專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由IGBT(隔離柵場(chǎng)雙極型晶體管)、IEGT(注入增強(qiáng)柵場(chǎng)晶體管)等多個(gè)功率元件和多個(gè)箝位二極管組成的中性點(diǎn)箝位式電力變換裝置。
高性能和高效率地進(jìn)行電力變換的電力變換裝置，其主電路通過(guò)多個(gè)能夠高速開(kāi)關(guān)的IGBT等功率元件組合而成。可是隨著對(duì)大容量和高性能的需求，裝置的大型化便不可避免，但由于裝置設(shè)置空間等制約，因而需要小型化。
以下說(shuō)明這種現(xiàn)有的電力變換裝置。

圖15是其主電路構(gòu)成圖，圖16示出表示其概略構(gòu)成的立體圖。圖15中，IGBT101和續(xù)流二極管102經(jīng)各個(gè)絕緣板103搭載在金屬板104上，并且置于封閉體105中，構(gòu)成IGBT模塊。
圖16示出設(shè)有3個(gè)IGBT模塊的狀態(tài)。各模塊由銅等配線導(dǎo)體106、107并聯(lián)連接，該配線導(dǎo)體106、107連接有將緩沖二極管108置于封閉體109中的二極管模塊和緩沖電容器110所組成的緩沖電路。
而IGBT模塊經(jīng)電線連接有向IGBT101提供控制極信號(hào)的控制極電路111和檢測(cè)電壓、電流等進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的保護(hù)電路112。
這樣構(gòu)成的IGBT模塊，通過(guò)在金屬板104表面設(shè)置冷卻裝置13，釋放IGBT101和續(xù)流二極管102產(chǎn)生的熱量，抑制溫升。
可是上述現(xiàn)有電力變換裝置存在如下問(wèn)題。也就是說(shuō)，模塊及其外圍電路要布置許多所需部件，必須確保有更大的空間。
具體來(lái)說(shuō)，包括下列問(wèn)題(1)模塊及其外圍電路由許多部件構(gòu)成，因而難以提高裝置可靠性，此外，裝置整體外形難以小型化。
(2)模塊體型大的結(jié)果是，向模塊提供電流的平滑電容器起經(jīng)各個(gè)模塊的線路較長(zhǎng)，浪涌電壓增大，而必須增大作為抑制手段的緩沖電容器的電容。
(3)可適應(yīng)大容量的模塊并聯(lián)數(shù)增加時(shí)，模塊一旦變大，模塊間電流的不平衡也加大，因而對(duì)于全部模塊來(lái)說(shuō)，必須避免每一模塊的通電電流超過(guò)設(shè)計(jì)上限值。
(4)功率元件和二極管所產(chǎn)生的熱量要充分散熱，必須使冷卻器大型化。
本發(fā)明正是要消除上述問(wèn)題，其目的在于提供一種可縮短直流端子、中性點(diǎn)端子至功率元件芯片之間線路，從而能夠降低電感，可減小各功率元件芯片間電流的不平衡，可提高冷卻性能，并且可以使裝置整體外形變小的電力變換裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的電力變換裝置，為一種通過(guò)多個(gè)單相逆變器單元組合而成，可獲得3電平交流輸出的電力變換裝置，其特征在于，所述逆變器單元包括第一～第四半導(dǎo)體功率元件串聯(lián)連接的元件串聯(lián)電路；該元件串聯(lián)電路兩端連接的直流端子；續(xù)流二極管分別與所述元件串聯(lián)電路中各功率元件并聯(lián)連接，而且該續(xù)流二極管串聯(lián)連接的續(xù)流二極管電路；與所述第二和第三功率元件的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的第一和第二箝位二極管的串聯(lián)電路；同所述第一和第二箝位二極管的結(jié)點(diǎn)連接的中性點(diǎn)端子；以及同所述第二和第三功率元件的結(jié)點(diǎn)連接的交流端子，所述各功率元件芯片分別經(jīng)封裝形成第一、第二、第三、第四元件封裝，所述2個(gè)中性點(diǎn)箝位二極管芯片經(jīng)封裝形成箝位二極管封裝，所述第一和第二以及第三和第四續(xù)流二極管芯片分別經(jīng)封裝形成第一和第二續(xù)流二極管封裝，其中，所述第一和第二續(xù)流二極管封裝并排設(shè)置于所述箝位二極管封裝某一壁面，所述第一、第二以及第三、第四元件封裝分別并排設(shè)置于該續(xù)流二極管封裝外側(cè)壁面。
而且，本發(fā)明的電力變換裝置，為一種通過(guò)多個(gè)單相逆變器單元組合而成，可獲得2電平交流輸出的電力變換裝置，其特征在于，所述逆變器單元包括第一和第二半導(dǎo)體功率元件串聯(lián)連接的元件串聯(lián)電路；該元件串聯(lián)電路兩端連接的直流端子；與所述元件串聯(lián)電路各功率元件并聯(lián)連接的箝位二極管構(gòu)成的箝位二極管串聯(lián)電路；以及同所述第一和第二功率元件的結(jié)點(diǎn)連接的交流端子，所述各功率元件芯片分別經(jīng)封裝形成第一和第二元件封裝，所述箝位二極管芯片經(jīng)封裝形成箝位二極管封裝，其中，所述第一和第二元件封裝并排設(shè)置于所述箝位二極管封裝某一壁面。
按照本發(fā)明，可縮短直流端子、中性點(diǎn)端子至功率元件芯片之間線路，從而能夠降低電感，可減小各功率元件芯片間電流的不平衡，并且可以使裝置整體外形變小。
本發(fā)明其特征在于，所述元件封裝包括以下構(gòu)成具有配線圖版以搭載所述元件芯片集電極的絕緣配線基板；搭載該絕緣配線基板的底板；所述元件芯片發(fā)射極處配置的大塊電極；該大塊電極上配置的發(fā)射極梁式引線；從所述配線圖版引出的集電極梁式引線；從上面覆蓋所述發(fā)射極梁式引線、具有插入控制極引線的通孔的控制極基板；以及置放它們的殼體。
這樣，便可以使元件封裝其外形更小。
而且，最好利用絕緣鑄模樹(shù)脂封閉所述元件芯片周圍。
這樣，元件芯片周圍的絕緣性便提高，能夠由此小型化，可使元件芯片得到充分的保護(hù)。
本發(fā)明其特征在于，所述續(xù)流二極管封裝包括以下構(gòu)成具有配線圖版以搭載所述續(xù)流二極管芯片的絕緣配線基板；搭載該絕緣配線基板的底板；所述續(xù)流二極管芯片上側(cè)配置的大塊電極；設(shè)于該大塊電極上在續(xù)流二極管間電連接的梁式引線；以及置放它們的殼體。
這樣，便可以使續(xù)流二極管封裝其外形更小。
所述續(xù)流二極管封裝最好以2個(gè)續(xù)流二極管芯片為一組。
而且，最好利用絕緣鑄模樹(shù)脂封閉所述續(xù)流二極管芯片周圍。
按照本發(fā)明，最好是在風(fēng)冷式散熱器和導(dǎo)熱管形成為一體的冷卻器上，相對(duì)于所述續(xù)流二極管封裝正交，搭載固定所述各功率元件封裝，相對(duì)于所述續(xù)流二極管封裝正交，搭載固定所述箝位二極管封裝。
這樣，功率元件和續(xù)流二極管的冷卻性能便提高。
按照本發(fā)明，最好是兩片板狀直流端子間靠某一端處配置絕緣體，該直流端子靠另一端處在直流端子的中間配置所述中性點(diǎn)端子，該某一直流端子和該中性點(diǎn)端子間以及該中性點(diǎn)端子和該另一直流端子間分別配置構(gòu)成緩沖電路的緩沖電容器，在冷卻器上裝配所述箝位二極管封裝和所述續(xù)流二極管封裝，將所述箝位二極管和所述續(xù)流二極管分別以電氣和機(jī)械方式與所述直流端子和所述中性點(diǎn)端子連接。
這樣，就可以使緩沖電容器、直流端子、中性點(diǎn)端子整體小型化，箝位二極管和緩沖二極管的冷卻性能提高。
而且，所述中性點(diǎn)端子同所述直流端子兩者間最好分別配置緩沖電容器。
所述直流端子間最好配置緩沖電容器。
此外按照本發(fā)明，最好是，逆變器單元安裝在構(gòu)成冷卻器的導(dǎo)熱管的兩側(cè)側(cè)面，通過(guò)所述導(dǎo)熱管中經(jīng)過(guò)的配線進(jìn)行這些逆變器單元相互間的電連接。
這樣，電力變換裝置的冷卻性能便提高，而且能夠小型化。
而且，相互正交配置固定元件封裝和箝位二極管封裝的話，功率元件和箝位二極管間的線路便變短，因而能夠降低電感。
通過(guò)參照以下結(jié)合下列附圖的具體說(shuō)明進(jìn)行較好的理解，可方便地得到對(duì)本發(fā)明及其諸多優(yōu)點(diǎn)的全面了解。附圖包括圖1是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施例，示意中性點(diǎn)箝位方式單相逆變器單元的概略構(gòu)成圖；圖2示出的是圖1中封裝配置和電連接關(guān)系；圖3是圖1和圖2所示構(gòu)成的單相逆變器單元裝配于風(fēng)冷式冷卻器的例子的說(shuō)明圖；圖4是圖1和圖2中元件封裝實(shí)際結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；圖5是圖4的分解立體圖；圖6是圖1和圖2中控制極配線的說(shuō)明圖；圖7是圖1和圖2中二極管封裝實(shí)際結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；圖8是圖7的分解立體圖；圖9是用于提高單相逆變器單元電流容量構(gòu)成的說(shuō)明圖；圖10是在圖1和圖2所示構(gòu)成的單相逆變器單元中反向并接二極管，再裝配在風(fēng)冷式冷卻器上的例子的說(shuō)明圖；圖11是圖1和圖2、圖13和圖14中功率元件芯片其封閉方法的說(shuō)明圖；圖12是圖1和圖2、圖13和圖14中功率元件芯片其封閉方法的說(shuō)明圖；圖13是用于說(shuō)明本發(fā)明第九實(shí)施例，示出封裝配置和電連接關(guān)系的示意圖；圖14是圖13中電連接關(guān)系的示意圖；圖15是現(xiàn)有電力變換裝置主電路的示意圖；圖16是示意圖15中電力變換裝置概略構(gòu)成的立體圖。
<第一實(shí)施例>
圖1是用來(lái)說(shuō)明第一實(shí)施例，示意中性點(diǎn)箝位方式(可獲得3電平交流輸出的方式)單相逆變器單元的概略構(gòu)成圖，圖2示出的是圖1中封裝配置和電連接關(guān)系。
單相逆變器單元依次配置第一～第四半導(dǎo)體功率元件(IEGT1-IEGT4)1、2、3、4，而且具有這些相鄰元件其發(fā)射極與集電極連接這樣串聯(lián)連接而成的元件串聯(lián)電路。
此外還包括元件串聯(lián)電路兩端連接的直流端子P、N；元件串聯(lián)電路各功率元件1-4分別并聯(lián)連接有續(xù)流二極管(FRD1、FRD2)5、6，并由該續(xù)流二極管5、6串聯(lián)連接而成的續(xù)流二極管電路；與第二和第三功率元件2、3的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的第一和第二箝位二極管(CD)9的串聯(lián)電路；與第一和第二箝位二極管的結(jié)點(diǎn)連接的中性點(diǎn)端子(C)；以及與第二和第三功率元件2、3的結(jié)點(diǎn)連接的交流端子AC。
各功率元件1～4中任何一個(gè)，具體來(lái)說(shuō)，包括以下構(gòu)成功率元件芯片；與各芯片電連接的發(fā)射極端子、集電極端子和控制極端子；置放它們并加以封裝的殼體，并由各個(gè)殼體內(nèi)注入鑄模樹(shù)脂的第一、第二、第三和第四元件封裝所構(gòu)成。而且，上述第一和第二以及第三和第四續(xù)流二極管，由各個(gè)二極管芯片和殼體內(nèi)鑄模樹(shù)脂一起封裝的第一和第二續(xù)流二極管封裝所構(gòu)成。
此外，2個(gè)中性點(diǎn)箝位二極管9，由二極管芯片和殼體內(nèi)鑄模樹(shù)脂一起封裝的箝位二極管封裝所構(gòu)成。
上述第一和第二續(xù)流二極管封裝并排設(shè)置于上述箝位二極管封裝某一壁面，上述第一、第二以及第三、第四元件封裝分別并排設(shè)置于該續(xù)流二極管封裝外側(cè)壁面。而且，直流端子P和中性點(diǎn)端子C之間、直流端子N和中性點(diǎn)端子C之間分別連接緩沖電容器(SC)7、8。
將多個(gè)例如3個(gè)這樣構(gòu)成的單相逆變器單元組合構(gòu)成，由此便成為可獲得3電平交流輸出的逆變器。
按照上文所述構(gòu)成的第一實(shí)施例，功率元件1-4，續(xù)流二極管5、6，箝位二極管9，緩沖電容器7、8相互間連接的線路短，因此能夠降低電感，減小各功率元件1～4芯片間電流的不平衡。
此外，將功率元件封裝、箝位二極管封裝和續(xù)流二極管封裝構(gòu)成為如圖2所示配置構(gòu)成，因而可減小裝置整體外形。
<第二實(shí)施例>
圖3示出的是圖1和圖2所示構(gòu)成的單相逆變器單元裝配于風(fēng)冷式冷卻器的例子，圖3(a)是其平面圖，圖3(b)是正面圖，圖3(c)是側(cè)面圖。具體來(lái)說(shuō)，在風(fēng)冷式散熱器(吸熱設(shè)備)10和導(dǎo)熱管11形成為一體的冷卻器上，將各元件封裝相對(duì)于續(xù)流二極管封裝正交搭載固定，箝位二極管封裝相對(duì)于續(xù)流二極管封裝正交搭載固定。
按照上文所述構(gòu)成的第二實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)冷卻器小型化。
<第三實(shí)施例>
圖4是圖1和圖2中功率元件1-4當(dāng)中僅僅是例如功率元件1、2經(jīng)封裝的功率元件封裝實(shí)際結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖，圖4(a)是其平面圖，圖4(b)是沿圖4(a)中A-A線在紙面方向上剖切的正面剖視圖，圖5是圖4的分解立體圖。殼體41所具有的收容凹部可放置底板42，底板42上置放有形成了配線圖版的例如氮化鋁制成的2片耐高壓DBC基板(陶瓷線路基板)43，各DBC基板43上搭載構(gòu)成圖1和圖2功率元件1和2的4個(gè)元件芯片44，使發(fā)射極45處于上側(cè)，集電極46處于DBC基板一側(cè)，各元件芯片44的發(fā)射極45上分別置放塊狀的大塊電極47，它們與元件芯片44釬焊在一起，而且2片DBC基板43間焊接有配線圖版連接件48，由此使DBC基板43兩者配線圖版電連接，這樣配置的芯片44大塊電極47上設(shè)有發(fā)射極梁式引線49，DBC基板43的配線圖版上連接配置有集電極梁式引線50，梁式引線49上置放有形成了通孔51a以便能夠插入多根配線用線的控制極基板51。
殼體41收容凹部的元件芯片44周圍盡管未圖示，但充填有環(huán)氧類樹(shù)脂制成的鑄模樹(shù)脂或陶瓷，整體形成為耐高壓的氣密封閉結(jié)構(gòu)。
對(duì)于元件芯片44上表面的發(fā)射極45、下表面的集電極46、和共同連接發(fā)射極45所用的大塊電極47的釬焊材料，采用與元件芯片44熱膨脹系數(shù)相近的Mo或Cu這種金屬包層材料。另外，殼體41中形成了4個(gè)封裝裝配空穴41a。
這樣，按照第三實(shí)施例，便可獲得以下作用和效果。由于將大塊電極47直接釬焊于元件芯片44的發(fā)射極45，將集電極46直接釬焊于DBC基板的配線圖版，因而可降低電感，并且提高冷卻效果。
元件芯片44間連接的各自一端部彎曲為L(zhǎng)字型的發(fā)射極梁式引線49和集電極梁式引線50采用具有柔軟性材料，該梁式引線49、50的L字型彎曲部通過(guò)熔接或者釬焊方式固定在殼體41收容凹部設(shè)置的臺(tái)階部。49a是發(fā)射極端子，50a是集電極端子。
梁式引線49、50不僅能夠降低電感，還可通過(guò)例如熔接、釬焊固定Cu類材質(zhì)，或者利用Cu和Co的金屬包層材，來(lái)抑制熱膨脹。
此外，發(fā)射極梁式引線49上設(shè)置在元件芯片44上方具有通孔51a的控制極基板51，利用通孔51a進(jìn)行控制極配線，因而能夠使控制極引線最短，可降低電感。
而且，元件芯片44周圍用環(huán)氧類樹(shù)脂等進(jìn)行了鑄模封閉，因而形成為對(duì)芯片44、DBC基板的加強(qiáng)。該元件芯片44的封閉方法還可以用后面述及的圖11和圖12中任一方法。
另外，圖5中殼體41最好是做成薄型封裝，也可以做成底板42具有足夠強(qiáng)度就不設(shè)置殼體41的封裝。
<第四實(shí)施例>
圖6是圖1和圖2中發(fā)射極端子、控制極端子構(gòu)成的說(shuō)明圖，圖6(a)、圖6(b)分別是第一例、第二例。圖6(a)是切入梁式引線49的一部分，切入片經(jīng)彎曲形成發(fā)射極引線49b，將該梁式引線49置放于放在元件芯片44上的大塊電極47上，將線狀控制極引線52固定在元件芯片44的控制極焊盤(未圖示)上。圖6(b)是將線狀控制極引線52固定在元件芯片44的控制極焊盤54上。
這樣構(gòu)成的控制極引線52，不論哪一種都可穿過(guò)圖5控制極基板51的通孔51a。這樣，通過(guò)利用具有柔軟性的梁式引線49，由此構(gòu)成發(fā)射極引線49b，與用通常電線的場(chǎng)合相比，可以縮短線路，從而能降低電感。
<第五實(shí)施例>
圖7是圖1和圖2中續(xù)流二極管5或6的續(xù)流二極管封裝實(shí)際結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖，圖7(a)是其平面圖，圖7(b)是沿圖7(a)中B-B線在紙面方向上剖切的正面剖視圖，圖7(c)是側(cè)視圖。圖8是圖7的分解立體圖。
殼體61的收容凹部放置基板62，在底板62上留有間隔置放形成有配線圖版67的、熱傳導(dǎo)性良好、例如氮化鋁制成的2片耐高壓DBC基板(陶瓷配線基板)63，并加以釬焊。各DBC基板63上置放有構(gòu)成圖1和圖2中續(xù)流二極管5和6的4個(gè)二極管芯片64，并經(jīng)過(guò)焊接。
這時(shí)，對(duì)于某一方例如圖7(a)左側(cè)DBC基板63上置放的各個(gè)二極管芯片64來(lái)說(shuō)，配置成其陽(yáng)極位朝上，而對(duì)于另一方例如圖7(a)右側(cè)DBC基板63上置放的各個(gè)二極管芯片64來(lái)說(shuō)，則配置成其陰極K一側(cè)朝上。
這樣配置的各個(gè)二極管芯片64分別置放塊狀的大塊電極66，它們與二極管芯片64釬焊在一起。而且2片DBC基板63間焊接有梁式引線構(gòu)成的配線圖版連接件68，由此使DBC基板63兩者配線圖版67電連接。而且，各二極管芯片64上部固定的大塊電極66當(dāng)中，圖7(a)上下大塊電極66間靠梁式引線69電連接，同樣，其他上下配置的大塊電極66間設(shè)有梁式引線69，各大塊電極66分別電連接。
配線圖版連接件68的上部置放固定有梁式引線構(gòu)成的中間端子68a。而殼體61收容凹部的二極管芯片其周圍盡管未圖示，但充填有環(huán)氧類樹(shù)脂制成的鑄模樹(shù)脂或陶瓷，整體形成為耐高壓的氣密封閉結(jié)構(gòu)。這樣，便可構(gòu)成圖1和圖2中的續(xù)流二極管5、6。
這樣，按照第五實(shí)施例，便可獲得以下作用和效果。各二極管芯片64中某一個(gè)與DBC基板63釬焊在一起，而各二極管芯片64另一個(gè)陽(yáng)電極A、陰電極K上分別釬焊大塊電極66，而且圖7(a)上下位置配置的各個(gè)大塊電極66間由梁式引線69連接，因而能夠降低電感。而二極管芯片64置放固定在DBC基板63上，因而二極管芯片64冷卻效果好。
而且，元件芯片64周圍用環(huán)氧類樹(shù)脂等進(jìn)行了鑄模封閉，因而二極管芯片64相互間的絕緣可靠，成為對(duì)芯片64、DBC基板63的加強(qiáng)。另外，該芯片44的封閉方法還可以用后面述及的圖11和圖12中任一方法。而且，圖8中殼體61最好是做成薄型封裝，底板62只要牢固也可不進(jìn)行封裝。
<第六實(shí)施例>
圖9為了提高圖2或圖13中單相逆變器單元電流容量，在構(gòu)成冷卻器并與風(fēng)冷式散熱器成一體的導(dǎo)熱管11兩側(cè)側(cè)面分別裝配圖2或圖13中逆變器單元20、30，并在導(dǎo)熱管11上開(kāi)有讓電連接逆變器單元20、30所用的配線21通過(guò)的空穴，該空穴讓配線21通過(guò)，并聯(lián)連接各功率元件。
通過(guò)這樣構(gòu)成，導(dǎo)熱管11的側(cè)面分別裝配有逆變器單元20、30，因而逆變器單元20、30冷卻效果好，可提高電流容量，可以整體小型化。
<第七實(shí)施例>
圖10如下文所述構(gòu)成圖1和圖2中可獲得3電平交流輸出的逆變器單元。兩片板狀直流端子P、N間靠某一端一側(cè)由它們夾著配置絕緣體23，該直流端子P、N靠另一端一側(cè)在它們的中間配置所述中性點(diǎn)端子C，而且，該某一直流端子N和該中性點(diǎn)端子C間以及該中性點(diǎn)端子C和該另一直流端子P間分別配置構(gòu)成緩沖電路的片狀緩沖電容器7、8，在導(dǎo)熱管11上裝配箝位二極管9封裝和續(xù)流二極管5、6封裝，將箝位二極管9和續(xù)流二極管5、6分別以電氣和機(jī)械方式與直流端子P、N和中性點(diǎn)端子C連接。
按照第七實(shí)施例，可以將緩沖電容器7、8，直流端子P、N和中性點(diǎn)端子C整體小型化，裝配在導(dǎo)熱管11上的箝位二極管9和緩沖二極管5、6其冷卻性能提高。
<第八實(shí)施例>
圖11、圖12是圖1和圖2、圖13和圖14中功率元件以及二極管芯片其封閉方法的說(shuō)明圖。
圖11是在底板42上設(shè)置形成有配線圖版的DBC基板43，在該基板上焊接功率元件芯片44，在芯片44上固定大塊電極47的狀態(tài)下，在芯片44周圍滴下熔融的環(huán)氧樹(shù)脂等，使之硬化形成鑄模層74。這時(shí)，設(shè)法使大塊電極47露出至鑄模層74外側(cè)。
這樣，便在芯片44的周圍形成了絕緣性·氣密性均出色的鑄模層74，因而能夠?qū)π酒?4、DBC基板43進(jìn)行保護(hù)，元件芯片周圍絕緣性提高，因而能夠小型化。
這時(shí)，鑄模層74最好所選擇的鑄模材料其熱膨脹系數(shù)與DBC基板43相同，以防止鑄模層74龜裂、剝離。
此外，形成鑄模層74時(shí)，通過(guò)向DBC基板43端部一側(cè)鑄模層74加壓縮力，來(lái)增強(qiáng)這部分機(jī)械強(qiáng)度，由此使DBC基板43得到充分保護(hù)。
如上所述封閉功率元件芯片44的方法，也可以在DBC基板43等小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。
圖12是功率元件封裝與圖5所示存在殼體41的場(chǎng)合接近的例子。具體來(lái)說(shuō)，是底板42的上表面配置有框體73以包圍DBC基板43，通過(guò)使熔融的環(huán)氧樹(shù)脂澆灌流入框體73內(nèi)，在芯片44周圍進(jìn)行鑄模。這時(shí)，也設(shè)法使大塊電極47露出至鑄模層74外側(cè)。
這樣，與圖11所示未設(shè)置框體73的場(chǎng)合相比，可以更為確實(shí)地用鑄模層74包圍在芯片44的周圍。
圖11和圖12中，不論哪一種情況，均通過(guò)露出至鑄模層74外側(cè)的大塊電極47進(jìn)行配線，因而可以避免損壞功率元件的封裝進(jìn)行組裝和配線。
上述說(shuō)明盡管是對(duì)功率元件芯片44而言的，但不用說(shuō)，圖7和圖8中的二極管芯片64與此相同，也可以由環(huán)氧樹(shù)脂等通過(guò)鑄模方式進(jìn)行封閉。
按照第八實(shí)施例，功率元件芯片44或二極管芯片64周圍的絕緣性提高，芯片44或64的保護(hù)性能得到提高，因此能夠更加小型化。
<第九實(shí)施例>
圖13是用于說(shuō)明第九實(shí)施例，示出可獲得3電平交流輸出方式的逆變器單元其單相封裝配置和電連接關(guān)系的示意圖，圖14是圖13中電連接關(guān)系的示意圖。本實(shí)施例是多個(gè)單相逆變器單元組合構(gòu)成，可獲得2電平交流輸出的電力變換裝置。
逆變器單元包括第一和第二半導(dǎo)體功率元件1、2串聯(lián)連接的元件串聯(lián)電路；該元件串聯(lián)電路兩端連接的直流端子P、N；通過(guò)與元件串聯(lián)電路各功率元件1、2并聯(lián)連接箝位二極管9a、9b，從而串聯(lián)連接而成的箝位二極管電路；以及同第一和第二功率元件1、2的結(jié)點(diǎn)連接的交流端子AC。
而且，各功率元件芯片1、2分別經(jīng)封裝形成第一和第二元件封裝，和箝位二極管芯片9a、9b經(jīng)封裝形成箝位二極管封裝，其中，第一和第二元件封裝并排設(shè)置于箝位二極管封裝某一壁面。此外，直流端子P、N間電連接有緩沖電容器7。
按照如上所述的第九實(shí)施例，功率元件1、2，箝位二極管9a、9b，緩沖電容器7相互間連接的線路短，因此能夠降低電感。而且，將第一和第二元件封裝以及箝位二極管封裝做成如圖13所示的配置構(gòu)成，因而可減小裝置整體外形。
<變形例>
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以進(jìn)行如下變形。圖2或圖13中功率元件和二極管的電連接，也可以構(gòu)成為在功率元件封裝和二極管封裝的上部配置一利用較薄的絕緣材料絕緣的層積導(dǎo)體，靠該層積導(dǎo)體對(duì)各功率元件和各二極管進(jìn)行電連接。
綜上所述，按照本發(fā)明，就可提供一種可縮短直流端子、中性點(diǎn)端子至功率元件芯片之間線路，從而能夠降低電感，可減小各功率元件芯片間電流的不平衡，可提高冷卻性能，并且可以使裝置整體外形變小的電力變換裝置。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，通過(guò)多個(gè)單相逆變器單元組合而成，可獲得3電平交流輸出，其特征在于，所述逆變器單元包括第一～第四半導(dǎo)體功率元件串聯(lián)連接的元件串聯(lián)電路；該元件串聯(lián)電路兩端連接的直流端子；續(xù)流二極管分別與所述元件串聯(lián)電路中各功率元件并聯(lián)連接，而且該續(xù)流二極管串聯(lián)連接的續(xù)流二極管電路；與所述第二和第三功率元件的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的第一和第二箝位二極管的串聯(lián)電路；同所述第一和第二箝位二極管的結(jié)點(diǎn)連接的中性點(diǎn)端子；以及同所述第二和第三功率元件的結(jié)點(diǎn)連接的交流端子，所述各功率元件芯片分別經(jīng)封裝形成第一、第二、第三、第四元件封裝，所述2個(gè)中性點(diǎn)箝位二極管芯片經(jīng)封裝形成箝位二極管封裝，所述第一和第二以及第三和第四續(xù)流二極管芯片分別經(jīng)封裝形成第一和第二續(xù)流二極管封裝，其中，所述第一和第二續(xù)流二極管封裝并排設(shè)置于所述箝位二極管封裝某一壁面，所述第一、第二以及第三、第四元件封裝分別并排設(shè)置于該續(xù)流二極管封裝外側(cè)壁面。
2.一種電力變換裝置，通過(guò)多個(gè)單相逆變器單元組合而成，可獲得2電平交流輸出，其特征在于，所述逆變器單元包括第一和第二半導(dǎo)體功率元件串聯(lián)連接的元件串聯(lián)電路；該元件串聯(lián)電路兩端連接的直流端子；與所述元件串聯(lián)電路各功率元件并聯(lián)連接的箝位二極管構(gòu)成的箝位二極管串聯(lián)電路；以及同所述第一和第二功率元件的結(jié)點(diǎn)連接的交流端子，所述各功率元件芯片分別經(jīng)封裝形成第一和第二元件封裝，所述箝位二極管芯片經(jīng)封裝形成箝位二極管封裝，其中，所述第一和第二元件封裝并排設(shè)置于所述箝位二極管封裝某一壁面。
3.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述元件封裝包括以下構(gòu)成具有配線圖版以搭載所述元件芯片集電極的絕緣配線基板；搭載該絕緣配線基板的底板；所述元件芯片發(fā)射極處配置的大塊電極；該大塊電極上配置的發(fā)射極梁式引線；從所述配線圖版引出的集電極梁式引線；從上面覆蓋所述發(fā)射極梁式引線、具有插入控制極引線的通孔的控制極基板；以及置放它們的殼體。
4.如權(quán)利要求3所述的電力變換裝置，其特征在于，利用絕緣鑄模樹(shù)脂封閉所述元件芯片周圍。
5.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述續(xù)流二極管封裝包括以下構(gòu)成具有配線圖版以搭載所述續(xù)流二極管芯片的絕緣配線基板；搭載該絕緣配線基板的底板；所述續(xù)流二極管芯片上側(cè)配置的大塊電極；設(shè)于該大塊電極上在續(xù)流二極管間電連接的梁式引線；以及置放它們的殼體。
6.如權(quán)利要求5所述的電力變換裝置，其特征在于，所述續(xù)流二極管封裝以2個(gè)續(xù)流二極管芯片為一組。
7.如權(quán)利要求5所述的電力變換裝置，其特征在于，利用絕緣鑄模樹(shù)脂封閉所述續(xù)流二極管芯片周圍。
8.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，在風(fēng)冷式散熱器和導(dǎo)熱管形成為一體的冷卻器上，相對(duì)于所述續(xù)流二極管封裝正交，搭載固定所述各功率元件封裝，相對(duì)于所述續(xù)流二極管封裝正交，搭載固定所述箝位二極管封裝。
9.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，兩片板狀直流端子間靠某一端處配置絕緣體，該直流端子靠另一端處在直流端子的中間配置所述中性點(diǎn)端子，該某一直流端子和該中性點(diǎn)端子間以及該中性點(diǎn)端子和該另一直流端子間分別配置構(gòu)成緩沖電路的緩沖電容器，在冷卻器上裝配所述箝位二極管封裝和所述續(xù)流二極管封裝，將所述箝位二極管和所述續(xù)流二極管分別以電氣和機(jī)械方式與所述直流端子和所述中性點(diǎn)端子連接。
10.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述中性點(diǎn)端子同所述直流端子兩者間分別配置了緩沖電容器。
11.如權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于，所述直流端子間配置了緩沖電容器。
12.如權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于，逆變器單元安裝在構(gòu)成冷卻器的導(dǎo)熱管的兩側(cè)側(cè)面，通過(guò)所述導(dǎo)熱管中經(jīng)過(guò)的配線進(jìn)行這些逆變器單元相互間的電連接。
13.如權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于，相互正交配置固定元件封裝和箝位二極管封裝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可降低電感,可以提高冷卻性能,并且可以減小裝置整體外形的電力變換裝置。多個(gè)單相逆變器單元組合而成可獲得3電平交流輸出的電力變換裝置包括:各功率元件1～4分別經(jīng)封裝的第一～第四元件封裝;第一和第二以及第三和第四續(xù)流二極管5、6分別經(jīng)封裝的第一和第二續(xù)流二極管;以及2個(gè)中性點(diǎn)箝位二極管9經(jīng)封裝的箝位二極管封裝,第一和第二續(xù)流二極管封裝并排設(shè)置于箝位二極管封裝某一壁面,第一、第二以及第三、第四元件封裝分別并排設(shè)置于該續(xù)流二極管封裝外側(cè)壁面。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK1244064SQ9911193
公開(kāi)日2000年2月9日 申請(qǐng)日期1999年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月4日
發(fā)明者木島研二, 大村一郎, 齋藤?zèng)龇?申請(qǐng)人:東芝株式會(huì)社