JP2011146686A - パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 - Google Patents
パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011146686A JP2011146686A JP2010244780A JP2010244780A JP2011146686A JP 2011146686 A JP2011146686 A JP 2011146686A JP 2010244780 A JP2010244780 A JP 2010244780A JP 2010244780 A JP2010244780 A JP 2010244780A JP 2011146686 A JP2011146686 A JP 2011146686A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- module
- vehicle
- diode
- switching element
- diode element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 26
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 6
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2200/00—Type of vehicles
- B60L2200/26—Rail vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
【解決手段】鉄道車両用の電力変換装置に適用されるパワー半導体モジュールにおいて、IGBTとSiC−FWDとが逆並列に接続されてなる素子対62と、Si−IGBTとSiC−FWDとが逆並列に接続されてなる素子対64と、を有し、素子対62は電力変換装置の正側アームとして動作し、素子対64は電力変換装置の負側アームとして動作するように1つのモジュール内に収容され、2in1モジュールとして構成されると共に、素子対62,64におけるIGBTチップの占有面積に対するSiC−FWDチップの占有面積の比が15%以上、且つ、45%未満であるように形成される。
【選択図】図3
Description
まず、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置について説明する。図1は、本実施の形態にかかる電力変換装置の概略の機能構成を示す図であり、鉄道車両100に搭載される電力変換装置50の一構成例を示している。同図に示すように、電力変換装置50は、コンバータ10、コンデンサ20およびインバータ30を備えて構成される。鉄道車両100には、電力変換装置50の入力端側に配置されてコンバータ10に接続される変圧器6および、電力変換装置50の出力端側に配置されてインバータ30に接続され、電力変換装置50からの電力供給を受けて車両を駆動する電動機40が搭載されている。なお、電動機40としては、誘導電動機や同期電動機が好適である。
2 集電装置
3 車輪
4 レール
6 変圧器
10 コンバータ
20 コンデンサ
30 インバータ
40 電動機
50 電力変換装置
60 2in1モジュール
62 素子対(第1の素子対)
64 素子対(第2の素子対)
72 素子対
70 1in1モジュール
100 鉄道車両
C,C1,C2 コレクタ電極
E,E1,E2 エミッタ電極
UNC,VNC,WNC,UNI,VNI,WNI,UPC,VPC,WPC,UPI,VPI,WPI スイッチング素子
Claims (10)
- 鉄道車両用の電力変換装置に適用されるパワー半導体モジュールにおいて、
第1のスイッチング素子と第1のダイオード素子とが逆並列に接続されて前記電力変換装置の正側アームとして動作する第1の素子対と、
第2のスイッチング素子と第2のダイオード素子とが逆並列に接続されて前記電力変換装置の負側アームとして動作する第2の素子対とを直列に接続し、
前記車両の加速時には前記第1のダイオード素子と前記第2のダイオード素子とに電流が流れ、
前記車両の減速時には前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とに電流が流れる2in1モジュールとして構成され、
前記各素子対におけるスイッチング素子の占有面積に対するダイオード素子の占有面積の比が15%以上、且つ、45%未満であり、
前記第1および第2のダイオード素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成され、前記第1および第2のスイッチング素子と温度上昇が同等になるようなサイズに形成されている
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いた半導体であることを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体モジュール。
- 前記第1および第2のスイッチング素子は、IGBT素子またはMOSFET素子であることを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体モジュール。
- 鉄道車両に搭載され、入力された交流電圧を所望の直流電圧に変換して出力するコンバータを有する電力変換装置において、
前記コンバータは、
第1のスイッチング素子と第1のダイオード素子とが逆並列に接続されて前記電力変換装置の正側アームが構成され、
第2のスイッチング素子と第2のダイオード素子とが逆並列に接続されて前記電力変換装置の負側アームが構成され、
前記正側アームと前記負側アームとが直列接続されてなるレグが1つのモジュール内に収容され、
前記各レグを構成する第1および第2の素子対は、1つのモジュール内に収容され、
前記車両の加速時には前記第1のダイオード素子と前記第2のダイオード素子とに電流が流れ、
前記車両の減速時には前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とに電流が流れる2in1モジュールとして構成され、
前記モジュールにおける前記第1および第2のスイッチング素子の占有面積に対する前記第1および第2のダイオード素子の占有面積の比が15%以上、且つ、45%未満であり、
前記第1および第2のダイオード素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成され、前記第1および第2のスイッチング素子と温度上昇が同等になるようなサイズに形成されている
ことを特徴とする電力変換装置。 - 入力された交流電圧を所望の直流電圧に変換して出力するコンバータを有する電力変換装置と、
前記電力変換装置からの電力供給を受けて車両を駆動する電動機とを備えた鉄道車両において、
前記コンバータは、
第1のスイッチング素子と第1のダイオード素子とが逆並列に接続されて前記電力変換装置の正側アームが構成され、
第2のスイッチング素子と第2のダイオード素子とが逆並列に接続されて前記電力変換装置の負側アームが構成され、
前記正側アームと前記負側アームとが直列接続されてなるレグが1つのモジュール内に収容され、
前記車両の加速時には前記第1のダイオード素子と前記第2のダイオード素子とに電流が流れ、
前記車両の減速時には前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とに電流が流れる2in1モジュールとして構成され、
前記モジュールにおける前記第1および第2のスイッチング素子の占有面積に対する前記第1および第2のダイオード素子の占有面積の比が15%以上、且つ、45%未満であり、
前記第1および第2のダイオード素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成され、前記第1および第2のスイッチング素子と温度上昇が同等になるようなサイズに形成されている
ことを特徴とする鉄道車両。 - 鉄道車両用の電力変換装置に適用されるパワー半導体モジュールにおいて、
第1のスイッチング素子と第1のダイオード素子とが逆並列に接続されて前記電力変換装置の正側アームとして動作する第1の素子対と、
第2のスイッチング素子と第2のダイオード素子とが逆並列に接続されて前記電力変換装置の負側アームとして動作する第2の素子対とを直列に接続し、
前記第1および第2のダイオード素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成され、
前記車両の加速時には前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とに電流が流れ、
前記車両の減速時には前記第1のダイオード素子と前記第2のダイオード素子とに電流が流れる2in1モジュールとして構成され、
前記2in1モジュールの上面には、第1のコレクタ電極、第2のコレクタ電極、第1のエミッタ電極、第2のエミッタ電極が設けられたことを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 前記第1のスイッチング素子のコレクタと前記第1のダイオード素子のカソードとが前記1つのモジュール内で接続され、その接続端が前記第1のコレクタ電極に接続され、
前記第1のスイッチング素子のエミッタと前記第1のダイオード素子のアノードとが前記1つのモジュール内で接続され、その接続端が前記第1のエミッタ電極に接続され、
前記第2のスイッチング素子のコレクタと前記第2のダイオード素子のカソードとが前記1つのモジュール内で接続され、その接続端が前記第2のコレクタ電極に接続され、
前記第2のスイッチング素子のエミッタと前記第2のダイオード素子のアノードとが前記1つのモジュール内で接続され、その接続端が前記第2のエミッタ電極に接続されていることを特徴とする請求項6に記載のパワー半導体モジュール。 - 前記第1のエミッタ電極と前記第2のコレクタ電極を接続することによって、前記電力変換装置の正側アームと前記電力変換装置の負側アームとが直列接続されることを特徴とする請求項6に記載のパワー半導体モジュール。
- 鉄道車両に搭載され、入力された直流電圧または交流電圧を所望の交流電圧に変換して出力する電力変換装置において、
スイッチング素子とダイオード素子とが逆並列に接続されて正側アームを構成する第1の素子対と、
スイッチング素子とダイオード素子とが逆並列に接続されて負側アームを構成する第2の素子対とが直列接続されてなるレグを複数組有し、
前記ダイオード素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成され、
前記各レグを構成する第1および第2の素子対は、1つのモジュール内に収容され、
前記車両の加速時には前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とに電流が流れ、
前記車両の減速時には前記第1のダイオード素子と前記第2のダイオード素子とに電流が流れる2in1モジュールとして構成され、
前記2in1モジュールの上面には、第1のコレクタ電極、第2のコレクタ電極、第1のエミッタ電極、第2のエミッタ電極が設けられたことを特徴とする電力変換装置。 - 入力された直流電圧または交流電圧を所望の交流電圧に変換して出力する電力変換装置と、
前記電力変換装置からの電力供給を受けて車両を駆動する電動機とを備えた鉄道車両において、
前記電力変換装置は、
スイッチング素子とダイオード素子とが逆並列に接続されて正側アームを構成する第1の素子対と、
スイッチング素子とダイオード素子とが逆並列に接続されて負側アームを構成する第2の素子対とが直列接続されてなるレグを複数組有し、
前記ダイオード素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成され、
前記各レグを構成する第1および第2の素子対は、1つのモジュール内に収容され、
前記車両の加速時には前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とに電流が流れ、
前記車両の減速時には前記第1のダイオード素子と前記第2のダイオード素子とに電流が流れる2in1モジュールとして構成され、
前記2in1モジュールの上面には、第1のコレクタ電極、第2のコレクタ電極、第1のエミッタ電極、第2のエミッタ電極が設けられたことを特徴とする鉄道車両。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010244780A JP5264863B2 (ja) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010244780A JP5264863B2 (ja) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010527274A Division JP4722229B1 (ja) | 2010-01-18 | 2010-01-18 | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013053146A Division JP5546664B2 (ja) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011146686A true JP2011146686A (ja) | 2011-07-28 |
JP5264863B2 JP5264863B2 (ja) | 2013-08-14 |
Family
ID=44461228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010244780A Active JP5264863B2 (ja) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5264863B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5031128B1 (ja) * | 2011-09-30 | 2012-09-19 | 三菱電機株式会社 | 電動機の制御装置および制御方法、それらを適用した電動機ならびに車両駆動システム |
JP2013223357A (ja) * | 2012-04-17 | 2013-10-28 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
KR101428527B1 (ko) * | 2011-12-14 | 2014-08-11 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 전력용 반도체장치 |
JP2018129897A (ja) * | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 株式会社日立製作所 | 鉄道車両用電力変換装置 |
US10218351B2 (en) | 2017-04-18 | 2019-02-26 | Denso Corporation | Parallel driving circuit of voltage-driven type semiconductor element |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001245479A (ja) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | Mitsubishi Electric Corp | 電力半導体モジュール |
JP2005005593A (ja) * | 2003-06-13 | 2005-01-06 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体パワーモジュール |
-
2010
- 2010-10-29 JP JP2010244780A patent/JP5264863B2/ja active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001245479A (ja) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | Mitsubishi Electric Corp | 電力半導体モジュール |
JP2005005593A (ja) * | 2003-06-13 | 2005-01-06 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体パワーモジュール |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5031128B1 (ja) * | 2011-09-30 | 2012-09-19 | 三菱電機株式会社 | 電動機の制御装置および制御方法、それらを適用した電動機ならびに車両駆動システム |
WO2013046460A1 (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | 三菱電機株式会社 | 電動機の制御装置および制御方法、それらを適用した電動機ならびに車両駆動システム |
CN103843245A (zh) * | 2011-09-30 | 2014-06-04 | 三菱电机株式会社 | 电动机的控制装置及控制方法、适用该控制装置及控制方法的电动机以及车辆驱动*** |
EP2763312A4 (en) * | 2011-09-30 | 2015-08-19 | Mitsubishi Electric Corp | CONTROL DEVICE AND METHOD FOR AN ELECTRIC MOTOR, ELECTRIC MOTOR THEREWITH AND VEHICLE DRIVE SYSTEM |
US9178450B2 (en) | 2011-09-30 | 2015-11-03 | Mitsubishi Electric Corporation | Control device and control method for electric motor, and motor and vehicle driving system to which the control device and control method are applied |
CN103843245B (zh) * | 2011-09-30 | 2017-09-15 | 三菱电机株式会社 | 电动机的控制装置及控制方法、适用该控制装置及控制方法的电动机以及车辆驱动*** |
KR101428527B1 (ko) * | 2011-12-14 | 2014-08-11 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 전력용 반도체장치 |
JP2013223357A (ja) * | 2012-04-17 | 2013-10-28 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
JP2018129897A (ja) * | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 株式会社日立製作所 | 鉄道車両用電力変換装置 |
US10218351B2 (en) | 2017-04-18 | 2019-02-26 | Denso Corporation | Parallel driving circuit of voltage-driven type semiconductor element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5264863B2 (ja) | 2013-08-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4722229B1 (ja) | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 | |
JP4869454B1 (ja) | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 | |
US9270193B2 (en) | Power semiconductor module, power converting apparatus, and railway car | |
JP5546664B2 (ja) | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 | |
JP5851267B2 (ja) | インバータ及び車両制御装置 | |
JP5933873B1 (ja) | 回生コンバータ | |
JPWO2018143429A1 (ja) | 電力用半導体モジュールおよび電力変換装置 | |
JP5264863B2 (ja) | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 | |
JP6778160B2 (ja) | 電力変換装置及び電力変換方法 | |
JP2014217270A (ja) | 3レベル電力変換装置用ハーフブリッジ | |
KR101432958B1 (ko) | 인버터 장치 | |
WO2017141407A1 (ja) | パワー半導体モジュール | |
EP3032728A1 (en) | Circuit arrangement | |
JP6105168B2 (ja) | 車両用補助電源装置 | |
JP6302862B2 (ja) | 鉄道車両用の電力変換装置及びこれを備えた鉄道車両 | |
CN112119576A (zh) | 具有中间回路、变流器和制动斩波器的电压供应装置 | |
JP6359137B2 (ja) | 車両用補助電源装置 | |
JP4808290B1 (ja) | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130110 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130115 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130315 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130402 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130430 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5264863 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |