JP2013055782A - 電力変換装置のスイッチモジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラス側及びマイナス側電源用バスバー23,24は、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成されるとともに、制御入力用プレート27〜30は、自身の信号伝達経路が各電源用バスバー23,24の主たる電流の流れに対して交差するように構成され、電源用バスバー23,24や制御入力用プレート27〜30にかかる寄生成分の影響を小とした。
【選択図】図3
Description
例えば特許文献1に開示の半導体装置(スイッチモジュール)では、三相インバータ回路のブリッジ回路が6個の半導体スイッチング素子を用いてモジュール化されている。具体的には、ケース中央部に3本のバスバーが平行に配置され、その両側にスイッチング素子が3個ずつ配置されている。そして、各スイッチング素子の出力端子と各バスバーの半田付け端子は、ケースに装着されるプリント基板にそれぞれ接続され、このプリント基板のパターンを介して各スイッチング素子の出力端子がそれに対応するバスバーと電気的に接続される。また同文献1に開示・示唆はないが、インバータ回路(ブリッジ回路)に電力を入力する電源線や、スイッチング素子の制御端子に制御信号を入力する信号線が備えられ、信号線を通じて入力される制御信号に基づいてスイッチング素子が動作することで、電源線を通じて入力される電力から三相交流電力が生成され、バスバーを通じて出力されるようになっている。
この発明では、制御入力用プレートは点対称形状に形成されるため、180度回転させても組み立て可能で、組み立ての煩雑性が軽減される。
図1に示す本実施形態のDC−DCコンバータ10は、平滑コンデンサCa、インバータ回路11、絶縁トランス12、共振コンデンサCx、整流回路13、及びフィルタ回路14を備えている。
本実施形態のインバータ回路11は単相インバータ回路であり、図2にその具体的構成を示すように、スイッチング素子SW1〜SW4の1組毎(各アーム毎)に2個ずつが並列接続された合計8個のスイッチング素子SW1a,SW1b〜SW4a,SW4bのブリッジ回路にて構成されている。そして、各スイッチング素子SW1a,SW1b〜SW4a,SW4bは、これらの電気的接続を図る配線構造体21とともに、スイッチモジュール20としてモジュール化されて構成されている。
インバータ回路11への直流電力の入力は、電源用バスバー23,24の接続端子部23c,24cを通じて行われる。直流電力が入力されると、プラス側電源用バスバー23を介して上アームの第1及び第2スイッチング素子SW1a,SW1b,SW2a,SW2bの各コレクタ端子tcがプラス電位とされ、マイナス側電源用バスバー24を介して下アームの第3及び第4スイッチング素子SW3a,SW3b,SW4a,SW4bの各エミッタ端子teがマイナス電位(グランド電位)とされる。
(1)プラス側及びマイナス側電源用バスバー23,24は、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成されている。これにより、各電源用バスバー23,24で発生する磁界が互いに打ち消すように作用し、放射磁界の低減とともに、電源用バスバー23,24のインダクタンスの低減に貢献することができる。加えて、制御入力用プレート27〜30は、自身の信号伝達経路が各電源用バスバー23,24の主たる電流の流れに対して交差するように構成されている。これにより、比較的大となり得る電源用バスバー23,24での放射磁界の制御信号側に与える影響を低減でき、誤動作等の問題を未然に防止することができる。つまり、これらの事項から、電源用バスバー23,24(電源線)や制御入力用プレート27〜30(信号線)にかかる寄生成分の影響が小さくなるため、インバータ回路11、ひいてはDC−DCコンバータ10の出力安定化を図ることができる。また、スイッチモジュール20のコンパクト化にも貢献することができる。
(6)出力用プレート25,26では、各スイッチング素子SW1a,SW1b〜SW4a,SW4b毎の出力端子(エミッタ端子te又はコレクタ端子tc)からインバータ回路11の出力端子部25g,26g(出力ノード)までの電力伝達距離L1〜L4が等しくなるように構成されている。これにより、スイッチング素子SW1a,SW1b〜SW4a,SW4b毎の出力経路のインダクタンスが同等となるため、各スイッチング素子SW1a,SW1b〜SW4a,SW4b同士の出力電流・電圧の伝達差が極めて小さく、インバータ回路11から出力される高周波交流電力が歪みの小さい安定したものとなる。
・上記実施形態では、配線構造体21の電源用バスバー23,24、出力用プレート25,26、制御入力用プレート27〜30の形状、配置、固定手法等を適宜変更してもよい。
また形状について、電源用バスバー23,24に平板部23b,24bを設けたが、省略してもよい。
また、端子部23c,23d,24c,24d,25e,26e,25g,26gを雄ネジ、端子部27c〜30cを雄型ファストン端子としたが、端子形状はこれ以外の形状を採用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
前記配線構造体のプレート配線としてプラス側及びマイナス側電源用バスバーが用いられ、各電源用バスバーを介して前記ブリッジ回路に前記直流電力を入力するものであって、各電源用バスバーは、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成され、
前記配線構造体のプレート配線として制御入力用プレートが用いられ、該制御入力用プレートを介して前記スイッチング素子の制御端子に制御信号を入力するものであって、制御入力用プレートは、自身の信号伝達経路が前記各電源用バスバーの主たる電流の流れに対して交差するように構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュールに用いる配線構造体。
20 スイッチモジュール
21 配線構造体
23 プラス側電源用バスバー(プレート配線)
24 マイナス側電源用バスバー(プレート配線)
23b,24b 平板部
27〜30 制御入力用プレート(プレート配線)
SW1〜SW4 スイッチング素子
SW1a,SW1b〜SW4a,SW4b スイッチング素子
tg ゲート端子(制御端子)
Claims (5)
- 複数のスイッチング素子を用いたブリッジ回路にて構成され、各スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を高周波交流電力に変換する電力変換装置において、前記各スイッチング素子の端子を複数のプレート配線よりなる配線構造体に接続して構成された電力変換装置のスイッチモジュールであって、
前記配線構造体のプレート配線としてプラス側及びマイナス側電源用バスバーが用いられ、各電源用バスバーを介して前記ブリッジ回路に前記直流電力を入力するものであって、各電源用バスバーは、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成され、
前記配線構造体のプレート配線として制御入力用プレートが用いられ、該制御入力用プレートを介して前記スイッチング素子の制御端子に制御信号を入力するものであって、制御入力用プレートは、自身の信号伝達経路が前記各電源用バスバーの主たる電流の流れに対して交差するように構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。 - 請求項1に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記プラス側及びマイナス側電源用バスバーには、平面同士で対向して寄生キャパシタンスを形成する平板部が備えられたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。 - 請求項1又は2に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記ブリッジ回路の各アームに配置されるスイッチング素子は、それぞれ2つのスイッチング素子が並列接続されてなるものであり、アーム毎に対をなす各スイッチング素子は、前記配線構造体を挟んだ両側に配置され、互いに対向するように並設されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。 - 請求項3に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記アーム毎に対をなす各スイッチング素子の制御端子間を接続するための前記制御入力用プレートは、前記アーム毎に設けられるものであって、それぞれ同形状に形成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。 - 請求項4に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記制御入力用プレートは、点対称形状に形成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
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