專利名稱：功率變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率變換裝置(power converter，電力変換裝置)，該功率變換裝置具有由多個(gè)半導(dǎo)體模塊等的電氣部件并聯(lián)連接而成的電路。
背景技術(shù)：
采用絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等高速半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的功率變換裝置在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的利用。近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了大容量半導(dǎo)體模塊，而構(gòu)成逆變器的上下臂的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)是由一個(gè)模塊構(gòu)成的半導(dǎo)體模塊也得到了廣泛的利用。
并且，將多個(gè)半導(dǎo)體模塊并聯(lián)連接而實(shí)現(xiàn)大容量化的技術(shù)也已得到了開(kāi)發(fā)。
在并聯(lián)連接時(shí)，如果各個(gè)半導(dǎo)體元件的電流負(fù)擔(dān)不均勻，則使用條件和壽命將由負(fù)擔(dān)重的一側(cè)決定，所以有必要進(jìn)行均衡化。
作為影響并聯(lián)連接時(shí)的電流均等化的主要因素，可以列舉出半導(dǎo)體元件特性的差異、柵極驅(qū)動(dòng)電路的差異以及主電路布線電感的差異等。其中，針對(duì)半導(dǎo)體元件特性的差異，一般采取對(duì)半導(dǎo)體元件進(jìn)行選擇的方法以使并聯(lián)元件之間的特性均等化。針對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電路的差異，例如如專利文獻(xiàn)1所示，可以采取通過(guò)使柵極驅(qū)動(dòng)電路的一部分磁耦合，來(lái)抑制在并聯(lián)柵極之間循環(huán)的電流，從而實(shí)現(xiàn)均等化的方法。
另一方面，在使主電路布線電感均等化方面，具有如專利文獻(xiàn)2和3所示的方法。在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了從三相逆變器電路的交流側(cè)對(duì)布線電感進(jìn)行均等化的方法。但是，由于對(duì)開(kāi)關(guān)期間內(nèi)的電流變化產(chǎn)生影響的配線電感存在于不包含交流負(fù)荷電路的上下臂循環(huán)的電路，所以即使對(duì)來(lái)自交流側(cè)的布線電感進(jìn)行均等化，也得不到大的效果。在開(kāi)關(guān)頻率高的大容量變換設(shè)備中，由于開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)發(fā)生的開(kāi)關(guān)動(dòng)作損失要比半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通電壓造成的恒定損失還要大，所以必須實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)的電流均等化。
此外，在專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了由一個(gè)模塊構(gòu)成上下兩個(gè)元件時(shí)的布線電感的均等化技術(shù)。在該技術(shù)中，在一端具有正極端子以及負(fù)極端子的半導(dǎo)體模塊采用并聯(lián)方法連接。通過(guò)使并聯(lián)連接的兩個(gè)半導(dǎo)體模塊的與平滑電容器之間的距離大致相等，使布線電感基本實(shí)現(xiàn)均等化。但是，在因半導(dǎo)體元件的特性或者柵極驅(qū)動(dòng)的差異而導(dǎo)致各個(gè)模塊的電流變化產(chǎn)生不均勻時(shí)，上述技術(shù)雖然能夠使電流均等而使各自的電壓均等化，但其效果不充分。
專利文獻(xiàn)1日本國(guó)發(fā)明專利特開(kāi)平10-14215號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本國(guó)發(fā)明專利特開(kāi)2000-116113號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本國(guó)發(fā)明專利特開(kāi)2004-135444號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的課題是，抑制功率變化裝置中的開(kāi)關(guān)元件或者平滑電容器等的電氣部件并聯(lián)連接時(shí)產(chǎn)生的電流的不均勻性。
在本發(fā)明的功率變換裝置中，具有正極端子和負(fù)極端子的第一以及第二電氣部件通過(guò)正極側(cè)電極和負(fù)極側(cè)電極并聯(lián)連接，正極側(cè)電極具有分別連接至第一電氣部件的正極端子以及第二電氣部件的正極端子上的第一導(dǎo)體區(qū)域和第二導(dǎo)體區(qū)域，負(fù)極側(cè)電極具有分別連接至第一電氣部件的負(fù)極端子以及第二電氣部件的負(fù)極端子上的第三導(dǎo)體區(qū)域和第四導(dǎo)體區(qū)域。并且，第一導(dǎo)體區(qū)域和第四導(dǎo)體區(qū)域具有相對(duì)向?qū)盈B并且相互之間保持電絕緣的第一對(duì)向部分，第二導(dǎo)體區(qū)域和第三導(dǎo)體區(qū)域具有相對(duì)向?qū)盈B并且相互之間保持電絕緣的第二對(duì)向部分。
發(fā)明效果在第一對(duì)向部分和第二對(duì)向部分中，因流過(guò)各個(gè)導(dǎo)體區(qū)域的電流而產(chǎn)生磁耦合，從而能夠抑制電流的不均勻性。


圖1表示本發(fā)明第一實(shí)施例中的布線結(jié)構(gòu)。
圖2表示傳統(tǒng)技術(shù)中的并聯(lián)連接時(shí)的布線結(jié)構(gòu)。
圖3表示作為本發(fā)明適用領(lǐng)域的功率變換器的電路結(jié)構(gòu)。
圖4舉例表示使用了本發(fā)明的并聯(lián)連接的例子。
圖5表示用于確認(rèn)本發(fā)明效果的計(jì)算上的結(jié)構(gòu)。
圖6表示用于確認(rèn)本發(fā)明效果的計(jì)算中的比較說(shuō)明。
圖7表示對(duì)本發(fā)明的效果進(jìn)行確認(rèn)的第一確認(rèn)例。
圖8表示用于確認(rèn)本發(fā)明效果的計(jì)算上的結(jié)構(gòu)(第二例)。
圖9表示用于確認(rèn)本發(fā)明效果的計(jì)算中的比較說(shuō)明(第二例)。
圖10表示對(duì)本發(fā)明的效果進(jìn)行確認(rèn)的第二確認(rèn)例。
圖11表示本發(fā)明第二實(shí)施例中的布線安裝結(jié)構(gòu)。
圖12表示圖11的A-A’處的向視圖。
圖13表示圖11的B-B’處的向視圖。
圖14表示圖11中的半導(dǎo)體模塊連接導(dǎo)體的形狀。
圖15表示用于連接圖14和圖16的導(dǎo)體的導(dǎo)體的形狀。
圖16表示圖11中的電容器連接導(dǎo)體的形狀。
圖17表示本發(fā)明第三實(shí)施例中的半導(dǎo)體模塊和電容器的配置情況。
圖18是本發(fā)明第三實(shí)施例中的布線導(dǎo)體的正視圖。
圖19是本發(fā)明第三實(shí)施例中的布線導(dǎo)體的側(cè)視圖。
圖20表示本發(fā)明第三實(shí)施例中的IGBT連接導(dǎo)體的形狀。
圖21表示本發(fā)明第三實(shí)施例中的中途連接導(dǎo)體的形狀。
圖22表示本發(fā)明第三實(shí)施例中的電容器連接導(dǎo)體的形狀。
圖23表示本發(fā)明第四實(shí)施例中的布線導(dǎo)體的安裝形狀。
圖24表示本發(fā)明第四實(shí)施例中的各布線導(dǎo)體的形狀。
圖25表示與本發(fā)明第五實(shí)施例有關(guān)的一般結(jié)構(gòu)例。
圖26表示本發(fā)明的第五實(shí)施例。
圖27表示本發(fā)明的第五實(shí)施例的變化例。
圖28表示作為本發(fā)明第六實(shí)施例的功率變換裝置。
圖29是第六實(shí)施例的動(dòng)作說(shuō)明圖(大致均勻時(shí)的電流波形)。
圖30是第六實(shí)施例的動(dòng)作說(shuō)明圖(電流不均勻時(shí)的電流波形)。
圖31是本發(fā)明第六實(shí)施例的安裝結(jié)構(gòu)例。
圖32表示圖31的A-A’處的向視圖和B-B’處的向視圖。
圖33表示圖31的C-C’處的向視圖。
符號(hào)說(shuō)明3，31～34-平滑電容器；4-電動(dòng)機(jī)；5-電源；11P～13N，11P1～11N2，21P～23N-自動(dòng)滅弧開(kāi)關(guān)元件(包括回流二極管)；61～63-電抗器；91～95-絕緣板；111，112，101，102-半導(dǎo)體模塊；711，712，72-布線導(dǎo)體；800，801，831～834-布線導(dǎo)體磁耦合部分。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
實(shí)施例1圖3表示作為本發(fā)明應(yīng)用領(lǐng)域的普通功率變換器的電路結(jié)構(gòu)。如圖3所示，從電源5通過(guò)由升壓電抗器61～63、自動(dòng)滅弧開(kāi)關(guān)元件(在此以IGBT為例進(jìn)行說(shuō)明)21P～23N構(gòu)成的整流電路(順変換回路)、由直流平滑電容器3和IGBT11P～13N構(gòu)成的逆變電路(逆変換回路)向電動(dòng)機(jī)4供應(yīng)任意的功率。此外，在此使用了由升壓電抗器61～63以及IGBT21P～23N構(gòu)成的整流電路，但也可以采用由單一的整流二極管構(gòu)成的電路。
在向電動(dòng)機(jī)供應(yīng)大功率時(shí)，由于IGBT電流容量的限制，有時(shí)需要將多個(gè)IGBT并聯(lián)連接而使電流增大。例如，如圖4所示，將11P1和11P2兩個(gè)并聯(lián)連接以構(gòu)成圖3中的變換器電路的一個(gè)臂11P，并且使11N1和11N2兩個(gè)并聯(lián)連接以構(gòu)成圖3中的變換器電路的另一個(gè)臂11N。此外，在平滑電容器3中，采用四個(gè)并聯(lián)連接的方法構(gòu)成電容器31～34。在如圖3和圖4那樣表示電路結(jié)構(gòu)時(shí)，通常不標(biāo)明布線部分的寄生電感，但實(shí)際上布線部分中存在有寄生電感，而這種寄生電感會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)的電壓上跳產(chǎn)生影響。在開(kāi)關(guān)動(dòng)作的瞬間產(chǎn)生影響的是流過(guò)圖4的虛線所示的路徑，即上下臂的IGBT以及平滑電容器3的循環(huán)環(huán)路的電流的變化所引起的現(xiàn)象，為了抑制上跳電壓，有必要降低該環(huán)路的寄生電感。
此外，會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)的電流分配產(chǎn)生影響的布線電感也一樣，使該環(huán)路的布線電感均勻化很重要。
通常在電路圖中不標(biāo)明布線電感，但由于布線電感是一個(gè)重要的因素，所以采用符號(hào)形式對(duì)電感作了標(biāo)注。
圖2表示有兩個(gè)半導(dǎo)體模塊并聯(lián)連接，并且有四個(gè)電容器并聯(lián)連接，正極側(cè)導(dǎo)體和負(fù)極側(cè)導(dǎo)體層疊并相對(duì)向的電路結(jié)構(gòu)。
在圖2中，電容器C1(31)～C4(34)并聯(lián)連接，半導(dǎo)體模塊111中包括由IGBT和回流二極管反并聯(lián)連接而成的上下臂11P1，11N1，同樣，半導(dǎo)體模塊112中包括11P2，11N2。并且，半導(dǎo)體模塊111以及112兩個(gè)并聯(lián)連接。由于正極側(cè)導(dǎo)體和負(fù)極側(cè)導(dǎo)體相對(duì)向?qū)盈B，所以由包括這些電感部分的磁耦合部800表示。在各個(gè)電容器端子附近沒(méi)有產(chǎn)生磁耦合，其在圖中以841P～844N表示。此外，在半導(dǎo)體模塊的端子附近也沒(méi)有產(chǎn)生磁耦合，其在圖中以821P～822N表示。由于交流端子AC1以及AC2也進(jìn)行了電連接，所以由881，882表示該連接點(diǎn)前的布線電感。
與此相對(duì)，圖1表示本發(fā)明的實(shí)施例。
作為布線導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，用于連接IGBT和平滑電容器的導(dǎo)體通過(guò)使正極導(dǎo)體和負(fù)極導(dǎo)體具有共同的層疊對(duì)向部分801來(lái)降低電感。此外，連接至IGBT的導(dǎo)體分路成與半導(dǎo)體模塊111連接的導(dǎo)體和與其他半導(dǎo)體模塊112連接的導(dǎo)體，在被分路的導(dǎo)體中，與半導(dǎo)體模塊111的正極端子P1連接的部分和與半導(dǎo)體模塊112的負(fù)極端子N2連接的部分磁耦合成往復(fù)電流相對(duì)向(811)。同樣，與半導(dǎo)體模塊111的負(fù)極端子N1連接的部分和與半導(dǎo)體模塊112的正極端子P2連接的部分磁耦合成往復(fù)電流相對(duì)向(812)。
另一方面，在由四個(gè)電容器并聯(lián)連接而成的平滑電容器31～34中，布線導(dǎo)體也被分路為與各個(gè)端子連接的部分，每?jī)蓚€(gè)電容器(圖中為31和32以及33和34)中具有相同的磁耦合部分。即，與電容器31的正極端子C1P連接的部分和與電容器32的負(fù)極端子C2N連接的部分磁耦合成往復(fù)電流相對(duì)向(831)。同樣，與電容器31的負(fù)極端子C1N連接的部分和與電容器32的正極端子C2P連接的部分磁耦合成往復(fù)電流相對(duì)向(832)。其余的兩個(gè)電容器33和34也一樣，C3P連接部分和C4N連接部分磁耦合(833)，C4P連接部分和C3N連接部分磁耦合(834)。
以下通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算例來(lái)說(shuō)明圖1實(shí)施例的效果。在此，著重說(shuō)明半導(dǎo)體模塊的并聯(lián)連接，而電容器部分整體作為電壓源。
首先以圖5的舉例進(jìn)行比較。
圖5所示的i1和i2表示上臂的IGBT導(dǎo)通時(shí)的各個(gè)電流。假定下臂的回流二極管中有反向恢復(fù)電流流過(guò)，作為電路處于短路狀態(tài)。作為電路的構(gòu)成部件，平滑電容器部分統(tǒng)一以直流電壓進(jìn)行模擬。假定共用部分的電感Lt＝L，分路到各個(gè)端子P1，N1，P2，N2的部分的電感為L(zhǎng)lp，L1n，L2p，L2n，并且該任一個(gè)值均為相同值L。而且，用于連接兩個(gè)半導(dǎo)體模塊的中間端子(逆變器的交流端子)的部分各自為L(zhǎng)c(＝L)。
在此，假定半導(dǎo)體模塊1側(cè)的布線因長(zhǎng)度略長(zhǎng)等因素，其電感大了一成左右，在該條件下連接Ldif(＝0.1L)圖6表示在圖5中使SW1和SW2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)的電流變化的情況，并對(duì)某一時(shí)間點(diǎn)的i1以及i2的電流值進(jìn)行了比較。
圖7表示二種結(jié)構(gòu)中的電流的不均勻性和綜合電感因磁耦合的程度(耦合率k)不同而產(chǎn)生變化的情況。在圖7中，實(shí)線表示在采用本實(shí)施例結(jié)構(gòu)的模塊中發(fā)生耦合時(shí)的情況，虛線表示在采用普通結(jié)構(gòu)的模塊中發(fā)生耦合時(shí)的情況。從圖中可以知道，在兩種情況下，綜合電感的降低情況基本上相同，但在電流不均勻性方面，采用本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)使電流不均勻性得到了進(jìn)一步降低。
以下假定電路的電感沒(méi)有差異，而IGBT的開(kāi)關(guān)特性方面具有差異，并就該情況進(jìn)行比較說(shuō)明。圖8是上述情況的模擬圖。與圖5不同的是，圖8中不存在電感差異Ldif。在此，先使SW2導(dǎo)通，然后使SW1導(dǎo)通，并且在圖9中對(duì)經(jīng)過(guò)了一定時(shí)間后的電流值進(jìn)行了比較。
比較結(jié)果如圖10所示。從圖10可以看出，此時(shí)也與圖7一樣，采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，電流的不均勻性等得到了進(jìn)一步降低。
作為本發(fā)明的第二實(shí)施例，以下參照?qǐng)D11～圖16對(duì)布線導(dǎo)體的安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
圖11表示半導(dǎo)體模塊111以及112和平滑電容器31～34的布線導(dǎo)體。圖中省略了布線導(dǎo)體的絕緣板的圖示。并且，為了方便看圖，對(duì)導(dǎo)體的厚度和導(dǎo)體間隔作了放大，但在實(shí)際上，層疊導(dǎo)體的間隔越窄，則磁耦合越緊密，絕緣也越好，所以優(yōu)選將層疊導(dǎo)體的間隔設(shè)置成最小的間隔。
圖12表示圖11的A-A’處的向視圖，圖13表示圖11的B-B’處的向視圖。
在半導(dǎo)體模塊111(112)中，模塊的上表面具有正極端子P1(P2)、負(fù)極端子N1(N2)以及交流端子AC1(AC2)，電容器31～34中分別具有正極端子C1P～C4P以及負(fù)極端子C1N～C4N。
如圖12和圖14所示，P1導(dǎo)體具有與半導(dǎo)體模塊111的正極端子P1電連接的區(qū)域a2、與圖15所示的PC導(dǎo)體電連接的區(qū)域a3以及位于區(qū)域a2和區(qū)域a3之間，與N導(dǎo)體相對(duì)向?qū)盈B并且相互之間保持電絕緣的區(qū)域a1。P2導(dǎo)體具有與半導(dǎo)體模塊112的正極端子P2電連接的區(qū)域b2、與PC導(dǎo)體電連接的區(qū)域b3以及位于區(qū)域b2和區(qū)域b3之間，與N導(dǎo)體相對(duì)向?qū)盈B并且相互之間保持電絕緣的區(qū)域b1。N導(dǎo)體具有與半導(dǎo)體模塊111的負(fù)極端子N1電連接的區(qū)域c2、與半導(dǎo)體模塊112的負(fù)極端子N2電連接的區(qū)域c3、與區(qū)域c2和區(qū)域c3相連接，并且與P1導(dǎo)體和P2導(dǎo)體相對(duì)向?qū)盈B且相互之間保持電絕緣的區(qū)域c1以及與圖15所示的NC導(dǎo)體電連接的區(qū)域c4。
如圖12所示，半導(dǎo)體模塊111和112相鄰設(shè)置，其中正極端子P1和負(fù)極端子N2相對(duì)向，并且負(fù)極端子N2和正極端子P2相對(duì)向。N導(dǎo)體的區(qū)域c1設(shè)置在P1導(dǎo)體的區(qū)域a1和P2導(dǎo)體的區(qū)域b1之間。通過(guò)P1導(dǎo)體、P2導(dǎo)體以及PC導(dǎo)體使正極端子P1和正極端子P2電連接，通過(guò)N導(dǎo)體以及NC導(dǎo)體使負(fù)極端子N1和負(fù)極端子N2電連接。即，通過(guò)包括P1導(dǎo)體、P2導(dǎo)體以及PC導(dǎo)體的正極側(cè)導(dǎo)體和包括N導(dǎo)體以及NC導(dǎo)體的負(fù)極側(cè)導(dǎo)體使半導(dǎo)體模塊111和半導(dǎo)體模塊112并聯(lián)連接。
從PC導(dǎo)體流向半導(dǎo)體模塊111正極端子P1的電流在P1導(dǎo)體中依次流過(guò)區(qū)域a3、區(qū)域a1和區(qū)域a2。在本實(shí)施例中，區(qū)域a2和區(qū)域a3相鄰設(shè)置并與區(qū)域a1連接，并且區(qū)域a1比區(qū)域a2和區(qū)域a3的連接部分更為寬闊。因此，電流在P1導(dǎo)體中流過(guò)包括圖14(3)的斜線部分A在內(nèi)的相對(duì)狹窄的部分。
另一方面，從PC導(dǎo)體流向半導(dǎo)體模塊112的正極端子P2的電流在P2導(dǎo)體中依次流過(guò)區(qū)域b3、區(qū)域b1和區(qū)域b2。在本實(shí)施例中，區(qū)域b2和區(qū)域b3相鄰設(shè)置并與區(qū)域b1連接，并且區(qū)域b1比區(qū)域b2和區(qū)域b3的連接部分更為寬闊。因此，電流在P2導(dǎo)體中流過(guò)包括圖14(1)的斜線部分B在內(nèi)的相對(duì)狹窄的部分。
從半導(dǎo)體模塊111的負(fù)極端子N1以及半導(dǎo)體模塊112的負(fù)極端子N2流向NC半導(dǎo)體的電流在N導(dǎo)體中依次流過(guò)區(qū)域C2、區(qū)域C1和區(qū)域C4，同時(shí)還依次流過(guò)區(qū)域C3、區(qū)域C1和區(qū)域C4。即，來(lái)自半導(dǎo)體模塊111的負(fù)極端子N1以及半導(dǎo)體模塊112的負(fù)極端子N2的電流都流過(guò)區(qū)域c1，所以電流流過(guò)包括圖14(2)所示的斜線部分C以及C’在內(nèi)的區(qū)域c1中比較寬闊的部分。
由于電流如上所述在P1導(dǎo)體、P2導(dǎo)體以及N導(dǎo)體中流動(dòng)，所以在本實(shí)施例中，在P1導(dǎo)體和N導(dǎo)體的對(duì)向部分中，流過(guò)P1導(dǎo)體的斜線部分A的電流與流過(guò)N導(dǎo)體的斜線部分C’的電流互為對(duì)向。即，流向半導(dǎo)體模塊111的正極端子P1的電流和從半導(dǎo)體模塊112的負(fù)極端子N2流出的電流相對(duì)向。因此，斜線部分A，C’中產(chǎn)生圖1所示的磁耦合811。此外，在P2導(dǎo)體和N導(dǎo)體的對(duì)向部分，流過(guò)P2導(dǎo)體的斜線部分B的電流與流過(guò)N導(dǎo)體的斜線部分C的電流相對(duì)向。即，流向半導(dǎo)體模塊112的正極端子P2的電流和從半導(dǎo)體模塊111的負(fù)極端子N1流出的電流相對(duì)向。因此，斜線部分B，C中產(chǎn)生圖1所示的磁耦合812。因此，如圖7和圖10所示，能夠降低并聯(lián)連接半導(dǎo)體模塊111和半導(dǎo)體模塊112的布線導(dǎo)體的綜合電感，以及降低半導(dǎo)體模塊111和半導(dǎo)體模塊112的電流不均勻性。
并且，在本實(shí)施例中，流向各個(gè)半導(dǎo)體模塊的正極端子的電流分開(kāi)流入P1導(dǎo)體和P2導(dǎo)體，并且，由斜線部分A，C’表示的對(duì)向部分和由斜線部分B，C表示的對(duì)向部分相互不重疊。為此，可以降低斜線部分A，C’中的磁耦合和斜線部分B，C中的磁耦合的干擾。此外，流過(guò)各個(gè)半導(dǎo)體模塊的負(fù)極端子的電流均流過(guò)N導(dǎo)體，所以，P1導(dǎo)體、P2導(dǎo)體和N導(dǎo)體之間的相對(duì)位置即使發(fā)生稍許變動(dòng)，也可以防止斜線部分A，C’中的磁耦合與斜線部分B，C中的磁耦合的耦合率產(chǎn)生大的變動(dòng)。因此，能夠切實(shí)和穩(wěn)定地降低電流的不均勻性。
在本實(shí)施例中，與半導(dǎo)體模塊111的負(fù)極端子N1連接的導(dǎo)體區(qū)域和與半導(dǎo)體模塊112的負(fù)極端子N2連接的導(dǎo)體區(qū)域與N導(dǎo)體形成一體化。為此，斜線部分C，C’中的導(dǎo)體區(qū)域基本設(shè)置在同一平面上。由此，能夠減少零部件的種類，節(jié)約布線所需的空間。與此相對(duì)，也可以將N導(dǎo)體分成兩個(gè)，使其中一個(gè)與負(fù)極端子N1連接，使另一個(gè)與負(fù)極端子N2連接，或者使兩者均與NC導(dǎo)體連接。此時(shí)，劃分成包括斜線部分C的導(dǎo)體區(qū)域和包括斜線部分C’的導(dǎo)體區(qū)域，但只需將兩個(gè)斜線部分的導(dǎo)體區(qū)域大致設(shè)置在同一平面上，便能夠節(jié)約布線所需的空間。
在本實(shí)施例中，包括與半導(dǎo)體模塊111的正極端子P1連接的導(dǎo)體區(qū)域即P1導(dǎo)體中的斜線部分A的部分和包括與半導(dǎo)體模塊112的正極端子P2連接的導(dǎo)體區(qū)域即P2導(dǎo)體中的斜線部分B的部分相對(duì)于N導(dǎo)體相互位于相反側(cè)，并且位于相互不同的平面上。由此，能夠與所述N導(dǎo)體一起，在節(jié)約布線空間的同時(shí)，降低斜線部分A，C’中的磁耦合和斜線部分B，C中的磁耦合的干擾。
此外，在本實(shí)施例中，在P1導(dǎo)體的區(qū)域a1中，能夠通過(guò)從區(qū)域a2和區(qū)域a3的連接部分延伸出來(lái)的部分，降低區(qū)域a1的電阻和布線電感。并且，從區(qū)域a2和區(qū)域a3的連接部分延伸出來(lái)的部分包括主電流不流過(guò)的部分，在該主電流不流過(guò)的部分中，在主電流流過(guò)N導(dǎo)體時(shí)，會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生瞬變電流。并且，由該感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通具有降低N導(dǎo)體的布線電感的效果。
此外，在本實(shí)施例中，可以采用形狀與N導(dǎo)體相同的導(dǎo)體來(lái)取代P1導(dǎo)體和P2導(dǎo)體，并且也可以采用形狀與P1導(dǎo)體和P2導(dǎo)體相同的導(dǎo)體來(lái)取代N導(dǎo)體，而取得相同的作用和效果。
圖15和圖16表示圖11和圖13所示的與電容器相連接的導(dǎo)體。如圖16(1)所示，CP1導(dǎo)體具有與電容器31的正極端子C1P電連接的區(qū)域d2、與電容器33的正極端子C3P電連接的區(qū)域d3、與圖15所示的PC導(dǎo)體電連接的區(qū)域d4以及與該區(qū)域相連接，并且與CN導(dǎo)體相對(duì)向?qū)盈B并且相互之間保持電絕緣的區(qū)域d1。此外，區(qū)域d3和區(qū)域d4將區(qū)域d1夾在其中間，并與區(qū)域d1的一個(gè)端部相鄰連接。在區(qū)域d1中，區(qū)域d2在與區(qū)域d3相同的一側(cè)，與區(qū)域d3分開(kāi)地連接在從與區(qū)域d3和區(qū)域d4相連接的連接部分延伸出來(lái)的部分上。如圖16(3)所示，CP2導(dǎo)體具有與電容器32的正極端子C2P電連接的區(qū)域e2、與電容器34的正極端子C4P電連接的區(qū)域e3、與圖15所示的PC導(dǎo)體電連接的區(qū)域e4以及與該區(qū)域相連接，并且與CN導(dǎo)體相對(duì)向?qū)盈B并且相互之間保持電絕緣的區(qū)域e1。并且，區(qū)域e2和區(qū)域e4將區(qū)域e1夾在其中間，并與區(qū)域e1的一個(gè)端部相鄰連接。在區(qū)域e1中，區(qū)域e3在與區(qū)域e2相同的一側(cè)，與區(qū)域e2分開(kāi)地連接在從與區(qū)域e2和區(qū)域e4相連接的連接部分延伸出來(lái)的部分上。如圖16(2)所示，CN導(dǎo)體具有與電容器31的負(fù)極端子C1N電連接的區(qū)域f2、與電容器32的負(fù)極端子C2N電連接的區(qū)域f3、與電容器33的負(fù)極端子C3N電連接的區(qū)域f4、與電容器34的負(fù)極端子C4N電連接的區(qū)域f5、與圖15所示的NC導(dǎo)體電連接的區(qū)域f6以及與該區(qū)域相連接，并且與CP1導(dǎo)體以及CP2導(dǎo)體相對(duì)向?qū)盈B并且相互之間保持電絕緣的區(qū)域f1。并且，區(qū)域f2，f3，f4，f5在相同的一側(cè)與區(qū)域f1連接，區(qū)域f6在相反一側(cè)與區(qū)域f1連接。區(qū)域f2與區(qū)域f1的一個(gè)端部連接，而區(qū)域f5與區(qū)域f1的另一個(gè)端部連接。區(qū)域f3和區(qū)域f4在區(qū)域f2和區(qū)域f5之間，從接近區(qū)域f2的一側(cè)開(kāi)始，以區(qū)域f3、區(qū)域f4的順序與區(qū)域f1連接。
如圖13所示，電容器31和電容器32鄰接并列設(shè)置，其中正極端子C1P和負(fù)極端子C2N相對(duì)向，并且負(fù)極端子C1N和正極端子C2P相對(duì)向。并且，電容器33和電容器34鄰接并列設(shè)置，其中正極端子C3P和負(fù)極端子C4N相對(duì)向，并且負(fù)極端子C3N和正極端子C4P相對(duì)向。CN導(dǎo)體的區(qū)域f1位于CP1導(dǎo)體的區(qū)域d1和CP2導(dǎo)體的區(qū)域e1之間。通過(guò)CP1導(dǎo)體、CP2導(dǎo)體以及PC導(dǎo)體，使正極端子CP1，CP2，CP3以及CP4相互電連接，通過(guò)CN導(dǎo)體以及NC導(dǎo)體，使負(fù)極端子CN1，CN2，CN3以及CN4相互電連接。即，通過(guò)包括CP1導(dǎo)體、CP2導(dǎo)體以及PC導(dǎo)體的正極側(cè)導(dǎo)體和包括CN導(dǎo)體以及NC導(dǎo)體的負(fù)極側(cè)導(dǎo)體，使電容器31，32，33以及34相互并聯(lián)連接。
在PC導(dǎo)體和電容器31的正極端子C1P之間流動(dòng)的電流流過(guò)CP1導(dǎo)體的區(qū)域d2，d1，d4流過(guò)，在NC導(dǎo)體和電容器32的負(fù)極端子C2N之間流動(dòng)的電流流過(guò)CN導(dǎo)體的區(qū)域f3，f1，f6流過(guò)。在此，如圖13所示，在電容器31和電容器32中，區(qū)域d2和區(qū)域f3相對(duì)向。為此，流過(guò)圖16中的斜線部分D1，即包括區(qū)域d1中的與區(qū)域d2的連接部分和區(qū)域d2的部分的電流與流過(guò)圖16中的斜線部分F2，即包括區(qū)域f1中的與區(qū)域f3的連接部分和區(qū)域f3的部分的電流相對(duì)向。即，在PC導(dǎo)體和電容器31的正極端子C1P之間流動(dòng)的電流與在NC導(dǎo)體和電容器32的負(fù)極端子C2N之間流動(dòng)的電流相對(duì)向。因此，斜線部分D1和F2中產(chǎn)生圖1所示的磁耦合831。
另一方面，在PC導(dǎo)體和電容器32的正極端子C2P之間流動(dòng)的電流流過(guò)CP2導(dǎo)體的區(qū)域e2，e1，e4，在NC導(dǎo)體和電容器31的負(fù)極端子C1N之間流動(dòng)的電流流過(guò)CN導(dǎo)體的區(qū)域f2，f1，f6。在此，如圖13所示，在電容器31和電容器32中，區(qū)域e2和區(qū)域f2相對(duì)向。為此，流過(guò)圖16中的斜線部分E2，即包括區(qū)域e1中的與區(qū)域e2的連接部分和區(qū)域e2的部分的電流與流過(guò)圖16中的斜線部分F1，即包括區(qū)域f1中的與區(qū)域f2的連接部分和區(qū)域f2的部分的電流相對(duì)向。即，在PC導(dǎo)體和電容器32的正極端子C2P之間流動(dòng)的電流與在NC導(dǎo)體和電容器31的負(fù)極端子C1N之間流動(dòng)的電流相對(duì)向。因此，斜線部分E2和F1中產(chǎn)生圖1所示的磁耦合832。
因此，能夠降低并聯(lián)連接電容器31和32的布線導(dǎo)體的綜合電感，同時(shí)還能夠降低電容器31和32的電流不均勻性。
在PC導(dǎo)體和電容器33的正極端子C3P之間流動(dòng)的電流流過(guò)CP1導(dǎo)體的區(qū)域d3，d1，d4，在NC導(dǎo)體和電容器34的負(fù)極端子C4N之間流動(dòng)的電流流過(guò)CN導(dǎo)體的區(qū)域f5，f1，f6。在此，如圖13所示，在電容器33和電容器34中，區(qū)域d3和區(qū)域f5相對(duì)向。為此，流過(guò)圖16中的斜線部分D3，即包括區(qū)域d1中的與區(qū)域d3的連接部分和區(qū)域d3的部分的電流與流過(guò)圖16中的斜線部分F4，即包括區(qū)域f1中的與區(qū)域f5的連接部分和區(qū)域f5的部分的電流相對(duì)向。即，在PC導(dǎo)體和電容器33的正極端子C3P之間流動(dòng)的電流與在NC導(dǎo)體和電容器34的負(fù)極端子C4N之間流動(dòng)的電流相對(duì)向。因此，斜線部分D3和F4中產(chǎn)生圖1所示的磁耦合833。
另一方面，在PC導(dǎo)體和電容器34的正極端子C4P之間流動(dòng)的電流流過(guò)CP2導(dǎo)體的區(qū)域e3，e1，e4，在NC導(dǎo)體和電容器33的負(fù)極端子C3N之間流動(dòng)的電流流過(guò)CN導(dǎo)體的區(qū)域f4，f1，f6。在此，如圖13所示，在電容器33和電容器34中，區(qū)域e3和區(qū)域f4相對(duì)向。為此，流過(guò)圖16中的斜線部分E4，即包括區(qū)域e1中的與區(qū)域e3的連接部分和區(qū)域e3的部分的電流與流過(guò)圖16中的斜線部分F3，即包括區(qū)域f1中的與區(qū)域f4的連接部分和區(qū)域f4的部分的電流相對(duì)向。即，在PC導(dǎo)體和電容器34的正極端子C4P之間流動(dòng)的電流與在NC導(dǎo)體和電容器33的負(fù)極端子C3N之間流動(dòng)的電流相對(duì)向。因此，斜線部分E4和F3中產(chǎn)生圖1所示的磁耦合834。
因此，能夠降低并聯(lián)連接電容器33和34的布線導(dǎo)體的綜合電感，同時(shí)還能夠降低電容器33和34的電流不均勻性。
此外，在本實(shí)施例中，在CP1導(dǎo)體中，區(qū)域d2和區(qū)域d3均與區(qū)域d1連接，但也可以將d1區(qū)域分成與區(qū)域d2連接的部分和與區(qū)域d3連接的部分，并在該部分上分別連接PC導(dǎo)體。這一點(diǎn)在CP2導(dǎo)體中也一樣。在CN導(dǎo)體中，也可以將f1區(qū)域分成與區(qū)域f2和區(qū)域f3連接的部分和與區(qū)域f4和區(qū)域f5連接的部分，并在該部分上分別連接NC導(dǎo)體。此外，也可以將f1區(qū)域分成與區(qū)域f2，f3，f4，f5連接的四個(gè)部分，并在該部分上分別連接NC導(dǎo)體。
以下作為第三實(shí)施例，對(duì)半導(dǎo)體模塊以及電容器四個(gè)并聯(lián)連接時(shí)的布線導(dǎo)體的安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
如圖17所示，假定將IGBT上下臂形成為整體的半導(dǎo)體模塊111～114設(shè)置成兩個(gè)一列的二列，并將其四個(gè)進(jìn)行并聯(lián)連接，并且在平滑電容器方面，也將電容器31～34設(shè)置成兩個(gè)一列的二列，使二列相對(duì)向，并將其四個(gè)進(jìn)行并聯(lián)連接。此外，如圖所示，各個(gè)電容器分別具有二組交替設(shè)置的正極端子和負(fù)極端子。
在各個(gè)半導(dǎo)體模塊中，沿著其上表面的一條邊設(shè)置有正極端子和負(fù)極端子。半導(dǎo)體模塊111和半導(dǎo)體模塊112鄰接設(shè)置，使得設(shè)置有正極端子和負(fù)極端子的邊彼此并排鄰接，并且使正極端子P1和負(fù)極端子N2相對(duì)向，正極端子P2和負(fù)極端子N1相對(duì)向。并且，半導(dǎo)體模塊113和半導(dǎo)體模塊114也同樣設(shè)置。此外，半導(dǎo)體模塊111的正極端子和負(fù)極端子與半導(dǎo)體模塊113的正極端子和負(fù)極端子實(shí)質(zhì)上位于同一條直線上，而半導(dǎo)體模塊112的正極端子和負(fù)極端子與半導(dǎo)體模塊114的正極端子和負(fù)極端子也同樣實(shí)質(zhì)上位于同一條直線上。一般說(shuō)來(lái)，半導(dǎo)體模塊111和半導(dǎo)體模塊112通過(guò)使上述實(shí)施例所述的導(dǎo)體并聯(lián)連接，能夠降低電流的不均勻性。而且，半導(dǎo)體模塊113和半導(dǎo)體模塊114也一樣，通過(guò)使上述實(shí)施例所述的導(dǎo)體并聯(lián)連接，能夠降低電流的不均勻性。即，原則上使用二組上述實(shí)施例中所述的導(dǎo)體。
在各個(gè)電容器中，兩個(gè)正極端子和兩個(gè)負(fù)極端子直線狀并且正負(fù)交替地設(shè)置。電容器31和電容器32鄰接設(shè)置，使得各個(gè)端子列彼此相互大致平行，并且使正極端子和負(fù)極端子相對(duì)向。電容器33和電容器34也同樣相鄰設(shè)置。此外，電容器31的端子列與電容器33的端子列實(shí)質(zhì)上位于同一條直線上，電容器32的端子列與電容器34的端子列也同樣實(shí)質(zhì)上位于同一條直線上。一般說(shuō)來(lái)，電容器31和電容器32通過(guò)使上述實(shí)施例所述的導(dǎo)體并聯(lián)連接，能夠降低電流的不均勻性。而且，電容器33和電容器34也一樣，通過(guò)使上述實(shí)施例所述的導(dǎo)體并聯(lián)連接，能夠降低電流的不均勻性。即，原則上使用二組上述實(shí)施例中所述的導(dǎo)體。
此時(shí)的布線導(dǎo)體的安裝舉例如圖18以及圖19所示。
圖18是正視圖，圖19是從圖17右前方觀察時(shí)的側(cè)視圖。
該布線導(dǎo)體由多組具有確保絕緣性的對(duì)向?qū)盈B結(jié)構(gòu)組成。在與半導(dǎo)體模塊連接的部分中，P13導(dǎo)體和N導(dǎo)體以及P24導(dǎo)體形成對(duì)向?qū)盈B結(jié)構(gòu)，而在與電容器連接的部分中，CP1導(dǎo)體和CN導(dǎo)體以及CP2導(dǎo)體形成對(duì)向?qū)盈B結(jié)構(gòu)。此外，在連接上述部分的部分中，PC導(dǎo)體和PN導(dǎo)體形成對(duì)向?qū)盈B結(jié)構(gòu)。對(duì)向?qū)盈B導(dǎo)體中的絕緣板的剖面在圖中以斜線表示。
圖20至圖22是表示各部分的對(duì)向?qū)盈B導(dǎo)體的分解圖。
圖20表示與半導(dǎo)體模塊相連接的部分的對(duì)向?qū)盈B導(dǎo)體。即，P13導(dǎo)體隔著絕緣板91與N導(dǎo)體相對(duì)向，N導(dǎo)體隔著絕緣板92與P24導(dǎo)體相對(duì)向。
P13導(dǎo)體具有兩個(gè)半導(dǎo)體模塊端子連接部分(斜線部分)，該兩個(gè)連接部分與N導(dǎo)體的端子連接部分(同樣以斜線表示)鄰近并相對(duì)向，即P1與N2以及P3與N4相互鄰近并相對(duì)向。通過(guò)在該部分構(gòu)成圖1所示的磁耦合部分811，來(lái)實(shí)現(xiàn)前述的電流均等化以及降低前述的布線電感。
此外，P24導(dǎo)體也具有兩個(gè)半導(dǎo)體模塊端子連接部分(以不同于所述斜線的斜線表示)，通過(guò)使該兩個(gè)連接部分與N導(dǎo)體的半導(dǎo)體模塊端子連接部分鄰近并相對(duì)向，即P2與N1以及P4與N3相互鄰近并相對(duì)向，來(lái)實(shí)現(xiàn)電流均等化以及降低布線電感。
此外，如圖所示，P13導(dǎo)體和P24導(dǎo)體以及N導(dǎo)體在與半導(dǎo)體模塊的連接部分相反的一側(cè)具有用于與其他導(dǎo)體連接的端子。
圖21表示與P13導(dǎo)體和P24導(dǎo)體連接的PC導(dǎo)體以及與N導(dǎo)體連接的NC導(dǎo)體。PC導(dǎo)體與NC導(dǎo)體隔著絕緣板93對(duì)向?qū)盈B，由此可以降低布線電感。
PC導(dǎo)體通過(guò)P11b與P13導(dǎo)體的P11a連接，P12b與P13導(dǎo)體的P12a連接而與P13導(dǎo)體相連接。圖中僅圖示了疊合時(shí)用于緊固螺栓的孔。同樣，通過(guò)P21b與P21a的連接以及P22b與P22a的連接將PC導(dǎo)體與P24導(dǎo)體連接起來(lái)，以及通過(guò)N11b與N11a的連接，N12b與N12a的連接以及N13b與N13a的連接將NC導(dǎo)體與N導(dǎo)體連接起來(lái)。
在PC導(dǎo)體的相反側(cè)的端部具有與圖22所示的CP1導(dǎo)體連接的部分P51b和P53b，以及與CP2導(dǎo)體連接的部分P52b和P54b。
同樣，在NC導(dǎo)體中具有與CN導(dǎo)體連接的部分N51b～N53b。
圖22表示與電容器連接的CP1導(dǎo)體和CP2導(dǎo)體以及CN導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。
CP1導(dǎo)體具有與圖17中的電容器31的正極端子連接的連接部分CP11和CP12，并且具有與電容器33的正極端子連接的連接部分CP31和CP32。CN導(dǎo)體隔著絕緣板94與CP1導(dǎo)體對(duì)向?qū)盈B。CN導(dǎo)體中具有與所有的電容器31～34的負(fù)極端子連接的部分CN11～CN42。如圖所示，通過(guò)使電容器端子連接部分CP32和CN41相接近并相對(duì)向，以實(shí)現(xiàn)電流均等化以及降低布線電感。
此外，CP2導(dǎo)體隔著絕緣板95與CN導(dǎo)體相對(duì)層疊。針對(duì)該導(dǎo)體，通過(guò)使電容器端子連接部分CP41和CN導(dǎo)體的連接部分CN32相對(duì)向，以實(shí)現(xiàn)電流均等化以及降低布線電感。
并且，在圖17的說(shuō)明中，在半導(dǎo)體模塊側(cè)，原則上使用二組圖11至圖16中所述的導(dǎo)體，但圖20所示的各個(gè)導(dǎo)體與圖14所示的導(dǎo)體每?jī)蓚€(gè)形成一體化。這是因?yàn)?，如圖17所示，半導(dǎo)體模塊111的正極端子和負(fù)極端子與半導(dǎo)體模塊113的正極端子和負(fù)極端子實(shí)質(zhì)上位于同一條直線上，并且半導(dǎo)體模塊112的正極端子和負(fù)極端子與半導(dǎo)體模塊114的正極端子和負(fù)極端子實(shí)質(zhì)上也位于同一條直線上的緣故。此外，在電容器側(cè)也一樣。
并且，圖18至圖22所示的布線結(jié)構(gòu)只是一個(gè)例子，中途的連接端子的設(shè)置等可以進(jìn)行各種變化。通過(guò)在連接部分中沒(méi)有層疊的部分交替設(shè)置正極側(cè)和負(fù)極側(cè)，具有降低高頻電流中的布線電感的效果。
此外，在此采用了與半導(dǎo)體模塊連接的層疊導(dǎo)體(P13導(dǎo)體，N導(dǎo)體，P24導(dǎo)體)、中途的層疊導(dǎo)體(PC導(dǎo)體，NC導(dǎo)體)以及與電容器連接的層疊導(dǎo)體(CP1導(dǎo)體，CN導(dǎo)體，CP2導(dǎo)體)這三個(gè)層疊導(dǎo)體組，但根據(jù)半導(dǎo)體模塊和平滑電容器之間的位置關(guān)系的不同、有時(shí)也可以由一個(gè)層疊導(dǎo)體構(gòu)成。
以下參照?qǐng)D23和圖24說(shuō)明本發(fā)明的第四實(shí)施例。
本實(shí)施例表示上下臂內(nèi)置成一體的兩個(gè)并聯(lián)連接的半導(dǎo)體模塊111和112的布線安裝結(jié)構(gòu)。此時(shí)，在平滑電容器中，正極和負(fù)極由二組端子CP1～CN2構(gòu)成，以一組層疊導(dǎo)體連接半導(dǎo)體模塊和平滑電容器。如圖23所示，左側(cè)的半導(dǎo)體模塊111的正極端子P1位于左上方，而負(fù)極端子N1位于其右下方。另一方面，右上方的半導(dǎo)體模塊112的正極端子P2在圖的右側(cè)位于與N1相對(duì)向的位置，負(fù)極端子N2位于與左下側(cè)的P1相對(duì)向的位置。圖23以及圖24的正極導(dǎo)體711連接半導(dǎo)體模塊111的正極端子P1以及電容器的正極端子CP1。另一個(gè)正極導(dǎo)體712連接半導(dǎo)體模塊112的正極端子以及電容器的正極端子CP2。夾在兩個(gè)正極導(dǎo)體711和712以及未圖示的絕緣板中間的負(fù)極導(dǎo)體72連接半導(dǎo)體模塊的兩個(gè)負(fù)極端子N1和N2以及電容器的兩個(gè)負(fù)極端子CN1和CN2。
在本實(shí)施例中，不具有圖1所示的正極導(dǎo)體的共用部分，但通過(guò)在圖中以虛線圍住的對(duì)向部分81使P1連接部分和N2連接部分磁耦合，并且在對(duì)向部分82使P2連接部分和N1連接部分磁耦合，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體模塊的電流均等化以及降低布線電感。
此外，如圖24所示，正極側(cè)導(dǎo)體711，712與負(fù)極側(cè)導(dǎo)體72的寬度相同，這是因?yàn)?，采取如此結(jié)構(gòu)可以使寬度較寬部分的往復(fù)電流也形成對(duì)向，以加強(qiáng)磁耦合的程度，從而能夠降低布線電感。如果布線電感已得到充分的降低，則不一定需要形成寬度較寬部分。
以下說(shuō)明本發(fā)明的第五實(shí)施例。
以下就構(gòu)成逆變器的上下2×3相的開(kāi)關(guān)元件(圖3中的11P～13N或者21P～23N)由一個(gè)模塊構(gòu)成的情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖25表示在六個(gè)開(kāi)關(guān)元件所組成的模塊中將開(kāi)關(guān)元件排列成二列的情況。
在圖25中，兩個(gè)模塊101和102被設(shè)置成其兩側(cè)的端子分別排成一列，并如圖中虛線圍住的那樣進(jìn)行并聯(lián)連接。如果只從其中兩個(gè)模塊看，則沒(méi)有問(wèn)題，但如果從變換器整體(三相)來(lái)看，如果橫向排列成一列，則會(huì)使橫方向的長(zhǎng)度大幅度增加，從而導(dǎo)致變換器整體的尺寸加大，體積增加。
另一方面，如果按照?qǐng)D26所示，將兩個(gè)模塊設(shè)置成具有P端子和N端子的一側(cè)相對(duì)向的形式，則能夠形成縱橫尺寸均勻的形狀。在圖26中，在構(gòu)成W相的二列開(kāi)關(guān)元件中，由于WP1與WN2相對(duì)向，WP2與WN1相對(duì)向，所以通過(guò)將該部分的布線導(dǎo)體形成與圖23相同的結(jié)構(gòu)而使其產(chǎn)生磁耦合，則能夠取得降低電流不均勻性的效果。
并且，如圖27所示，通過(guò)使每個(gè)相均跨越兩個(gè)模塊進(jìn)行并聯(lián)連接，使UP1與UN2相對(duì)向，UP2與UN1相對(duì)向，VP1與VN2相對(duì)向，VP2與VN1相對(duì)向，WP1與WN2相對(duì)向，WP2與WN1相對(duì)向，從而使其布線導(dǎo)體產(chǎn)生磁耦合，則能夠取得降低電流不均勻性的效果。并且，將圖26和圖27進(jìn)行比較時(shí)，當(dāng)因超低速運(yùn)轉(zhuǎn)(超低頻率通電)而導(dǎo)致某一相的開(kāi)關(guān)元件的電流負(fù)荷集中時(shí)，由于2列跨越模塊設(shè)置有利于散熱，所以從抑制溫度上升的觀點(diǎn)來(lái)看較為有利。
以下參照?qǐng)D28至圖33對(duì)本發(fā)明的第六實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖28表示本發(fā)明的第六實(shí)施例的功率變換裝置。圖中，半導(dǎo)體模塊111與112并聯(lián)連接，作為直流電源部分的平滑電容器31和32也并聯(lián)連接。半導(dǎo)體模塊111由正極側(cè)11P1以及負(fù)極側(cè)11N1構(gòu)成，而半導(dǎo)體模塊112由正極側(cè)11P2以及負(fù)極側(cè)11N2構(gòu)成。
在此，與第一正極端子P1連接的導(dǎo)體部分和與第二負(fù)極端子N2連接的導(dǎo)體部分相互產(chǎn)生磁耦合(811)，與第二正極端子P2連接的導(dǎo)體部分和與第一負(fù)極端子N1連接的導(dǎo)體部分相互產(chǎn)生磁耦合(812)。
該磁耦合部分811具有磁通量檢測(cè)裝置27，由l1和l2之間的差產(chǎn)生的磁通ψq1的變化作為電壓Vq1被發(fā)送到檢測(cè)判斷部分202。由此，電流不均勻性的信息被發(fā)送到柵極驅(qū)動(dòng)電路51或52，并在柵極電路中進(jìn)行調(diào)節(jié)以抑制電流的不均勻性。此外，在判斷出現(xiàn)異常時(shí)，還可以將異常信號(hào)發(fā)送到變換器控制電路50以使設(shè)備停止或?qū)υO(shè)備進(jìn)行限制。
并且，也可以檢測(cè)另一個(gè)導(dǎo)體耦合部分812的磁通量變化，但只需對(duì)一個(gè)進(jìn)行檢測(cè)，便能夠檢測(cè)出電流的不均勻性。
針對(duì)平滑電容器，使與第一電容器的正極端子C1P連接的導(dǎo)體部分和與第二電容器的負(fù)極端子C2N連接的導(dǎo)體部分相互產(chǎn)生磁耦合(831)，與第二電容器的正極端子C2P連接的導(dǎo)體部分和與第一電容器的負(fù)極端子C1N連接的導(dǎo)體部分相互產(chǎn)生磁耦合(832)。并且針對(duì)在整體上連接電容器部分和半導(dǎo)體模塊部分的導(dǎo)體，使正極側(cè)導(dǎo)體和負(fù)極側(cè)導(dǎo)體相互接近并相互對(duì)向而產(chǎn)生磁耦合(804)，從而降低布線電感。
通過(guò)平滑電容器的端子導(dǎo)體耦合部分831的磁通量檢測(cè)裝置28檢測(cè)磁通量的ψc1的變化，并將電壓Vc1發(fā)送到電容器部分磁通量檢測(cè)判斷部分201。由此檢測(cè)平滑電容器31和32的電流不均勻性，在檢測(cè)到異常時(shí)，將異常檢測(cè)信號(hào)發(fā)送到變換器控制電路50以使設(shè)備停止。
并且，也可以檢測(cè)另一個(gè)導(dǎo)體耦合部分832的磁通量變化，但只需對(duì)一個(gè)進(jìn)行檢測(cè)，便能夠檢測(cè)出電流的不均勻性。
以下參照?qǐng)D29和圖30說(shuō)明本實(shí)施例的動(dòng)作。
圖29和圖30表示從當(dāng)初在負(fù)極側(cè)回流的狀態(tài)，到正極側(cè)IGBT(2排并列)在時(shí)間點(diǎn)T1時(shí)導(dǎo)通而使負(fù)極側(cè)回流二極管反向恢復(fù)(reverserecover，逆回復(fù))(T2)后流入正極側(cè)IGBT時(shí)的波形。
最上面的圖表示直流電源電流lc1，lc2，第二個(gè)圖表示磁通量檢測(cè)裝置27部分的磁通ψc1，第三個(gè)圖表示磁通量檢測(cè)裝置27的電壓Vc1，第四個(gè)圖表示正極側(cè)IGBT的正極端子電流lp1，lp2，第五個(gè)圖表示負(fù)極側(cè)IGBT的負(fù)極端子電流ln1，ln2，第五個(gè)圖表示磁通量檢測(cè)裝置25部分的磁通ψq1，最下面的圖表示磁通量檢測(cè)裝置25的電壓Vq1。
圖29表示電源31和32之間電流的不均勻性以及IGBT之間電流的不均勻性都很小的情況。
在T1～T2期間，由于dlc1/dt＞dlc2/dt，雖然Vc1＞0，但差異不大，所以Vc1的值不到閾值(threshold)，故判斷為沒(méi)有異常。
同樣，由于正極側(cè)IGBT的電流lp1，lp2和負(fù)極側(cè)IGBT(實(shí)際上為回流二極管)的負(fù)極電流ln1，ln2之間電流的不均勻性小，磁通量檢測(cè)裝置27的檢測(cè)電壓Vq1不到檢測(cè)閾值，所以不向柵極電路發(fā)出調(diào)節(jié)指令。
另一方面，在圖30中，在T1～T2期間，由于dlc1/dt＞＞dlc2/dt，ψc1的變化大，Vc1的值超過(guò)閾值，由此，能夠檢測(cè)到大的電流不均勻性。當(dāng)該狀態(tài)持續(xù)出現(xiàn)時(shí)，則一側(cè)的電源(電容器)可能出現(xiàn)了故障，因此使功率變換裝置停止。
同樣，關(guān)于IGBT電流lp1，lp2也一樣，由于dlp1/dt＞＞dlp2/dt＝dln2/dt，ψq1的變化大，Vq1的值超過(guò)閾值，由此，通過(guò)對(duì)柵極電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，抑制lp1側(cè)的電流，使lp2側(cè)的電流增大，可以抑制T2時(shí)間點(diǎn)處的電流不均勻性。并且，柵極電路的調(diào)節(jié)方法可以使用專利文獻(xiàn)2等公開(kāi)的在先技術(shù)。
此外，在并聯(lián)連接中，如果出現(xiàn)開(kāi)路故障，則電流不均勻性變大，可以通過(guò)本實(shí)施例進(jìn)行檢測(cè)，從圖28所示的檢測(cè)判斷部分202將異常停止指令信號(hào)發(fā)送到變換器控制電路50。
圖31至圖33表示本實(shí)施例的安裝結(jié)構(gòu)。
圖31是半導(dǎo)體模塊111，112以及平滑電容器31，32的俯視圖，圖32是圖31的A-A’處的向視圖和B-B’處的向視圖，圖33是圖31的C-C’處的向視圖。
如圖所示，半導(dǎo)體模塊111的正極端子P1和第一正極布線導(dǎo)體711的連接部分與另一個(gè)半導(dǎo)體模塊112的負(fù)極端子N2和負(fù)極布線導(dǎo)體72的連接部分相互接近并且相互對(duì)向，并且安裝有檢測(cè)該部分磁通的磁通量檢測(cè)裝置27。
第一平滑電容器31的正極端子C1P的連接部分和第二平滑電容器32的負(fù)極端子C2N的連接部分相互接近并且相互對(duì)向，并且安裝有檢測(cè)該部分磁通的磁通量檢測(cè)裝置28。
在此說(shuō)明的安裝結(jié)構(gòu)例中，兩個(gè)正極側(cè)布線導(dǎo)體711和712沒(méi)有共用部分，所以不存在圖28所述的整體的正極側(cè)布線導(dǎo)體和負(fù)極側(cè)布線導(dǎo)體相互接近并且相互對(duì)向的部分804，但存在共用部分的情況也一樣。
如此，通過(guò)檢測(cè)正極端子的電流和與其并列的負(fù)極端子的電流所產(chǎn)生的磁通量的變化，能夠進(jìn)行控制以抑制電流的不均勻性，并且能夠檢測(cè)出異常。為此，能夠提高可靠性，降低需要處理的電流的不均勻性，從而使裝置小型化。
權(quán)利要求
1.一種功率變換裝置，該功率變換裝置具備多個(gè)至少具有一對(duì)正極端子和負(fù)極端子的電氣部件，所述多個(gè)電氣部件具有由電連接至所述各個(gè)正極端子上的正極側(cè)導(dǎo)體以及電連接至所述各個(gè)負(fù)極端子上的負(fù)極側(cè)導(dǎo)體并聯(lián)連接而形成的電路，該功率變換裝置的特征在于，所述正極側(cè)電極具有分別與所述多個(gè)電氣部件中的第一電氣部件的所述正極端子以及第二電氣部件的所述正極端子相連接的第一導(dǎo)體區(qū)域和第二導(dǎo)體區(qū)域，所述負(fù)極側(cè)電極具有分別與所述多個(gè)電氣部件中的第一電氣部件的所述負(fù)極端子以及第二電氣部件的所述負(fù)極端子相連接的第三導(dǎo)體區(qū)域和第四導(dǎo)體區(qū)域，所述第一導(dǎo)體區(qū)域和所述第四導(dǎo)體區(qū)域具有相對(duì)向?qū)盈B并且相互之間保持電絕緣的第一對(duì)向部分，所述第二導(dǎo)體區(qū)域和所述第三導(dǎo)體區(qū)域具有相對(duì)向?qū)盈B并且相互之間保持電絕緣的第二對(duì)向部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于，在所述第一對(duì)向部分中，因流過(guò)所述第一導(dǎo)體區(qū)域和所述第三導(dǎo)體區(qū)域的電流而產(chǎn)生磁耦合，而在所述第二對(duì)向部分中，因流過(guò)所述第二導(dǎo)體區(qū)域和所述第四導(dǎo)體區(qū)域的電流而產(chǎn)生磁耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率變換裝置，其特征在于，所述第一對(duì)向部分與所述第二對(duì)向部分相互之間不重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的功率變換裝置，其特征在于，所述第一對(duì)向部分中的所述第四導(dǎo)體區(qū)域以及所述第二對(duì)向部分中的所述第三導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置在大致同一平面上，而所述第一對(duì)向部分中的所述第一導(dǎo)體區(qū)域以及所述第二對(duì)向部分中的所述第二導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置在不同的平面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的功率變換裝置，其特征在于，所述第一對(duì)向部分中的所述第一導(dǎo)體區(qū)域以及所述第二對(duì)向部分中的所述第二導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置在大致同一平面上，而所述第一對(duì)向部分中的所述第四導(dǎo)體區(qū)域以及所述第二對(duì)向部分中的所述第三導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置在不同的平面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的功率變換裝置，其特征在于，所述第一以及第二對(duì)向部分的對(duì)向表面相對(duì)于電氣部件的上表面垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的功率變換裝置，其特征在于，所述電氣部件是半導(dǎo)體模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率變換裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體模塊具有分別包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和二極管的反并聯(lián)連接電路的上下臂，其中上臂的正極是所述正極端子，下臂的負(fù)極是所述負(fù)極端子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的功率變換裝置，其特征在于，所述電氣部件是電容器。
10.一種功率變換裝置，其至少具有第一以及第二電路，該第一以及第二電路具有正極和負(fù)極，該功率變換裝置的特征在于，具有與所述第一電路的所述正極連接的第一導(dǎo)體；與所述第一電路的所述負(fù)極連接的第二導(dǎo)體；與所述第二電路的所述正極連接的第三導(dǎo)體；與所述第二電路的所述負(fù)極連接的第四導(dǎo)體，以及磁通量檢測(cè)裝置，其檢測(cè)因流過(guò)所述第一導(dǎo)體和所述第四導(dǎo)體的對(duì)向部分的電流而產(chǎn)生的磁通量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率變換裝置，其特征在于，具有所述第二導(dǎo)體和所述第三導(dǎo)體的對(duì)向部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的功率變換裝置，其特征在于，所述磁通量檢測(cè)裝置是包圍所述第一導(dǎo)體和所述第四導(dǎo)體的所述對(duì)向部分的環(huán)狀線圈。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率變換裝置，其特征在于，所述環(huán)狀線圈具有磁性體芯部。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的功率變換裝置，其特征在于，所述電路是由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和二極管構(gòu)成的兩個(gè)反并聯(lián)連接電路串聯(lián)連接而成的電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的功率變換裝置，其特征在于，所述電路是直流電源電路。
全文摘要
在功率變換裝置中抑制并聯(lián)連接的電氣部件之間的電流不均勻性。在本發(fā)明的功率變換裝置中，具有正極端子和負(fù)極端子的第一和第二電氣部件由正極側(cè)電極和負(fù)極側(cè)電極并聯(lián)連接，正極側(cè)電極具有分別與第一電氣部件的正極端子和第二電氣部件的正極端子連接的第一導(dǎo)體區(qū)域和第二導(dǎo)體區(qū)域，負(fù)極側(cè)電極具有分別與第一電氣部件的負(fù)極端子和第二電氣部件的負(fù)極端子連接的第三導(dǎo)體區(qū)域和第四導(dǎo)體區(qū)域。并且，第一導(dǎo)體區(qū)域和第四導(dǎo)體區(qū)域具有相對(duì)向?qū)盈B并且相互之間保持電絕緣的第一對(duì)向部分，第二導(dǎo)體區(qū)域和第三導(dǎo)體區(qū)域具有相對(duì)向?qū)盈B并且相互之間保持電絕緣的第二對(duì)向部分。
文檔編號(hào)H02M7/48GK1976216SQ20061014286
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者森和久, 伊君高志, 岸川孝生, 迫田友治, 大沼直人, 綾野秀樹(shù) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所