的磁通相抵消，因此能夠?qū)崿F(xiàn)降低電感。另一方面，正極導(dǎo)體板的連接部702a的電流通過如圖15所示的電流路徑384。由 于在該正極導(dǎo)體板的連接部702a的上方配置有負(fù)極導(dǎo)體板704，因此正極導(dǎo)體板的連接部 702a的電流方向與負(fù)極導(dǎo)體板704的電流方向?yàn)橄喾捶较?，且由各自的電流所產(chǎn)生的磁通 相互抵消。其結(jié)果，能夠降低正極導(dǎo)體板的連接部702a的寄生電感。此外，如圖15(a)所示，絕緣紙318與絕緣片706分別配置為在上下方向具有重合 的區(qū)域。進(jìn)而，在利用螺釘?shù)葘⒅绷鱾?cè)導(dǎo)體板700固定于負(fù)極側(cè)連接部316a及正極側(cè)連接 部314a的情況下，絕緣紙318和絕緣片706配置為具有不被直流側(cè)導(dǎo)體板700和正極側(cè)連 接部314a夾持的區(qū)域、即未施加壓縮應(yīng)力的區(qū)域。由此，能夠確保連接部中的正極與負(fù)極 間的絕緣、具體來說確保正極側(cè)連接部314a與負(fù)極導(dǎo)體板704的絕緣。圖15 (b)表示直流側(cè)導(dǎo)體板700的連接部位390的放大圖(參照圖14 (a))。
如圖15 (b)所示，電容器模塊500的正極側(cè)電容器端子506b及負(fù)極側(cè)電容器端子 504c分別向相反方向彎曲而構(gòu)成，且在各自的上表面分別連接直流側(cè)導(dǎo)體板700的正極導(dǎo) 體板702及負(fù)極導(dǎo)體板704。由此，在IGBT328、330的開關(guān)時(shí)而瞬時(shí)流過的負(fù)極側(cè)電流成為如圖15(b)所示的 電流路徑392，因此在負(fù)極導(dǎo)體板704的連接部704c與電容器模塊500的負(fù)極側(cè)電容器端 子504c之間，形成回彎(U turn)電流。因此，負(fù)極導(dǎo)體板704的連接部704a周圍產(chǎn)生的 磁通與負(fù)極側(cè)電容器端子504c周圍產(chǎn)生的磁通相抵消，因此能夠?qū)崿F(xiàn)降低電感。同樣，在IGBT328、330的開關(guān)時(shí)而瞬時(shí)流過的正極側(cè)電流通過圖15(b)所示的電 流路徑394。即，在正極導(dǎo)體板的連接部702b與電容器模塊500的正極側(cè)電容器端子506b 之間，形成回彎(U turn)電流。因此，正極導(dǎo)體板702的連接部702b周圍產(chǎn)生的磁通與正 極側(cè)電容器端子506b周圍產(chǎn)生的磁通相抵消，因此能夠?qū)崿F(xiàn)降低電感。此外，如圖15(b)所示，絕緣片517與絕緣片706分別配置為在上下方向具有重 合的區(qū)域。進(jìn)而，在利用螺釘?shù)葘⒅绷鱾?cè)導(dǎo)體板700固定于電容器模塊500的正極側(cè)電容 器端子506b及負(fù)極側(cè)電容器端子504c的情況下，絕緣片517與絕緣片706配置為具有不 被直流側(cè)導(dǎo)體板700和正極側(cè)電容器端子506b夾持的區(qū)域、即未施加壓縮應(yīng)力的區(qū)域。由 此，能夠確保連接部中的正極與負(fù)極間的絕緣、具體來說能夠確保正極側(cè)電容器端子506b 與負(fù)極導(dǎo)體板704的絕緣。以下，對于上述的寄生電感給開關(guān)造成的影響進(jìn)行說明。參照圖16、圖17來說明下臂導(dǎo)通開關(guān)時(shí)流動(dòng)的電流。圖16表示功率模塊300的 上下臂串聯(lián)電路的一部分，按時(shí)間的經(jīng)過順序(A)、(B)、(C)來表示下臂的IGBT330導(dǎo)通 (turn on)時(shí)的電流的流動(dòng)回路。圖16中，上下臂串聯(lián)回路表示上臂的二極管156、下臂的IGBT330，192表示圖2的 電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電感。寄生電感成分335是將功率模塊300、直流側(cè)導(dǎo)體板700、電容器 模塊500的各個(gè)寄生電感總括表示。圖16中，作為電源為了易于理解表示了電池136，但實(shí) 際上為由電池136充電的電容器模塊500。在通常的動(dòng)作中，上下臂串聯(lián)回路150的上臂的IGBT328或者下臂的IGBT330的 任一方導(dǎo)通，另一方的IGBT關(guān)斷。即，不會(huì)使上下臂的IGBT同時(shí)導(dǎo)通。圖16中，為了進(jìn)行 下臂導(dǎo)通時(shí)的說明，省略上臂的IGBT、下臂的二極管。圖16㈧的狀態(tài)表示下臂用IGBT330為關(guān)斷狀態(tài)(截止)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電 流為通過二極管156并再次返回到電動(dòng)發(fā)電機(jī)的電流狀態(tài)(回流時(shí))。另一方面，圖16(B) 表示二極管156的電流向與圖16(A)的狀態(tài)的回流時(shí)的方向的相反方向流動(dòng)的狀態(tài)(復(fù)原 時(shí))。圖16 (C)表示流過二極管156的電流關(guān)斷(截止)后的狀態(tài)。由圖16(A)的狀態(tài)起，當(dāng)下臂用IGBT330導(dǎo)通(ON)時(shí)，電流開始流向IGBT330，流 到電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電流不會(huì)變化，流到二極管156的電流逐漸減少。然后，當(dāng)流向IGBT330 的電流變得與流向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電流相等時(shí)((B)的初期，圖17的tl時(shí))，二極管156 的電流變?yōu)榱悖_始對二極管向相反方向(從陰極向陽極方向)施加電壓。
但是，在二極管156的半導(dǎo)體內(nèi)，蓄積有空穴或電子的載流子，因此，當(dāng)向相反方 向施加電壓(逆偏壓)時(shí)，電流在相反方向(從陰極向陽極方向)開始流動(dòng)。如圖16⑶所 示，流過與回流時(shí)(A)相反方向的貫通電流614。結(jié)果，在IGBT330中，流向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192以上的電流(圖17(B)的期間)流過寄生電感成分335。然后，蓄積在二極管156中的載流子消失，二極管關(guān)斷(截止)。此時(shí)，載流子急 劇消失，流向二極管的電流急劇變小。因此，由寄生電感成分335的L與電流的急劇的變化 di/dt的積而在二極管156的兩端產(chǎn)生尖峰電壓。若其變大，則除了超過二極管156的耐壓 而導(dǎo)致破壞以外，對于并聯(lián)連接的IGBT也施加同樣的電壓并破壞。因此，降低寄生電感成 分335，并降低尖峰電壓是重要的。圖17表示下臂用IGBT330從關(guān)斷狀態(tài)(OFF)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)(ON)時(shí)，IGBT330的 集電極電流606 (實(shí)線)、集電極電壓604 (單點(diǎn)劃線)、柵極電壓602 (虛線)的時(shí)間變化的 波形。圖17的㈧⑶(C)期間分別對應(yīng)圖16的㈧⑶(C)。在此，放大表示柵極電壓的波形。從圖17的㈧期間的狀態(tài)可知，當(dāng)向IGBT330的柵極施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，對柵極-發(fā) 射極間電容和柵極_集電極間電容進(jìn)行充電，下臂用IGBT330的柵極電壓602 (虛線)增加。 在上臂用二極管156流過電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的回流電流。從柵極電壓602超過IGBT330開始 導(dǎo)通(ON)的閾值電壓Vthl的時(shí)刻t0起，下臂用IGBT330的集電極電流606開始流動(dòng)。與 此相伴，上臂的二極管156的回流電流開始減小。
此時(shí)，對于IGBT330的集電極電壓604(單點(diǎn)劃線)來說，在逆電位方向產(chǎn)生由 IGBT的集電極電流(實(shí)線)的增加而形成的電流變化與寄生電感成分335之積的電壓浪涌 而減少。在此期間，IGBT330的柵極電壓(虛線)持續(xù)增加直到IGBT330的電流達(dá)到電動(dòng) 發(fā)電機(jī)192的電流。接著，在時(shí)刻tl以后，IGBT330達(dá)到流向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電流，流向二極管156 的回流電流變?yōu)榱銜r(shí)，IGBT330的電壓開始下降，在二極管156開始施加逆偏電壓。如此， 利用二極管156中蓄積的載流子，與回流電流相反方向的貫通電流614流動(dòng)，成為圖17(B) 期間的狀態(tài)。此時(shí)，對于IGBT的柵極電壓602 (虛線)來說，利用IGBT330的集電極電壓 604 (單點(diǎn)劃線)降低，由蓄積在柵極-集電極間電容C的電荷而形成的放電電流流動(dòng)，因此 柵極電壓606被限制住，柵極電壓的上升暫時(shí)停止。對于流向IGBT330的電流來說，重疊有流過電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電流600和貫通電 流614的電流流動(dòng)。因此，集電極電流606成為比流過電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電流600大的峰 值電流。另一方面，若沒有二極管156的載流子，則沒有貫通電流614，IGBT330的集電極電 流606變?yōu)榱鬟^電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電流600。對于下臂的IGBT330，從時(shí)間t0至t2為止的期間中，集電極-發(fā)射極間的電壓升 高，成為集電極電流606流動(dòng)的狀態(tài)，因此IGBT中產(chǎn)生由電流和電壓的積表示的發(fā)熱(導(dǎo) 通損失)。另一方面，在上臂的二極管156中，由于蓄積載流子的消失而導(dǎo)致的貫通電流614 的急劇的減弱，產(chǎn)生由電流的時(shí)間變化di/dt與寄生電感成分335的積所確定的尖峰電壓 V = L· di/dt。該電壓也施加于上臂的IGBT。作為降低下臂用IGBT330的發(fā)熱(導(dǎo)通損失)的方法，在尖峰電壓不超過二極管、 IGBT的耐壓的范圍內(nèi)，縮短開關(guān)時(shí)間，即進(jìn)行快的di/dt的開關(guān)。通過降低寄生電感L，不 會(huì)提高IGBT、二極管的耐壓，能夠進(jìn)行di/dt快的開關(guān)，并能夠降低導(dǎo)通損失。若能夠降低 導(dǎo)通損失，則元件溫度不會(huì)上升，因此，可以使用小面積的IGBT、二極管，由于元件面積降低而形成的低成本、小型，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的半導(dǎo)體模塊、電力變換裝置。
上述說明中，作為流過上下臂的電流的一例表示IGBT導(dǎo)通(turn on)時(shí)。在逆變 器電路144的控制方法中，或者控制狀態(tài)中，在IGBT關(guān)斷(截止、turn off)時(shí)，也產(chǎn)生貫 通上下臂的電流流動(dòng)的狀態(tài)。接著表示IGBT的關(guān)斷動(dòng)作時(shí)(turn off) 0圖18表示功率模塊300的上下臂串聯(lián)電路的一部分，以時(shí)間的經(jīng)過順序㈧、⑶、 (C)來表示下臂的IGBT330截止(關(guān)斷)時(shí)的電流流動(dòng)的回路。圖19表示下臂的IGBT330 截止(關(guān)斷)的柵極電壓622、集電極電流624、集電極電壓626的波形，圖19的㈧、⑶、 (C)期間與圖18的㈧、⑶、(C)分別對應(yīng)。圖18(A)表示下臂的IGBT關(guān)斷前的導(dǎo)通狀態(tài)，(B)表示關(guān)斷中，(C)表示關(guān)斷后的 電路中流動(dòng)的電流。圖18(A)中，下臂的IGBT330為導(dǎo)通狀態(tài)，電流600從電池136通過寄生電感成分 335向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192流動(dòng)。圖18(B)表示在下臂的IGBT330的電流為關(guān)斷中的狀態(tài)下，向 下臂的IGBT330流動(dòng)的電流逐漸減小，且減少的量的電流向上臂的二極管156流動(dòng)的過程。 也就是說，為了容易理解，只要認(rèn)為相對于IGBT330的正方向的電流600，逐漸使反方向的 貫通電流615流動(dòng)即可。通過驅(qū)動(dòng)器電路174使蓄積在下臂IGBT的柵極-發(fā)射極間電容的電荷經(jīng)由驅(qū)動(dòng) 器電路174內(nèi)的電阻(柵極電阻)而放電，開始下臂的IGBT330的關(guān)斷。當(dāng)開始圖19所示的放電時(shí)，柵極電壓622(虛線)減少。當(dāng)柵極電壓622(虛線) 小于閾值Vth2時(shí)，集電極電壓626 (單點(diǎn)劃線)開始上升。集電極電壓在IOV左右之前平 緩上升，在該期間，柵極-集電極間電容被充電，因此積存在柵極_發(fā)射極間的靜電容量中 的電荷放電暫時(shí)停止，柵極電壓622(虛線)的減少也暫時(shí)停止。然后，當(dāng)集電極電壓達(dá)到 IOV以上時(shí)，柵極-集電極間的電容急劇變小，柵極-集電極電流的充電電流變小，因此柵 極-發(fā)射極間電容的蓄積電荷再次開始放電。集電極電壓626(單點(diǎn)劃線)開始急劇上升。 當(dāng)集電極電壓626(單點(diǎn)劃線)達(dá)到電池電壓時(shí)，下臂用IGBT330不能使電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的 電流流動(dòng)，集電極電流624(實(shí)線)開始急劇減少。此外，開始了上臂的二極管156中電流 開始回流的期間(B)。此時(shí)，下臂的IGBT330中產(chǎn)生集電極電流624(實(shí)線)(1)的減少時(shí)的 時(shí)間變化di/dt與寄生電感成分(L)335之積的尖峰電壓(LXdi/dt)628。該尖峰電壓628 與達(dá)到了電池電壓的下臂用IGBT330重疊，在下臂用IGBT330上施加比電池電壓更大的電 壓。然后，柵極電壓622由于柵極-發(fā)射極間電容與驅(qū)動(dòng)回路的放電回路的電阻所形 成的時(shí)間常數(shù)而減少。另一方面，下臂的IGBT已經(jīng)從柵極電壓控制脫離，隨著IGBT內(nèi)的載 流子的消失，下臂用IGBT的集電極電流624 (實(shí)線)減少。當(dāng)下臂用IGBT的集電極電流624變?yōu)榱銜r(shí)，變?yōu)槠陂g(C)的狀態(tài)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)192 與上臂的二極管156之間僅回流電流流動(dòng)。圖19的期間(B)的尖峰電壓628即使一次超過耐壓，也能使IGBT、二極管損壞，不 能使電動(dòng)發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。此外，若尖峰電壓大，則流過框體等寄生電容的電流變多，不僅導(dǎo)致 電力變換裝置自身的誤動(dòng)作，還會(huì)引起電力變換裝置外部的設(shè)備的誤動(dòng)作。因此，為了不超 過IGBT、二極管的半導(dǎo)體元件的耐壓而防止噪聲誤動(dòng)作，以形成帶有余量的尖峰電壓628 的方式來設(shè)計(jì)并控制IGBT。
尖峰電壓由集電極電流624(實(shí)線)(I)的時(shí)間變化di/dt與寄生電感成分(L)335 之積(LXdi/dt)來確定，因此，為了降低圖19的期間(B)的尖峰電壓628，只有減小di/ dt (圖19的Δ i/At)，或者減小L。為了減小di/dt，以延遲開關(guān)，即At的時(shí)間延長為Δ t+T的方式來增大用于確定 柵極-發(fā)射極間電容的放電時(shí)間常數(shù)的驅(qū)動(dòng)回路的柵極電阻即可。但是，若如此延長開關(guān) 時(shí)間，則開關(guān)時(shí)的IGBT的發(fā)熱、由IGBT的集電極電流和集電極電壓兩者均為非零期間(圖 19的t0至t2之間)的電流和電壓之積確定的發(fā)熱(開關(guān)損失)變大。為了滿足IGBT使 用時(shí)的溫度限制，IGBT元件的面積變大，硅使用量增加，因此成本增大，功率模塊也變大，部 件量增加，不能實(shí)現(xiàn)小型、低成本的電力變換裝置。此外，以往能夠減少每單位時(shí)間的IGBT的開關(guān)次數(shù)(載頻)，從而降低每單位時(shí)間 的發(fā)熱量，但難以得到電動(dòng)發(fā)電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的精細(xì)的控制響應(yīng)。因此，為了降低尖峰電壓628，與減小di/dt相比，減小寄生電感成分(L) 335更好。 從引起尖峰電壓的電流的路徑、即圖16(B)的貫通電流614或圖18(B)的貫通電流615的 電流路徑可知，該寄生電感成分(L)335是從電源(電容器模塊500)至功率模塊的上下臂 串聯(lián)電路為止的回路的所有的寄生電感的總計(jì)。g卩，需要降低功率模塊300、直流側(cè)導(dǎo)體板700及電容器模塊500的內(nèi)部的寄生電 感和他們的連接部產(chǎn)生的寄生電感的總和的電力變換裝置的構(gòu)造，在本實(shí)施方式中表示了 如下構(gòu)造從功率模塊的內(nèi)部的電路基板布局起，遍及功率模塊端子、功率模塊與直流母線 的連接部、直流母線、直流母線與電容器模塊連接部、電容器模塊，實(shí)現(xiàn)總和上的低電感。利用本實(shí)施方式的構(gòu)造，能夠容易地實(shí)現(xiàn)30毫微亨(利)以下的電感，進(jìn)而，通 過將尺寸最佳化，能夠?qū)崿F(xiàn)20毫微亨(利)。此外，通過將載頻設(shè)為IOkHz以上，能夠?qū)?現(xiàn)通電電流500安培㈧(圖19的Δ i)的關(guān)斷時(shí)間(圖19的Δ t)為0. 1微秒(μ s)以 下，電流變化速度5千兆安培/秒(GA/s)以上，并且作為尖峰電壓可以實(shí)現(xiàn)(LXdi/dt)= 20nHX5GA/s = 100V。在如此損失(發(fā)熱)低的電力變換裝置200的情況下，可以使用發(fā) 動(dòng)機(jī)冷卻水來作為冷卻水。以下對于本實(shí)施例的電容器模塊500的詳細(xì)構(gòu)造，參照圖20至圖22進(jìn)行說明。圖 20是表示本實(shí)施方式涉及的電容器模塊500的外觀結(jié)構(gòu)的立體圖。圖21是表示填充樹脂 等填充材料522之前的狀態(tài)的立體圖。圖22是表示電容器模塊500的詳細(xì)構(gòu)造即層疊導(dǎo) 體固定有電容器單元514的構(gòu)造的圖。圖20至圖22中，500表示電容器模塊，502表示電容器箱，504表示負(fù)極側(cè)電容器 端子，506表示正極側(cè)電容器端子，510表示直流(電池)負(fù)極側(cè)連接端子部，512表示直流 (電池)正極側(cè)連接端子部，532表示輔機(jī)用正極端子，534表示輔機(jī)用負(fù)極端子，514表示 電容器單元。如圖21及圖22所示，由負(fù)極導(dǎo)體板505和正極導(dǎo)體板507構(gòu)成的層疊導(dǎo)體相對 于直流(電池)負(fù)極側(cè)連接端子部510和直流(電池)正極側(cè)連接端子部512并聯(lián)電連接 多組，在本實(shí)施方式中為4組。在負(fù)極導(dǎo)體板505和正極導(dǎo)體板507設(shè)有多個(gè)端子516和 端子518，該多個(gè)端子516和端子518用于分別與多個(gè)電容器單元514的正極和負(fù)極并聯(lián)連接。作為電容器模塊500的蓄電部的單位構(gòu)造體即電容器單元514是由將兩片單面蒸鍍有鋁等金屬的薄膜層疊并卷繞的薄膜電容器515構(gòu)成，兩片金屬分別作為正極、負(fù)極。正 極、負(fù)極的電極是將各個(gè)卷繞的軸面作為正極及負(fù)極，通過噴涂錫等導(dǎo)電材料508來制造。如圖22所示，負(fù)極導(dǎo)體板505和正極導(dǎo)體板507由薄板狀的寬幅導(dǎo)體來構(gòu)成，并 經(jīng)由絕緣片517來層疊。其結(jié)果，降低寄生電感。在該層疊導(dǎo)體的端部，設(shè)有用于與電容器 單元的導(dǎo)電材料508連接的端子516、518。端子516、518通過釬焊或焊接而與兩個(gè)電容器 單元514的導(dǎo)電材料508電連接。為了易于使用釬焊裝置或焊接機(jī)并易于檢查，采用連接 面為外側(cè)的電容器單元配置及導(dǎo)體構(gòu)造，并以如圖示的2 個(gè)電容器單元為單位來構(gòu)成一個(gè) 電容器單元組。通過形成此種單元組，根據(jù)電容器容量可以容易地增減，適于量產(chǎn)。為了降 低寄生電感，此外為了散熱(后述)，也可設(shè)有多個(gè)端子516、518。此外，負(fù)極導(dǎo)體板505和正極導(dǎo)體板507將其薄板狀的寬幅導(dǎo)體的端部彎曲，構(gòu)成 用于與直流側(cè)導(dǎo)體板700連接的負(fù)極側(cè)電容器端子504、正極側(cè)電容器端子506。此外，負(fù) 極導(dǎo)體板505和正極導(dǎo)體板507將其薄板狀的寬幅導(dǎo)體的端部彎曲，構(gòu)成與電池、接受電力 的端子連接的直流負(fù)極側(cè)連接端子部510、直流正極側(cè)連接端子部512。如圖21所示，電容器模塊500由將兩個(gè)單元組配置成4列縱隊(duì)而成總計(jì)8個(gè)電容 器單元514來構(gòu)成。作為與電容器模塊500的外部連接的連接端子，具有用于與直流側(cè)導(dǎo) 體板700連接的4對負(fù)極側(cè)電容器端子504及正極側(cè)電容器端子506、用于接收電池電力的 直流負(fù)極側(cè)連接端子部510及直流正極側(cè)連接端子部512、向輔機(jī)用逆變器的功率模塊供 電的輔機(jī)雍正負(fù)極端子532、534。在負(fù)極側(cè)電容器端子504、正極側(cè)電容器端子506上形成 有埋入有螺母的開口部509、511，以能夠與功率模塊300的直流正負(fù)極端子316、314螺紋固 定。電容器箱502具備端子罩520，用于對端子的位置進(jìn)行定位，并且實(shí)現(xiàn)與電力變換 裝置的框體的絕緣。此外，在電容器箱502上，在電容器單元組與單元組之間，設(shè)有對單元 組進(jìn)行定位的間隔壁。電容器箱502使用熱傳導(dǎo)性優(yōu)良的材料，但也可是在電容器單元組 與電容器單元組之間的間隔壁中埋入散熱用的熱傳導(dǎo)性好的材料的結(jié)構(gòu)。電容器模塊500由開關(guān)時(shí)的脈動(dòng)電流利用電容器單元內(nèi)部的薄膜上蒸鍍的金屬 薄膜或內(nèi)部導(dǎo)體(端子)的電阻來發(fā)熱。為了使電容器單元耐濕，電容器單元、內(nèi)部導(dǎo)體 (端子)由樹脂含浸(模制)于電容器箱502。因此，電容器單元或內(nèi)部導(dǎo)體經(jīng)由樹脂而與 電容器箱502形成緊貼的狀態(tài)，并形成電容器單元的發(fā)熱容易向箱體傳遞的構(gòu)造。進(jìn)而，在 本構(gòu)造中，負(fù)極導(dǎo)體板505、正極導(dǎo)體板507和電容器單元的導(dǎo)電材料508和端子516、518 直接連接，因此電容器單元的發(fā)熱直接向負(fù)極、正極導(dǎo)體傳遞，形成熱容易利用寬幅導(dǎo)體向 模制樹脂傳遞的構(gòu)造。因此，如圖4所示，熱從電容器箱502向下部箱蓋16、從下部箱蓋16 向框體12進(jìn)而向冷卻水流路19良好地傳遞，能夠確保散熱性。而且，如本實(shí)施方式，在使電容器模塊500內(nèi)部分割成各電容器單元514的情況 下，用于與電池136連接的直流負(fù)極側(cè)連接端子部510及直流正極側(cè)連接端子部512也可 設(shè)在直流側(cè)導(dǎo)體板700側(cè)。由此，不需要對每個(gè)電容器單元514的分割單位設(shè)置用于與所 述直流負(fù)極側(cè)連接端子部510等連接的導(dǎo)體，因此能夠消減部件數(shù)以及提高生產(chǎn)率。進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，如圖22所示，負(fù)極導(dǎo)體板505及正極導(dǎo)體板507形成獨(dú)立 配置成4列縱隊(duì)的結(jié)構(gòu)，但也可形成將上述4列負(fù)極導(dǎo)體板505及正極導(dǎo)體板507作為一 體的寬幅導(dǎo)體板，并將所有的電容器單元514與該寬幅導(dǎo)體板相連接的結(jié)構(gòu)。由此，能夠消減部件數(shù)，并能提高生產(chǎn)率，并且，能夠大致均等地使用全部的電容器單元514的靜電容 量，能夠延長電容器模塊500整體的部件壽命。進(jìn)而，通過使用寬幅導(dǎo)體板，能夠降低寄生 電感。下面的優(yōu)先權(quán)申請基礎(chǔ)作為引文引用于此。
日本專利申請2008年第202603號(hào)(2008年8月6日申請)。
權(quán)利要求
一種車輛用功率模塊，其具備上臂回路部，其與多個(gè)功率半導(dǎo)體元件并聯(lián)連接；下臂回路部，其同與所述上臂回路部不同的多個(gè)功率半導(dǎo)體元件并聯(lián)連接，且與所述上臂回路部串聯(lián)連接；絕緣基板，其至少安裝所述上臂回路部；金屬基座，其與安裝有所述上臂回路部的所述絕緣基板的面的相反側(cè)的面接合，所述車輛用功率模塊的特征在于，所述上臂回路部具有第一連接導(dǎo)體和第二連接導(dǎo)體，所述第一連接導(dǎo)體用于使直流電源側(cè)的正極端子與所述上臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的集電極端子電連接，所述第二連接導(dǎo)體用于使所述上臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的發(fā)射極端子與所述下臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的集電極端子電連接，以利用所述功率半導(dǎo)體元件的開關(guān)時(shí)流動(dòng)的電流而在所述金屬基座上形成兩個(gè)以上的環(huán)狀電流路徑的方式，在所述絕緣基板上配置所述上臂回路部的功率半導(dǎo)體元件、所述第一連接導(dǎo)體及所述第二連接導(dǎo)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用功率模塊，其中，所述第一連接導(dǎo)體及所述第二連接導(dǎo)體是形成在所述絕緣基板上的電路配線圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用功率模塊，其中，所述第一連接導(dǎo)體具有將來自直流電源的電流輸入的輸入端部， 所述第二連接導(dǎo)體具有多個(gè)，且各個(gè)第二連接導(dǎo)體具有用于從所述上臂回路部輸出所 述電流的輸出端部，從所述輸入端部輸入的所述電流在所述上臂回路內(nèi)分路，該分路后的電流分別向多個(gè) 所述輸出端部供給。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛用功率模塊，其中， 多個(gè)所述輸出端部夾著所述輸入端部來配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛用功率模塊，其中，多個(gè)所述輸出端部夾著所述輸入端部且沿所述上臂回路的一邊側(cè)來配置， 進(jìn)而，所述上臂回路的功率半導(dǎo)體元件配置在靠近與所述上臂回路的所述一邊相對的 另一邊側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用功率模塊，其中， 所述下臂回路部具有第三連接導(dǎo)體和第四連接導(dǎo)體，所述第三連接導(dǎo)體用于使所述下臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的發(fā)射極端子與直流電 源的負(fù)極側(cè)的端子電連接，所述第四連接導(dǎo)體用于使所述下臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的集電極端子與所述上 臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的發(fā)射極端子電連接，以在所述金屬基座上形成兩個(gè)以上的環(huán)狀電流路徑的方式，在所述絕緣基板上配置所 述下臂回路部的功率半導(dǎo)體元件、所述第三連接導(dǎo)體及所述第四連接導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用功率模塊，其中， 該車輛用功率模塊呈矩形，所述上臂回路部和所述下臂回路部沿該車輛用功率模塊的一邊側(cè)來配置， 所述第一連接導(dǎo)體及所述第二連接導(dǎo)體配置在靠近所述下臂回路部的一側(cè)， 所述上臂回路部的功率半導(dǎo)體元件經(jīng)由所述第一連接導(dǎo)體及所述第二連接導(dǎo)體而與 所述下臂回路部分離地配置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的車輛用功率模塊，其中，所述第三連接導(dǎo)體及所述第四連接導(dǎo)體配置在靠近所述上臂回路部的一側(cè)， 所述下臂回路部的功率半導(dǎo)體元件經(jīng)由所述第三連接導(dǎo)體及所述第四連接導(dǎo)體而與 所述上臂回路部分離地配置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用功率模塊，其中，還具備直流端子，該直流端子與直流電源的正極側(cè)電連接，且用于向所述第一連接導(dǎo) 體供給電流，該直流端子配置在所述上臂回路部與所述下臂回路部之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用功率模塊，其中， 該車輛用功率模塊呈矩形，串聯(lián)連接了所述上臂回路部和所述下臂回路部的上下臂回路具有三組，并分別輸出U 相、V相、W相的交流電流，所述上臂回路部和所述下臂回路部沿該車輛用功率模塊的一邊側(cè)來配置，且將構(gòu)成各 相的上臂回路部和下臂回路部作為一組，三組上下臂回路部沿與所述一邊側(cè)呈大致垂直方 向的另一邊側(cè)，以U相、V相、W相的順序來配置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輛用功率模塊，其中，該車輛用功率模塊的所述另一邊側(cè)的長度比所述一邊側(cè)短。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輛用功率模塊，其中，還具備多個(gè)上臂控制端子，該上臂控制端子用于與安裝在各組的所述上臂回路部的功 率半導(dǎo)體元件的柵極連接，所述多個(gè)上臂控制端子沿該車輛用功率模塊的所述另一邊側(cè)且靠近該另一邊的大致 中央來配置。
13.—種車輛用電力變換裝置，其具備權(quán)利要求1所述的車輛用功率模塊，其特征在于，該車輛用功率模塊將由直流電池供給的直流電力變換為交流電力，且將該交流電力向 車輛驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的車輛用電力變換裝置，其中，所述車輛用功率模塊具有兩個(gè)，該兩個(gè)車輛用功率模塊向分別不同的電動(dòng)機(jī)輸出所述 交流電力。
15.一種車輛用電力變換裝置，其具備權(quán)利要求1所述的車輛用功率模塊，該車輛用功 率模塊將從直流電池供給的直流電力變換為交流電力，并將該交流電力向車輛驅(qū)動(dòng)用電動(dòng) 機(jī)輸出，所述車輛用電力變換裝置的特征在于，具備平滑用電容器模塊，其用于使所述直流電力平滑化；層疊寬幅導(dǎo)體板，其將所述車輛用功率模塊及所述平滑用電容器模塊電連接； 框體，其收容所述車輛用功率模塊和所述平滑用電容器模塊；流路形成體，其形成于所述框體，且用于使冷卻介質(zhì)流動(dòng)，所述車輛用功率模塊配置在所述流路形成體的一面?zhèn)?，所述平滑用電容器模塊夾著該 流路形成體而配置在該流路形成體的另一面?zhèn)取?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輛用電力變換裝置，其中，所述層疊寬幅導(dǎo)體板通過所述流路形成體的側(cè)部而將所述車輛用功率模塊及所述平 滑用電容器模塊電連接。
17.一種車輛用電力變換裝置，其具備權(quán)利要求9所述的車輛用功率模塊，該車輛用功 率模塊將從直流電池供給的直流電力變換為交流電力，并將該交流電力向車輛驅(qū)動(dòng)用電動(dòng) 機(jī)輸出，所述車輛用電力變換裝置的特征在于，具備平滑用電容器模塊，其用于使所述直流電力平滑化；層疊導(dǎo)體板，其具有平板狀正極側(cè)導(dǎo)體板、平板狀負(fù)極側(cè)導(dǎo)體板和絕緣片，所述平板狀 正極側(cè)導(dǎo)體板與所述車輛用功率模塊及所述平滑用電容器模塊的正極側(cè)連接，所述平板狀 負(fù)極側(cè)導(dǎo)體板與該車輛用功率模塊及該平滑用電容器模塊的負(fù)極側(cè)連接，所述絕緣片層疊 在該正極側(cè)導(dǎo)體板和該負(fù)極側(cè)導(dǎo)體板之間，該層疊導(dǎo)體板覆蓋所述上臂回路或所述下臂回路而配置在所述車輛用功率模塊的上 表面，進(jìn)而與所述直流端子連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的車輛用電力變換裝置，其中，所述車輛用功率模塊具有兩個(gè)，所述層疊導(dǎo)體板與兩個(gè)所述車輛用功率模塊的所述直流端子連接。
19.一種車輛用電力變換裝置，其具備權(quán)利要求9所述的車輛用功率模塊，該車輛用功 率模塊將從直流電池供給的直流電力變換為交流電力，并將該交流電力向車輛驅(qū)動(dòng)用電動(dòng) 機(jī)輸出，所述車輛用電力變換裝置的特征在于，具備流路形成體，其形成為具有往路和歸路的大致U字形，且用于使冷卻介質(zhì)流動(dòng)；框體，其收容所述車輛用功率模塊及所述流路形成體，所述流路形成體的往路形成在所述上臂回路部的功率半導(dǎo)體元件或所述下臂回路部 的功率半導(dǎo)體元件的下方，且所述流路形成體的歸路形成在所述下臂回路部的功率半導(dǎo)體 元件或所述上臂回路部的功率半導(dǎo)體元件的下方。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的車輛用電力變換裝置，其中，所述流路形成體具有開口部，所述車輛用功率模塊的金屬基座閉塞所述開口部而安裝于所述流路形成體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的車輛用電力變換裝置，其中，所述金屬基座成形了從所述流路形成體的開口部向所述流路形成體的往路及歸路突 出的散熱片。
22.—種半導(dǎo)體裝置，其使用至少一個(gè)能夠利用開關(guān)使功率半導(dǎo)體元件的兩端的電位 短路、開路的功率半導(dǎo)體元件，其中，具備功率半導(dǎo)體元件，其為薄板狀且兩面具有電極，絕緣基板，其在一面上至少具有第一配線圖案、第二配線圖案、第三配線圖案三個(gè)配線 圖案，金屬基座，其固接在所述絕緣基板的與配置有所述配線圖案的面相反的一側(cè)的面上，在所述絕緣基板的所述第一配線圖案上電連接所述功率半導(dǎo)體元件的電極的單面，且 將所述功率半導(dǎo)體元件的電極的另一面與第二配線圖案及第三配線圖案電連接，所述第一配線圖案呈大致T字形，并將所述第二、第三配線圖案配置在所述第一配線 圖案的大致T字的豎杠的兩側(cè)，構(gòu)成所述第一配線圖案、所述功率半導(dǎo)體元件、所述第二配線圖案的第一電流路徑、和 所述第一配線圖案、所述功率半導(dǎo)體元件、所述第三配線圖案的第二電流路徑這兩個(gè)往復(fù) 的回彎的電流路徑，利用所述功率半導(dǎo)體元件的開關(guān)時(shí)流動(dòng)的電流，在所述金屬基座產(chǎn)生兩個(gè)且渦旋相互 反向的感應(yīng)渦電流。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的車輛用電力變換裝置，其中，具備第一回路及第二回路，且第一回路及第二回路具備帶有所述配線圖案的絕緣基板，構(gòu)成所述第一回路和所述第二回路的串聯(lián)回路，利用所述功率半導(dǎo)體元件的開關(guān)，從 所述第一回路和所述第二回路的連接點(diǎn)交替輸出所述串聯(lián)電路的兩端的電位。
全文摘要
本發(fā)明提供車輛用功率模塊及電力變換裝置，其具備功率半導(dǎo)體元件(328)、用于向功率半導(dǎo)體元件(328)傳送電流的多個(gè)連接導(dǎo)體(371U、372U、373U)、搭載有功率半導(dǎo)體元件(328)及多個(gè)連接導(dǎo)體(371U、372U、373U)的金屬基座(304)，功率半導(dǎo)體元件(328)及多個(gè)連接導(dǎo)體(371U、372U、373U)以在金屬基座(304)上形成環(huán)狀電流路徑的方式來安裝。進(jìn)而，優(yōu)選以形成兩個(gè)以上的環(huán)狀電流路徑的方式來配置功率半導(dǎo)體元件(328)及多個(gè)連接導(dǎo)體(371U、372U、373U)。
文檔編號(hào)H01L23/473GK101960706SQ200980106288
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月6日
發(fā)明者東克典, 中津欣也, 早川誠一, 森睦宏, 錦見總德 申請人:日立汽車系統(tǒng)株式會(huì)社