JP2001057407A - ヒートシンク配置装置 - Google Patents
ヒートシンク配置装置Info
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- JP2001057407A JP2001057407A JP23209399A JP23209399A JP2001057407A JP 2001057407 A JP2001057407 A JP 2001057407A JP 23209399 A JP23209399 A JP 23209399A JP 23209399 A JP23209399 A JP 23209399A JP 2001057407 A JP2001057407 A JP 2001057407A
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- heat sinks
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヒートシンク間を高誘電率絶縁体で絶縁し
て、小型化および主回路インダクタンスの低下を図るよ
うにした。 【解決手段】 ヒートシンク１１ａ〜１１ｄには、各電
力用半導体素子１２ａ〜１２ｄのいずれかの主端子が電
気的に接続されている。また、べ一ス板と主端子の間に
は、べース−エミッタ間の電圧以上の電圧が印加されな
いように構成されている。電力用半導体素子１２ａ〜１
２ｄには主回路配線１３が電気的に接続されている。ヒ
ートシンク１１ａ〜１１ｄ間には、それぞれのヒートシ
ンクを絶縁をするために、絶縁体１４ａ，１４ｂ，１４
ｃが挟持されている。ヒートシンク１１ａ〜１１ｄ同士
は、その対向する面を平面に形成しておくと、ヒートシ
ンク間に等価コンデンサが形成されるようになる。
て、小型化および主回路インダクタンスの低下を図るよ
うにした。 【解決手段】 ヒートシンク１１ａ〜１１ｄには、各電
力用半導体素子１２ａ〜１２ｄのいずれかの主端子が電
気的に接続されている。また、べ一ス板と主端子の間に
は、べース−エミッタ間の電圧以上の電圧が印加されな
いように構成されている。電力用半導体素子１２ａ〜１
２ｄには主回路配線１３が電気的に接続されている。ヒ
ートシンク１１ａ〜１１ｄ間には、それぞれのヒートシ
ンクを絶縁をするために、絶縁体１４ａ，１４ｂ，１４
ｃが挟持されている。ヒートシンク１１ａ〜１１ｄ同士
は、その対向する面を平面に形成しておくと、ヒートシ
ンク間に等価コンデンサが形成されるようになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体電力変換
器に用いられる電力用半導体素子を高電圧化させるため
に、その素子を直列接続したときのヒートシンク配置装
置に関する。
器に用いられる電力用半導体素子を高電圧化させるため
に、その素子を直列接続したときのヒートシンク配置装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体電力変換器に用いられる電力用半
導体素子の耐圧には限界がある。近年、この耐圧をさら
に高めた高電圧・大容量の半導体電力変換器の需要が高
まりつつある。このような高電圧・大容量の半導体電力
変換器を実現する一手段として、電力用半導体素子を複
数個直列に接続して１個のスイッチとして取り扱う手段
がある。
導体素子の耐圧には限界がある。近年、この耐圧をさら
に高めた高電圧・大容量の半導体電力変換器の需要が高
まりつつある。このような高電圧・大容量の半導体電力
変換器を実現する一手段として、電力用半導体素子を複
数個直列に接続して１個のスイッチとして取り扱う手段
がある。
【０００３】電力用半導体素子は、大きくモジュール形
と圧接形に分けられる。モジュール形電力用半導体素子
では、べ一ス板と主端子の間の絶縁耐圧が定義されてお
り、この絶縁耐圧を越える電圧が印加されないようにす
る必要がある。電力用半導体素子を用いる際には、放熱
用にヒートシンクを配置するのが普通である。ヒートシ
ンクは、通常、金属製で導電性があるため、直列接続す
る複数個のモジュール形素子を１個のヒートシンク上に
配置する場合、直列数が多いときは絶縁耐圧を超える電
圧がかかるおそれがある。
と圧接形に分けられる。モジュール形電力用半導体素子
では、べ一ス板と主端子の間の絶縁耐圧が定義されてお
り、この絶縁耐圧を越える電圧が印加されないようにす
る必要がある。電力用半導体素子を用いる際には、放熱
用にヒートシンクを配置するのが普通である。ヒートシ
ンクは、通常、金属製で導電性があるため、直列接続す
る複数個のモジュール形素子を１個のヒートシンク上に
配置する場合、直列数が多いときは絶縁耐圧を超える電
圧がかかるおそれがある。
【０００４】このため、１個のヒートシンク上に配置で
きるモジュール形電力半導体素子の個数には限界があ
り、それ以上を直列接続する場合にはヒートシンクを分
離し、ヒートシンク間で絶縁を確保する必要がある。な
お、圧接形電力用半導体素子の場合は構造上そのような
問題は発生しない。
きるモジュール形電力半導体素子の個数には限界があ
り、それ以上を直列接続する場合にはヒートシンクを分
離し、ヒートシンク間で絶縁を確保する必要がある。な
お、圧接形電力用半導体素子の場合は構造上そのような
問題は発生しない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにモジュー
ル形電力用半導体素子を直列接続する場合、その半導体
素子に取り付けられるヒートシンクを分離する必要があ
るため、ヒートシンク配置の関係から半導体電力変換器
全体の装置が大型化しやすくなるという問題がある。
ル形電力用半導体素子を直列接続する場合、その半導体
素子に取り付けられるヒートシンクを分離する必要があ
るため、ヒートシンク配置の関係から半導体電力変換器
全体の装置が大型化しやすくなるという問題がある。
【０００６】また、圧接形電力用半導体素子に比較して
主回路の配線長が長くなりやすいため、主回路のインダ
クタンスが大きくなって、結果的に必要なスナバコンデ
ンサの容量が大きくなるという問題がある。スナバコン
デンサの容量が大きくなるとスナバ損失が増大し、変換
効率が低下する問題も発生する。
主回路の配線長が長くなりやすいため、主回路のインダ
クタンスが大きくなって、結果的に必要なスナバコンデ
ンサの容量が大きくなるという問題がある。スナバコン
デンサの容量が大きくなるとスナバ損失が増大し、変換
効率が低下する問題も発生する。
【０００７】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、ヒートシンク間を高誘電率絶縁体で絶縁して、小
型化および主回路インダクタンスの低下を図るようにし
たヒートシンク配置装置を提供することを課題とする。
ので、ヒートシンク間を高誘電率絶縁体で絶縁して、小
型化および主回路インダクタンスの低下を図るようにし
たヒートシンク配置装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を達成するために、第１発明は、モジュール形半導体素
子を複数個直列接続して使用するものにおいて、各半導
体素子をそれぞれのヒートシンクに配置し、各ヒートシ
ンクを各半導体素子の一方の主端子に電気的に接続し、
各ヒートシンク間に絶縁体を設けてヒートシンクを電気
的に分離し、各半導体素子のエミッタ電極間に等価コン
デンサを形成するようにしたことを特徴とするものであ
る。
を達成するために、第１発明は、モジュール形半導体素
子を複数個直列接続して使用するものにおいて、各半導
体素子をそれぞれのヒートシンクに配置し、各ヒートシ
ンクを各半導体素子の一方の主端子に電気的に接続し、
各ヒートシンク間に絶縁体を設けてヒートシンクを電気
的に分離し、各半導体素子のエミッタ電極間に等価コン
デンサを形成するようにしたことを特徴とするものであ
る。
【０００９】第２発明は、前記等価コンデンサが形成さ
れない側のヒートシンクに金属板を設置し、この金属板
とヒートシンクの間に絶縁体を設けたことを特徴とする
ものである。
れない側のヒートシンクに金属板を設置し、この金属板
とヒートシンクの間に絶縁体を設けたことを特徴とする
ものである。
【００１０】第３発明は、前記絶縁体は高誘電率かつ高
絶縁耐圧を有することを特徴とするものである。
絶縁耐圧を有することを特徴とするものである。
【００１１】第４発明は、前記各ヒートシンクを各半導
体素子の一方の主端子に電気的に接続する際に抵抗を介
して接続し、この抵抗にスナバ抵抗の機能を持たせたこ
とを特徴とするものである。
体素子の一方の主端子に電気的に接続する際に抵抗を介
して接続し、この抵抗にスナバ抵抗の機能を持たせたこ
とを特徴とするものである。
【００１２】第５発明は、前記ヒートシンク同士が対向
する面に波形部を形成し、この波形部を挟み込むように
構成し、両ヒートシンクの波形部間絶縁体を設けて、等
価コンデンサの容量を増加させたようにしたことを特徴
するものである。
する面に波形部を形成し、この波形部を挟み込むように
構成し、両ヒートシンクの波形部間絶縁体を設けて、等
価コンデンサの容量を増加させたようにしたことを特徴
するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１はこの発明による実施の形態
を示すヒートシンクの配置装置の側面図で、この実施の
形態は、各ヒートシンクに１個づつのモジュール形電力
用半導体素子（以下電力用半導体素子と称す）を配置し
た例を示している。
に基づいて説明する。図１はこの発明による実施の形態
を示すヒートシンクの配置装置の側面図で、この実施の
形態は、各ヒートシンクに１個づつのモジュール形電力
用半導体素子（以下電力用半導体素子と称す）を配置し
た例を示している。
【００１４】図１において、各ヒートシンク１１ａ〜１
１ｄには、各電力用半導体素子１２ａ〜１２ｄのいずれ
かの主端子（図示省略）が電気的に接続されている。ま
た、べ一ス板（図示省略）と主端子の間には、べース−
エミッタ間の電圧以上の電圧が印加されないように構成
されている。なお、１３は主回路配線で、この主回路配
線１３は電力用半導体素子１２ａ〜１２ｄに電気的に接
続されている。
１ｄには、各電力用半導体素子１２ａ〜１２ｄのいずれ
かの主端子（図示省略）が電気的に接続されている。ま
た、べ一ス板（図示省略）と主端子の間には、べース−
エミッタ間の電圧以上の電圧が印加されないように構成
されている。なお、１３は主回路配線で、この主回路配
線１３は電力用半導体素子１２ａ〜１２ｄに電気的に接
続されている。
【００１５】各ヒートシンク１１ａ〜１１ｄ間には、そ
れぞれのヒートシンクを電気的に分離絶縁をするため
に、絶縁体１４ａ，１４ｂ，１４ｃが挟持されている。
なお、小型化および主回路インダクタンス低下のため
に、ヒートシンク１１ａ〜１１ｄ間はできるだけ密着さ
せるように配置する。各ヒートシンク１１ａ〜１１ｄ同
士は、その対向する面を平面に形成しておくと、ヒート
シンク間で後述するようなコンデンサが形成されるよう
になる。
れぞれのヒートシンクを電気的に分離絶縁をするため
に、絶縁体１４ａ，１４ｂ，１４ｃが挟持されている。
なお、小型化および主回路インダクタンス低下のため
に、ヒートシンク１１ａ〜１１ｄ間はできるだけ密着さ
せるように配置する。各ヒートシンク１１ａ〜１１ｄ同
士は、その対向する面を平面に形成しておくと、ヒート
シンク間で後述するようなコンデンサが形成されるよう
になる。
【００１６】このコンデンサは、図２の等価回路図に示
すように各電力用半導体素子１２ａ〜１２ｄのエミッタ
電極間に等価コンデンサＣ1〜Ｃ3として入る。この等価
コンデンサＣ1〜Ｃ3は、図示しないスナバコンデンサの
補助として働き、結果的にサージ電圧の低下及び必要な
スナバコンデンサ容量の低下を可能にする。ヒートシン
ク１１ａ〜１１ｄ間に挟む絶縁体１４ａ〜１４ｃとして
は高誘電率・高絶縁耐圧のものが好ましい。例えば、高
耐圧なフィルムコンデンサの誘電体として用いられるメ
タライズドポリエステルフィルムなどが好適である。
すように各電力用半導体素子１２ａ〜１２ｄのエミッタ
電極間に等価コンデンサＣ1〜Ｃ3として入る。この等価
コンデンサＣ1〜Ｃ3は、図示しないスナバコンデンサの
補助として働き、結果的にサージ電圧の低下及び必要な
スナバコンデンサ容量の低下を可能にする。ヒートシン
ク１１ａ〜１１ｄ間に挟む絶縁体１４ａ〜１４ｃとして
は高誘電率・高絶縁耐圧のものが好ましい。例えば、高
耐圧なフィルムコンデンサの誘電体として用いられるメ
タライズドポリエステルフィルムなどが好適である。
【００１７】図２に示す等価回路図から明らかなよう
に、この実施の形態では、形成される等価コンデンサＣ
1〜Ｃ3の数は、電力用半導体素子の直列数から「１」を
引いた値となる。すなわち、最上段の電力用半導体素子
もしくは最下段の電力用半導体素子のみに等価コンデン
サが形成されない。
に、この実施の形態では、形成される等価コンデンサＣ
1〜Ｃ3の数は、電力用半導体素子の直列数から「１」を
引いた値となる。すなわち、最上段の電力用半導体素子
もしくは最下段の電力用半導体素子のみに等価コンデン
サが形成されない。
【００１８】この結果、スナバコンデンサの合成容量に
ばらつきが生じる。スナバコンデンサのばらつきは、直
列接続した電力用半導体素子の電圧分担を悪化させる原
因となるので、好ましくない。これを解決するために、
図３に示すように等価コンデンサが形成されない側のヒ
ートシンク（図３では図示最上段のヒートシンク）に金
属板１５を設置し、この金属板１５とヒートシンク１１
ａの間に絶縁体１４ｄを挟み込む。この金属板１５を直
列接続の末端の端子（図３では最上段の電力用半導体素
子１２ａのコレクタ）に接続することで全ての電力用半
導体素子１２ａ〜１２ｄに等価コンデンサＣ1〜Ｃ4が形
成されることになる。
ばらつきが生じる。スナバコンデンサのばらつきは、直
列接続した電力用半導体素子の電圧分担を悪化させる原
因となるので、好ましくない。これを解決するために、
図３に示すように等価コンデンサが形成されない側のヒ
ートシンク（図３では図示最上段のヒートシンク）に金
属板１５を設置し、この金属板１５とヒートシンク１１
ａの間に絶縁体１４ｄを挟み込む。この金属板１５を直
列接続の末端の端子（図３では最上段の電力用半導体素
子１２ａのコレクタ）に接続することで全ての電力用半
導体素子１２ａ〜１２ｄに等価コンデンサＣ1〜Ｃ4が形
成されることになる。
【００１９】形成される等価コンデンサＣ1〜Ｃ4は、電
気的に図示しないスナバ回路と同じ位置に接続されるの
で、コンデンサの容量やインダクタンスによってはスナ
バ抵抗を接続する必要がある。この場合、図４に示すよ
うに、各ヒートシンク１１ａ〜１１ｄには、各電力用半
導体素子１２ａ〜１２ｄの主端子の一方を接続する際に
抵抗Ｒ1〜Ｒ5を介して接続すればよい。
気的に図示しないスナバ回路と同じ位置に接続されるの
で、コンデンサの容量やインダクタンスによってはスナ
バ抵抗を接続する必要がある。この場合、図４に示すよ
うに、各ヒートシンク１１ａ〜１１ｄには、各電力用半
導体素子１２ａ〜１２ｄの主端子の一方を接続する際に
抵抗Ｒ1〜Ｒ5を介して接続すればよい。
【００２０】図５は形成される等価コンデンサ容量を大
きくするためのヒートシンク形状を示す側面図で、この
図５に示すようにヒートシンク２１ａ，２１ｂが対向す
る面に波形部２２ａ，２２ｂを持つヒートシンク２１
ａ，２１ｂを用い、両波形部２２ａ，２２ｂが対面する
空間に図に示すような波形形状の絶縁体２３を挿入する
ことで、コンデンサとして機能する面積が増大し、等価
コンデンサ容量の増加が可能となる。
きくするためのヒートシンク形状を示す側面図で、この
図５に示すようにヒートシンク２１ａ，２１ｂが対向す
る面に波形部２２ａ，２２ｂを持つヒートシンク２１
ａ，２１ｂを用い、両波形部２２ａ，２２ｂが対面する
空間に図に示すような波形形状の絶縁体２３を挿入する
ことで、コンデンサとして機能する面積が増大し、等価
コンデンサ容量の増加が可能となる。
【００２１】上記実施の形態では１個のヒートシンクに
１個の電力用半導体素子を配置した場合について述べた
が、電力用半導体素子の耐圧の問題がない範囲では、１
個のヒートシンクに複数個の電力用半導体素子を配置す
るようにしてもよい。
１個の電力用半導体素子を配置した場合について述べた
が、電力用半導体素子の耐圧の問題がない範囲では、１
個のヒートシンクに複数個の電力用半導体素子を配置す
るようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
ヒートシンク間を高誘電率絶縁体で絶縁することで、小
型化・主回路インダクタンスの低下が可能となり、ま
た、ヒートシンク間でコンデンサが形成されるため、ス
ナバコンデンサ容量の小型化が可能となり、しかも、主
回路損失が低下を図ることができる利点がある。
ヒートシンク間を高誘電率絶縁体で絶縁することで、小
型化・主回路インダクタンスの低下が可能となり、ま
た、ヒートシンク間でコンデンサが形成されるため、ス
ナバコンデンサ容量の小型化が可能となり、しかも、主
回路損失が低下を図ることができる利点がある。
【図１】この発明の実施の形態を示す側面図。
【図２】等価コンデンサが形成される状態を示す説明
図。
図。
【図３】ヒートシンクの一端に金属板を増設した場合の
構成説明図。
構成説明図。
【図４】半導体素子の主端子とヒートシンクの間を抵抗
で接続した場合の構成説明図。
で接続した場合の構成説明図。
【図５】等価コンデンサ容量を増大させるためのヒート
シンク形状を示す側面図。
シンク形状を示す側面図。
１１ａ〜１１ｄ…ヒートシンク １２ａ〜１２ｄ…電力用半導体素子 １３…主回路配線 １４ａ〜１４ｄ…絶縁体 １５…金属板 Ｃ1〜Ｃ4…等価コンデンサ Ｒ1〜Ｒ5…抵抗
Claims (5)
- 【請求項１】 モジュール形半導体素子を複数個直列接
続して使用するものにおいて、 各半導体素子をそれぞれのヒートシンクに配置し、各ヒ
ートシンクを各半導体素子の一方の主端子に電気的に接
続し、各ヒートシンク間に絶縁体を設けてヒートシンク
を電気的に分離して、各半導体素子のエミッタ電極間に
等価コンデンサを形成するようにしたことを特徴とする
ヒートシンク配置装置。 - 【請求項２】 前記等価コンデンサが形成されない側の
ヒートシンクに金属板を設置し、この金属板とヒートシ
ンクの間に絶縁体を設けたことを特徴とする請求項１記
載のヒートシンク配置装置。 - 【請求項３】 前記絶縁体は高誘電率かつ高絶縁耐圧を
有することを特徴とする請求項１、２記載のヒートシン
ク配置装置。 - 【請求項４】 前記各ヒートシンクを各半導体素子の一
方の主端子に電気的に接続する際に抵抗を介して接続
し、この抵抗にスナバ抵抗の機能を持たせたことを特徴
とする請求項１〜３記載のヒートシンク配置装置。 - 【請求項５】 前記ヒートシンク同士が対向する面に波
形部を形成し、この波形部を挟み込むように構成し、両
ヒートシンクの波形部間絶縁体を設けて、等価コンデン
サの容量を増加させたようにしたことを特徴する請求項
３、４記載のヒートシンク配置装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23209399A JP2001057407A (ja) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | ヒートシンク配置装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23209399A JP2001057407A (ja) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | ヒートシンク配置装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001057407A true JP2001057407A (ja) | 2001-02-27 |
Family
ID=16933905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23209399A Pending JP2001057407A (ja) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | ヒートシンク配置装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001057407A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006216730A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 電力用半導体モジュール |
| US10164519B2 (en) | 2013-10-04 | 2018-12-25 | Abb Schweiz Ag | Semiconductor stack for converter with snubber capacitors |
-
1999
- 1999-08-19 JP JP23209399A patent/JP2001057407A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006216730A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 電力用半導体モジュール |
| JP4581717B2 (ja) * | 2005-02-03 | 2010-11-17 | 富士電機ホールディングス株式会社 | 電力用半導体モジュール |
| US10164519B2 (en) | 2013-10-04 | 2018-12-25 | Abb Schweiz Ag | Semiconductor stack for converter with snubber capacitors |
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