雙元件功率模塊及使用該雙元件功率模塊的三電平功率轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雙元件功率模塊及使用該雙元件功率模塊的三電平功率轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以往使用雙元件功率模塊的鐵道車輛用三電平功率轉(zhuǎn)換裝置采用如下結(jié)構(gòu):串聯(lián)連接來構(gòu)成上下臂的四個開關(guān)元件中，分別由雙元件功率模塊來構(gòu)成外側(cè)開關(guān)元件彼此(位于上位電位側(cè)的開關(guān)元件及位于下位電位側(cè)的開關(guān)元件)以及內(nèi)側(cè)開關(guān)元件彼此(夾持于兩個外側(cè)開關(guān)元件之間的兩個開關(guān)元件)，并將另設(shè)的二極管模塊用作為連接于構(gòu)成上臂的兩個開關(guān)元件彼此的連接點與構(gòu)成下臂的兩個開關(guān)元件彼此的連接點之間的鉗位二極管(例如下述專利文獻(xiàn)I)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0003]專利文獻(xiàn)1:國際公開第2008/075418號

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0004]如上所述，使用現(xiàn)有的雙元件功率模塊的鐵道車輛用三電平功率轉(zhuǎn)換裝置中分別由雙元件功率模塊來構(gòu)成外側(cè)開關(guān)元件彼此及內(nèi)側(cè)開關(guān)元件彼此。因此，具有如下問題:模塊內(nèi)部的低電感結(jié)構(gòu)作為鐵道車輛用三電平功率轉(zhuǎn)換裝置所需的低電感電路所發(fā)揮的效果不足，無法充分發(fā)揮雙元件功率模塊的特征。
[0005]另外，上述專利文獻(xiàn)I中，雖未提及雙元件功率模塊的元件配置或端子位置等，但仍有余地對各模塊配置作為鐵道車輛用三電平功率轉(zhuǎn)換裝置所需的低電感電路發(fā)揮作用的效果進(jìn)行改善，期望電感更低的結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明鑒于上述情況而得以完成，其目的在于提供一種能充分發(fā)揮雙元件功率模塊的特征且能構(gòu)成電感更低的電路的三電平功率轉(zhuǎn)換裝置。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0007]為解決上述問題，達(dá)成目的，本發(fā)明包括選出上位側(cè)直流端子、中間電位直流端子及下位側(cè)直流端子中的某一個的電位，并輸出至交流端子的一個相的功率轉(zhuǎn)換電路部，其特征在于，該功率轉(zhuǎn)換電路部具備:具有上位電位側(cè)的外側(cè)開關(guān)元件及上位電位側(cè)的鉗位元件的第I雙元件功率模塊、由上位電位側(cè)的內(nèi)側(cè)開關(guān)元件及下位電位側(cè)的內(nèi)側(cè)開關(guān)元件所構(gòu)成的第2雙元件功率模塊、具有下位電位側(cè)的外側(cè)開關(guān)元件及下位電位側(cè)的鉗位元件的第3雙元件功率模塊，所述第I至第3雙元件功率模塊均是相同結(jié)構(gòu)的雙元件三端子功率模塊，分別具有與一元件的上位側(cè)電位部相連接的第I電極、與一元件的下位側(cè)電位部和另一元件的上位側(cè)電位部之間的連接部相連接的第2電極、以及與另一元件的下位側(cè)電位部相連接的第3電極，所述第I雙元件功率模塊的所述第I電極與所述上位側(cè)直流端子相連，所述第I雙元件功率模塊的所述第2電極與所述第2雙元件功率模塊的所述第I電極相連，所述第I雙元件功率模塊的所述第3電極與所述中間電位直流端子相連，所述第3雙元件功率模塊的所述第I電極與所述中間電位直流端子相連，所述第2雙元件功率模塊的所述第2電極與所述交流端子相連，所述第2雙元件功率模塊的所述第3電極與所述第3雙元件功率模塊的所述第2電極相連，所述第3雙元件功率模塊的所述第3電極與所述下位側(cè)直流端子相連。
發(fā)明效果
[0008]根據(jù)本發(fā)明，起到如下效果:能夠利用同一結(jié)構(gòu)的三個雙元件功率模塊來構(gòu)成低電感電路。
【附圖說明】
[0009]圖1是表示實施方式I所涉及的雙元件功率模塊的大致形狀的立體圖。
圖2是圖1所示的雙元件功率模塊的電路圖。
圖3是用于說明三電平功率轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)的局部電路圖。
圖4是添加了電感環(huán)路后示出的三電平功率轉(zhuǎn)換裝置的局部電路圖。
圖5是實施方式I所涉及的三電平功率轉(zhuǎn)換裝置的局部電路圖。
圖6是將圖5的電路圖改畫成各組開關(guān)元件相靠近的電路圖。
圖7是在圖6的電路圖中添加了兩個電感環(huán)路后得到的圖。
圖8是用于說明實施方式I所涉及的三電平功率轉(zhuǎn)換裝置的動作的說明圖。
圖9是說明由三端子來構(gòu)成雙元件功率模塊的效果的圖。
圖10是示意性示出使用了本發(fā)明的實施方式2所涉及的雙元件功率模塊的三電平功率轉(zhuǎn)換裝置中的模塊配置例的俯視圖。
圖11是示意性示出使用了本發(fā)明的實施方式3所涉及的雙元件功率模塊的三電平功率轉(zhuǎn)換裝置中的模塊配置例的俯視圖。
圖12是從圖11的X方向進(jìn)行觀察的向視圖。
圖13是從圖11的Y方向進(jìn)行觀察的向視圖。
【具體實施方式】
[0010]下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式所涉及的三電平功率轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。此夕卜，本發(fā)明并不局限于以下示出的實施方式。
[0011]實施方式I
首先，參照圖1及圖2來說明本發(fā)明的實施方式I所涉及的雙元件功率模塊。圖1是表示實施方式I所涉及的雙元件功率模塊的大致形狀的立體圖，圖2是圖1所示的雙元件功率模塊的電路圖。
[0012]實施方式I所涉及的雙元件功率模塊I如圖1及圖2所示,作為開關(guān)元件的MOSFET與作為所謂的續(xù)流二極管進(jìn)行動作的二極管(以下記為“FWD”)反向并聯(lián)連接而成的兩個元件對、即第I元件對10及第2元件對12收納在封裝體(模塊殼體)內(nèi)。
[0013]第I元件對10具有第I電極Ml以及第2電極M2，第I元件對10中，在模塊內(nèi)MOSFET的漏極與FWD的陰極電連接，第I電極Ml與該連接部(上位側(cè)電位部)電連接，在模塊內(nèi)MOSFET的源極與FWD的陽極電連接，第2電極M2與該連接部(下位側(cè)電位部)電連接。另外，在第2元件對12中，在模塊內(nèi)MOSFET的漏極與FWD的陰極電連接，其連接部(上位側(cè)電位部)與第2電極M2電連接。在模塊內(nèi)MOSFET的源極與FWD的陽極電連接，該連接部(下位側(cè)電位部)與第3電極M3電連接，第I元件對10還具有該第3電極M3。在使用MOSFET以外的開關(guān)元件的情況下，也將第I元件對及第2元件對的FWD的陰極側(cè)稱作上位側(cè)或上位電位側(cè)，將第I元件對及第2元件對的FWD的陽極側(cè)稱作下位側(cè)或下位電位側(cè)。
[0014]上述第I至第3電極設(shè)于模塊殼體的一個主面?zhèn)?。第I電極及第3電極在模塊殼體的長邊方向上的一個端部側(cè)沿與該長邊方向正交的方向排列，第2電極配置在該模塊殼體的長邊方向的另一個端部側(cè)。
[0015]由此，實施方式I所涉及的雙元件功率模塊構(gòu)成為具有引出至同一主面?zhèn)鹊牡贗電極Ml?第3電極M3這三個電極(端子)的三端子型模塊。此外，柵極電極(端子)與三個電極分開設(shè)置。
[0016]接下來，對使用實施方式I所涉及的功率模塊的三電平功率轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。
[0017]首先，圖3是用于說明三電平功率轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)的局部電路圖，圖示出了適用于鐵道車輛的三電平功率轉(zhuǎn)換裝置中的直流鏈路部的部分及與一相對應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換電路部(一相的功率轉(zhuǎn)換電路部)的結(jié)構(gòu)。直流鏈路部中存在有串聯(lián)連接的兩個電容器、連接于兩個電容器的一端的上位側(cè)直流端子P、連接于另一端的下位側(cè)直流端子N、以及連接于2個電容器的相連部位的中間電位端子C。將上位側(cè)直流端子P所存在的一側(cè)稱為上位電位側(cè)，將下位側(cè)直流端子N所存在的一側(cè)稱作下位電位側(cè)。一相的功率轉(zhuǎn)換電路部選擇上位側(cè)直流端子P、中間電位端子C以及下位側(cè)直流端子N中的某一個的電位，并輸出到交流端子AC。
[0018]該三電平功率轉(zhuǎn)換裝置中的功率轉(zhuǎn)換電路部中，如圖3所示，包括位于上位電位側(cè)外側(cè)的開關(guān)元件(以下稱作“上位外側(cè)開關(guān)元件”)101、位于上位電位側(cè)內(nèi)側(cè)的開關(guān)元件(以下稱作“上位內(nèi)側(cè)開關(guān)元件”)102、位于下位電位側(cè)內(nèi)側(cè)的開關(guān)元件(以下稱作“下位內(nèi)側(cè)開關(guān)元件”)103、位于下位電位側(cè)外側(cè)的開關(guān)元件(以下稱作“下位外側(cè)開關(guān)元件”)104、作為上位電位側(cè)的中性點鉗位二極管來進(jìn)行工作的開關(guān)元件(以下稱作“上位側(cè)鉗位元件”)105以及作為下位電位側(cè)的中性點鉗位二極管來進(jìn)行工作的開關(guān)元件(