JP2020043710A - スナバ回路及びパワー半導体モジュール並びに誘導加熱用電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】正側直流入力端子及び負側直流入力端子並びに出力端子が上面に設けられているパワー半導体モジュールに好適に用られ、誘導加熱用電源装置の小型化に有利なスナバ回路を提供する。【解決手段】パワー半導体モジュール１０のスナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２は、回路基板２０と、回路基板２０に実装されている複数の電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄと、を備え、回路基板２０は、パワー半導体モジュール１０の上面１４ａに対して起立した状態に配置される基板２１と、基板２１の表面及び裏面の少なくとも一方の面に設けられており、パワー半導体モジュール１０の正側直流入力端子１１と出力端子１３との間に架け渡される第１回路パターン２６と、負側直流入力端子１２と出力端子１３との間に架け渡される第２回路パターン２７とを形成する導体層２２と、導体層２２と正側直流入力端子１１及び負側直流入力端子１２並びに出力端子１３とを接続する複数の接続端子２３，２４，２５と、を有する。【選択図】図２
Description
本発明は、スナバ回路及びパワー半導体モジュール並びに誘導加熱用電源装置に関する。
鋼製ワークの熱処理におけるワークの加熱方式として、加熱コイルに交流電力を供給し、加熱コイルによって形成される磁界に置かれたワークに誘起される誘導電流によってワークを加熱する誘導加熱が用いられている。加熱コイルに交流電力を供給する電源装置は、一般に、商用電源の交流電力をコンバータで直流電力に変換し、直流電力の脈流をコンデンサで平滑し、平滑後の直流電力をインバータで交流電力に逆変換して、加熱コイルに供給する高周波の交流電力を生成する。
インバータは、一般に、直列に接続されたスイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子を一つのアームとし、複数のアームを備えるブリッジ回路によって構成されており、パワー半導体素子の高速なスイッチング動作によって高周波の交流電力を生成する。そして、ブリッジ回路を構成する複数のアームは、典型的には個々にモジュール化されている。
パワー半導体モジュールとしては、アームに電気的に接続された正側直流入力端子及び負側直流入力端子並びに出力端子のうち、正側直流入力端子及び負側直流入力端子がモジュールの一側面に隣り合って設けられ、出力端子がモジュールの反対側面に設けられたものが知られており（例えば特許文献１参照）、また、正側直流入力端子及び負側直流入力端子並びに出力端子がモジュールの上面に設けられたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
パワー半導体素子の高速なスイッチング動作はパワー半導体素子に流れる電流を急激に変化させる。この電流変化ｄｉ／ｄｔは、パワー半導体素子と電圧源との間の導電路の寄生インダクタンスＬにより、パワー半導体素子の両端にサージ電圧Ｌ×ｄｉ／ｄｔを発生させる。過大なサージ電圧はパワー半導体素子を破壊する虞があり、パワー半導体素子を保護するため、サージ電圧を吸収するスナバ回路がパワー半導体モジュールに付加される場合がある。
特許文献１に記載されたパワー半導体モジュールのスナバ回路は、パワー半導体モジュールの一側面に設けられている正側直流入力端子と負側直流入力端子との間に架け渡されており、パワー半導体モジュールの側方に配置されている。このため、パワー半導体モジュールの設置に要する面積が大きくなり、誘導加熱用電源装置の小型化が阻まれる。なお、特許文献１に記載されたスナバ回路は、パワー半導体モジュールに含まれる２つのパワー半導体素子に対して一括して設けられる一括スナバであるが、スナバ回路には、簡易的な一括スナバの他に、パワー半導体素子毎に設けられる個別スナバがある。個別スナバの場合に、１つのスナバ回路が正側直流入力端子と出力端子との間に架け渡され、もう１つのスナバ回路が負側直流入力端子と出力端子との間に架け渡され、これら２つのスナバ回路が、パワー半導体モジュールの側面に沿ってモジュールの外周を囲むように配置されることになる。この場合に、パワー半導体モジュールの設置に要する面積がさらに大きくなる。
特許文献２に記載されたパワー半導体モジュールのスナバ回路は、パワー半導体モジュールの上面に配置されている。しかし、回路基板が、パワー半導体モジュールの上面に対して倒伏した状態に配置されており、スナバ回路を構成する抵抗、コンデンサ、ダイオード等の電子部品は回路基板の片面のみに実装されている。このスナバ回路が一括スナバであるか又は個別スナバであるかについて特許文献２には記載されていないが、仮に個別スナバである場合に、正側直流入力端子と出力端子との間に架け渡されるスナバ回路と、負側直流入力端子と出力端子との間に架け渡されるスナバ回路との２回路分の電子部品が実装される。この場合に、２回路分の電子部品の実装に要する基板面積を回路基板の片面のみで賄うことになり、回路基板がパワー半導体モジュールの上面の縁を越えてパワー半導体モジュールの側方に突出する可能性があり、パワー半導体モジュールの設置に要する面積が大きくなる虞がある。
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、正側直流入力端子及び負側直流入力端子並びに出力端子が上面に設けられているパワー半導体モジュールに好適に用られ、誘導加熱用電源装置の小型化に有利なスナバ回路を提供することを目的とする。
本発明の一態様のスナバ回路は、スイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子が直列接続されてなるアームを含むパワー半導体モジュール用のスナバ回路であって、上記パワー半導体モジュールは、上記アームに電気的に接続された正側直流入力端子及び負側直流入力端子並びに出力端子を有し、上記正側直流入力端子及び上記負側直流入力端子並びに上記出力端子が、該パワー半導体モジュールの設置面とは反対側の上面に設けられているものであり、回路基板と、上記回路基板に実装されている複数の電子部品と、を備え、上記回路基板は、上記パワー半導体モジュールの上記上面に対して起立した状態に配置される基板と、上記基板の表面及び裏面の少なくとも一方の面に設けられており、上記正側直流入力端子と上記出力端子との間に架け渡される第１回路パターンと、上記負側直流入力端子と上記出力端子との間に架け渡される第２回路パターンとを形成する導体層と、上記導体層と、上記正側直流入力端子及び上記負側直流入力端子並びに上記出力端子とを接続する複数の接続端子と、を有する。
また、本発明の一態様のパワー半導体モジュールは、スイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子が直列接続されてなるアームを含むパワー半導体モジュールであって、上記アームに電気的に接続された正側直流入力端子及び負側直流入力端子並びに出力端子と、上記正側直流入力端子及び上記負側直流入力端子並びに上記出力端子に接続されるスナバ回路と、を備え、上記正側直流入力端子及び上記負側直流入力端子並びに上記出力端子は、該パワー半導体モジュールの設置面とは反対側の上面に設けられており、上記スナバ回路は、回路基板と、上記回路基板に実装されている複数の電子部品と、を有し、上記回路基板は、上記パワー半導体モジュールの上記上面に対して起立した状態に配置される基板と、上記基板の表面及び裏面の少なくとも一方の面に設けられており、上記正側直流入力端子と上記出力端子との間に架け渡される第１回路パターンと、上記負側直流入力端子と上記出力端子との間に架け渡される第２回路パターンとを形成する導体層と、上記導体層と、上記正側直流入力端子及び上記負側直流入力端子並びに上記出力端子とを接続する複数の接続端子と、を有する。
また、本発明の一態様の誘導加熱用電源装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータ部を備え、上記インバータ部は、上記パワー半導体モジュールを複数備えるブリッジによって構成される。
本発明によれば、正側直流入力端子及び負側直流入力端子並びに出力端子が上面に設けられているパワー半導体モジュールに好適に用られ、誘導加熱用電源装置の小型化に有利なスナバ回路を提供することができる。
図１は、本発明の実施形態を説明するための、誘導加熱用電源装置の一例を示す。
図１に示す誘導加熱用電源装置１は、商用の交流電源２から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ部３を含む直流電源部４と、直流電源部４から出力される直流電力の脈流を平滑する平滑部５と、平滑部５によって平滑化された直流電力を高周波の交流電力に逆変換するインバータ部６と、を備える。
インバータ部６は、直列に接続された２つのパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２からなる第１アームと、直列に接続された２つのパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４からなる第２アームとを含み、第１アーム及び第２アームが平滑部５に並列に接続され、第１アームのパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２の直列接続点Ｐ１及び第２アームのパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４の直列接続点Ｐ２を出力端としたフルブリッジ回路によって構成されている。そして、直列接続点Ｐ１，Ｐ２の間にトランス８を介して加熱コイル７が接続される。なお、各パワー半導体素子には還流ダイオードが逆並列接続されている。
パワー半導体素子としては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）といったスイッチング動作可能な各種のパワー半導体素子が使用可能であり、半導体材料として、例えばＳｉ（シリコン）を用いたものや、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）を用いたものがある。
第１アーム及び第２アームにおいて、平滑部５の正側に接続される側をハイサイドとし、平滑部５の負側に接続される側をローサイドとして、第１アームのハイサイドのパワー半導体素子Ｑ１と第２アームのローサイドのパワー半導体素子Ｑ４とが同期してオン・オフされ、第１アームのローサイドのパワー半導体素子Ｑ２と第２アームのハイサイドのパワー半導体素子Ｑ３とが同期してオン・オフされる。パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ４とパワー半導体素子Ｑ２，Ｑ３とが交互にオンされることにより、加熱コイル７に高周波の電力が供給される。
パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４の高速なスイッチング動作はパワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４に流れる電流を急激に変化させ、パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４と電圧源である平滑部５との間の導電路の寄生インダクタンスにより、パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４の両端にサージ電圧を発生させる。このサージ電圧を吸収するため、パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４に個別にスナバ回路ＳＣ１〜ＳＣ４が設けられている。
スナバ回路ＳＣ１〜ＳＣ４は、図示の例では、抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤを含んで構成された、いわゆる放電阻止形のＲＣＤスナバ回路である。
第１アームのハイサイドのパワー半導体素子Ｑ１のスナバ回路ＳＣ１は、パワー半導体素子Ｑ１の両端間（ＩＧＢＴではコレクタ−エミッタ間、ＭＯＳＦＥＴではドレイン−ソース間）にコンデンサＣ及びダイオードＤが直列に接続されており、コンデンサＣとダイオードＤとの直列接続点と平滑部５の負側との間に抵抗Ｒが接続されている。また、第１アームのローサイドのパワー半導体素子Ｑ２のスナバ回路ＳＣ２は、パワー半導体素子Ｑ２の両端間にコンデンサＣ及びダイオードＤが直列に接続されており、コンデンサＣとダイオードＤとの直列接続点と平滑部５の正側との間に抵抗Ｒが接続されている。第２アームのハイサイドのパワー半導体素子Ｑ３のスナバ回路ＳＣ３は、スナバ回路ＳＣ１と同様に構成され、第２アームのローサイドのパワー半導体素子Ｑ４のスナバ回路ＳＣ４は、スナバ回路ＳＣ２と同様に構成されている。
なお、スナバ回路ＳＣ１〜ＳＣ４は、上記の構成に限定されず、例えばパワー半導体素子に対するコンデンサＣ及びダイオードＤの並びが図示の例とは逆順とされ、且つ抵抗ＲがダイオードＤと並列に接続された、いわゆる充放電形のＲＣＤスナバ回路でもよく、又はパワー半導体素子の両端間に抵抗Ｒ及びコンデンサＣが直列に接続された、いわゆるＲＣスナバ回路でもよい。コンデンサＣは、一つのコンデンサでもよいが、インダクタンスを低減する観点から、好ましくは複数のコンデンサが並列に接続される。また、コンデンサＣは、フィルムコンデンサでもよいが、インダクタンスを低減する観点から、好ましくはセラミックコンデンサである。ダイオードＤは、ＳｉＣダイオードでもよいが、好ましくはサージ電流耐量の大きいＳｉダイオードである。
第１アームのパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２及びそれらの還流ダイオードはケースに収納されてモジュール化されており、スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２は、ケースの外側に露出して設けられた外部接続端子に接続され、ケースの外側に配置される。なお、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２及びそれらの還流ダイオードを収納したケースの内部にモールド樹脂が充填され、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２及びそれらの還流ダイオードが封止される場合もある。同様に、第２アームのパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４及びそれらの還流ダイオードもまたケースに収納されてモジュール化されており、スナバ回路ＳＣ３，ＳＣ４は、ケースの外側に露出して設けられた外部接続端子に接続され、ケースの外側に配置される。
第１アームのパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２を含むパワー半導体モジュールと、第２アームのパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４を含むパワー半導体モジュールとは同一の構成を備え、以下、図２を参照して、第１アームのパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２を含むパワー半導体モジュールと、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２のスナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２について説明する。
図２は、パワー半導体モジュール及びスナバ回路の構成例を示す。
パワー半導体モジュール１０は、外部接続端子として、正側直流入力端子１１と、負側直流入力端子１２と、出力端子１３と、を有する。正側直流入力端子１１と、負側直流入力端子１２と、出力端子１３とは、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２及びそれらの還流ダイオードを収納したケース１４の外側に露出して設けられている。ケース１４は、略直方体状に形成されており、図示しないヒートシンク等に設置される設置面を有する。正側直流入力端子１１と、負側直流入力端子１２と、出力端子１３とは、ケース１４の設置面とは反対側の上面１４ａに配置されており、図２に示す例では、上面１４ａの長辺と平行であり且つ上面１４ａの短辺の略中央を通る直線上に適宜な間隔をあけて並んで配置されている。
正側直流入力端子１１は、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２からなる第１アームのパワー半導体素子Ｑ１側の端に電気的に接続され、負側直流入力端子１２は、第１アームのパワー半導体素子Ｑ２側の端に電気的に接続され、出力端子１３は、第１アームの出力端であるパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２の直列接続点Ｐ１（図１参照）に電気的に接続されている。そして、正側直流入力端子１１は、ブスバー等の配線部材を用いて平滑部５の正側に接続され、負側直流入力端子１２は配線部材を用いて平滑部５の負側に接続される。出力端子１３は、配線部材を用いてトランス８（図１参照）に接続され、トランス８を介して加熱コイル７（図１参照）の一端に接続される。
パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２のスナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２は、上記のとおり抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤを有し、スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２の２回路分の電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄが実装された回路基板２０によって構成されている。この回路基板２０は、基板２１と、導体層２２と、接続端子２３，２４，２５とを有する。
基板２１は、例えばベークライト、紙をフェノール樹脂で固めた紙フェノール、ガラス繊維をエポキシ樹脂で固めたガラスエポキシ、等の種々の材料を用いることができるが、単位厚み当たりの曲げ剛性が銅より高い材料が好ましく、上記列挙した材料ではガラスエポキシが好適である。基板２１は、ケース１４の上面１４ａに対して略垂直に起立した状態に配置される。
導体層２２は、典型的には銅箔で形成され、図２に示す例では、基板２１の表面及び裏面のうち一方の面２１ａに設けられている。導体層２２は、正側直流入力端子１１と出力端子１３との間に架け渡される第１回路パターン２６と、負側直流入力端子１２と出力端子１３との間に架け渡される第２回路パターン２７とを形成している。第１回路パターン２６の適宜な箇所には、パワー半導体素子Ｑ１のスナバ回路ＳＣ１を構成する電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄがそれぞれ取り付けられる。同様に、第２回路パターン２７の適宜な箇所に、パワー半導体素子Ｑ２のスナバ回路ＳＣ２を構成する電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄがそれぞれ取り付けられる。スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２のインダクタンスを低減する観点から、導体層２２の厚みは０．２ｍｍ以上あることが好ましい。また、電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄの半田付けの作業性を考慮すれば、導体層２２の厚みは２．０ｍｍ以下であることが好ましい。
また、第１回路パターン２６には、正側直流入力端子１１と電気的に接続されるランド２８が設けられており、第２回路パターン２７には、負側直流入力端子１２と電気的に接続されるランド２９が設けられており、第１回路パターン２６及び第２回路パターン２７に共通して、出力端子１３と電気的に接続されるランド３０が設けられている。これらのランド２８，２９，３０は、ケース１４の上面１４ａに近接して配置される基板２１の下縁部に配置されている。
接続端子２３，２４，２５は、銅等の金属材料からなり、Ｌ字状に形成されている。例えば接続端子２３の一方の端部がランド２８に半田付けされ、接続端子２３は第１回路パターン２６と導通した状態で基板２１に固定されている。同様にして、接続端子２４は、ランド２９を介して第２回路パターン２７と導通した状態で基板２１に固定されており、接続端子２５はランド３０を介して第１回路パターン２６及び第２回路パターン２７と導通した状態で基板２１に固定されている。
接続端子２３の他方の端部は正側直流入力端子１１にねじ止めされ、接続端子２４の他方の端部は負側直流入力端子１２にねじ止めされ、接続端子２５の他方の端部は出力端子１３にねじ止めされる。基板２１は、これら３つの接続端子２３，２４，２５によって、ケース１４の上面１４ａに対して起立した状態に支持される。そして、第１回路パターン２６は、接続端子２３を介して正側直流入力端子１１と電気的に接続され、接続端子２５を介して出力端子１３と電気的に接続される。第２回路パターン２７は、接続端子２４を介して負側直流入力端子１２と電気的に接続され、接続端子２５を介して出力端子１３と電気的に接続される。
上述したパワー半導体モジュール１０によれば、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作に伴ってパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２の両端に発生するサージ電圧は、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２に個別に設けられたスナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２によってそれぞれ吸収される。これにより、サージ電圧に起因してパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２が破壊されることを抑制できる。
そして、スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２を構成している回路基板２０は、パワー半導体モジュール１０のケース１４の上面１４ａに対して起立した状態に配置されており、回路基板２０を上面１４ａの法線方向に延長することによって、パワー半導体モジュール１０の設置に要する面積を変えずに、スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２の２回路分の電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄの実装に要する基板面積を確保することができる。これにより、誘導加熱用電源装置１の小型化を図ることができる。また、基板面積の確保が容易であることから、電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄの部品サイズに対する制約が緩和され、これらの電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄに適切な定数のものを用いて効果的にサージ電圧を吸収することが可能となる。
スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２の電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄは、好ましくは図２に示すように露出された状態で回路基板２０に実装される。これにより、電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄの変更が容易となり、例えばパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数の変更といったインバータ部６の設計変更に対し、回路基板２０を汎用し、電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄには適切な定数のものを用い、効果的にサージ電圧を吸収することができる。さらに、電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄが露出した状態で回路基板２０に実装されていることにより、電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄの放熱に優れ、熱に起因する電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄの劣化を抑制してスナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２の耐久性を高めることができる。
図３及び図４は、スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２の変形例を示す。
図３及び図４に示す例は、基板２１の表面２１ａ及び裏面２１ｂの両面に導体層を設けたものである。表面２１ａに設けられている導体層２２ａは第１回路パターン２６を形成しており、第１回路パターン２６の適宜な箇所に電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄがそれぞれ取り付けられ、スナバ回路ＳＣ１が構成されている。裏面２１ｂに設けられている導体層２２ｂは第２回路パターン２７を形成しており、第２回路パターン２７の適宜な箇所に電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄがそれぞれ取り付けられ、スナバ回路ＳＣ２が構成されている。なお、ランド２９，３０は表面２１ａに設けられており、ランド２９，３０と裏面２１ｂ側の第２回路パターン２７とは、例えば基板２１を貫通するスルーホールを通して互いに接続されている。
このように、パワー半導体モジュール１０のケース１４の上面１４ａに対して起立した状態に配置された回路基板２０は、その表裏両面を電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄの実装に有効に利用できる。そこで、基板２１の表面２１ａ及び裏面２１ｂの両面に、導体層２２ａ，２２ｂ及び電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄを設けることにより、回路基板２０を小型化でき、誘導加熱用電源装置１をさらに小型化できる。
そして、基板２１の表面２１ａにスナバ回路ＳＣ１の第１回路パターン２６を形成し、裏面２１ｂにスナバ回路ＳＣ２の第２回路パターン２７を形成することにより、第１回路パターン２６の導電路長を正側直流入力端子１１と出力端子１３との間で極力短縮し、また、第２回路パターン２７の導電路長を負側直流入力端子１２と出力端子１３との間で極力短縮して、スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２のインダクタンスを小さくできる。これにより、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２の両端に発生するサージ電圧を抑制できる。
図５から図７は、本発明の実施形態を説明するための、スナバ回路の他の例を示す。
図５から図７に示すスナバ回路は、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２に個別に設けられたスナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２である。パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２を含むパワー半導体モジュール１１０のケース１１４の上面１１４ａには、正側直流入力端子１１１と、負側直流入力端子１１２と、出力端子１１３とが配置されている。スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２は、抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤを有し、スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２の２回路分の電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄが実装された回路基板１２０によって構成されている。この回路基板１２０は、基板１２１と、基板１２１の表面１２１ａに設けられた導体層１２２ａと、基板１２１の裏面１２１ｂに設けられた導体層１２２ｂと、接続端子１２３，１２４，１２５とを有する。
導体層１２２ａは第１回路パターン１２６を形成しており、第１回路パターン１２６の適宜な箇所に電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄがそれぞれ取り付けられ、スナバ回路ＳＣ１が構成されている。導体層１２２ｂは第２回路パターン１２７を形成しており、第２回路パターン１２７の適宜な箇所に電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄがそれぞれ取り付けられ、スナバ回路ＳＣ２が構成されている。
接続端子１２３，１２４，１２５はＬ字状に形成されている。接続端子１２３は正側直流入力端子１１１に接続されており、接続端子１２４は負側直流入力端子１１２に接続されており、接続端子１２５は出力端子１１３に接続されている。基板１２１は、これら３つの接続端子１２３，１２４，１２５によって、ケース１１４の上面１１４ａに対して起立した状態に支持されている。そして、第１回路パターン１２６は、接続端子１２３を介して正側直流入力端子１１１と電気的に接続され、接続端子１２５を介して出力端子１１３と電気的に接続されている。第２回路パターン１２７は、接続端子１２４を介して負側直流入力端子１１２と電気的に接続され、接続端子１２５を介して出力端子１１３と電気的に接続されている。
基板１２１は、一対の絶縁性基材１４０，１４１と、一対の絶縁性基材１４０，１４１の間に挟まれている導電性基材１４３，１４４，１４５とを有する。導電性基材１４３，１４４，１４５は互いに絶縁されている。絶縁性基材１４０，１４１は、例えばベークライト、紙フェノール、ガラスエポキシ等であり、導電性基材１４３，１４４，１４５は、例えば銅板である。
導電性基材１４３は、ケース１１４の上面１１４ａに対向して配置される基板１２１の下側面から下方に突出する延設部１４６を有しており、同様に、導電性基材１４４は延設部１４７を有し，導電性基材１４５は延設部１４８を有している。延設部１４６，１４７，１４８はＬ字状に折り曲げられており、接続端子１２３，１２４，１２５は、延設部１４６，１４７，１４８によって構成されている。基板１２１の表面１２１ａ側の第１回路パターン１２６は、基板１２１を貫通するスルーホールＨ１を通して導電性基材１４３と接続され、スルーホールＨ３を通して導電性基材１４５と接続されている。基板１２１の裏面１２１ｂ側の第２回路パターン１２７は、スルーホールＨ２を通して導電性基材１４４と接続され、スルーホールＨ３を通して導電性基材１４５と接続されている。このように、接続端子１２３，１２４，１２５は基板１２１と一体に形成されてもよい。
図５から図７に示したスナバ回路によれば、図３及び図４に示したスナバ回路と同様に、パワー半導体モジュール１１０のケース１１４の上面１１４ａに対して起立した状態に配置された回路基板１２０の表裏両面を電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄの実装に有効に利用して回路基板１２０を小型化できる。そして、基板１２１の表面１２１ａにスナバ回路ＳＣ１の第１回路パターン１２６を形成し、裏面１２１ｂにスナバ回路ＳＣ２の第２回路パターン１２７を形成することにより、第１回路パターン１２６の導電路長を正側直流入力端子１１１と出力端子１１３との間で極力短縮し、また、第２回路パターン１２７の導電路長を負側直流入力端子１１２と出力端子１１３との間で極力短縮して、スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２の浮遊インダクタンスを小さくできる。さらに、接続端子１２３，１２４，１２５を基板１２１と一体に形成することにより、部品点数を削減できる。
１ 誘導加熱用電源装置
２ 交流電源
３ コンバータ部
４ 直流電源部
５ 平滑部
６ インバータ部
７ 加熱コイル
８ トランス
１０ パワー半導体モジュール
１１ 正側直流入力端子
１２ 負側直流入力端子
１３ 出力端子
１４ ケース
１４ａ ケースの上面
２０ 回路基板
２１ 基板
２２，２２ａ，２２ｂ 導体層
２３ 接続端子
２４ 接続端子
２５ 接続端子
２６ 第１回路パターン
２７ 第２回路パターン
１１０ パワー半導体モジュール
１１１ 正側直流入力端子
１１２ 負側直流入力端子
１１３ 出力端子
１１４ ケース
１１４ａ ケースの上面
１２０ 回路基板
１２１ 基板
１２２ａ，１２２ｂ 導体層
１２３ 接続端子
１２４ 接続端子
１２５ 接続端子
１２６ 第１回路パターン
１２７ 第２回路パターン
１４０ 絶縁性基材
１４１ 絶縁性基材
１４３ 導電性基材
１４４ 導電性基材
１４５ 導電性基材
１４６ 延設部
１４７ 延設部
１４８ 延設部
Ｒ 抵抗
Ｃ コンデンサ
Ｄ ダイオード
Ｈ１ スルーホール
Ｈ２ スルーホール
Ｈ３ スルーホール
Ｑ１ パワー半導体素子
Ｑ２ パワー半導体素子
Ｑ３ パワー半導体素子
Ｑ４ パワー半導体素子
ＳＣ１ スナバ回路
ＳＣ２ スナバ回路
ＳＣ３ スナバ回路
ＳＣ４ スナバ回路
２ 交流電源
３ コンバータ部
４ 直流電源部
５ 平滑部
６ インバータ部
７ 加熱コイル
８ トランス
１０ パワー半導体モジュール
１１ 正側直流入力端子
１２ 負側直流入力端子
１３ 出力端子
１４ ケース
１４ａ ケースの上面
２０ 回路基板
２１ 基板
２２，２２ａ，２２ｂ 導体層
２３ 接続端子
２４ 接続端子
２５ 接続端子
２６ 第１回路パターン
２７ 第２回路パターン
１１０ パワー半導体モジュール
１１１ 正側直流入力端子
１１２ 負側直流入力端子
１１３ 出力端子
１１４ ケース
１１４ａ ケースの上面
１２０ 回路基板
１２１ 基板
１２２ａ，１２２ｂ 導体層
１２３ 接続端子
１２４ 接続端子
１２５ 接続端子
１２６ 第１回路パターン
１２７ 第２回路パターン
１４０ 絶縁性基材
１４１ 絶縁性基材
１４３ 導電性基材
１４４ 導電性基材
１４５ 導電性基材
１４６ 延設部
１４７ 延設部
１４８ 延設部
Ｒ 抵抗
Ｃ コンデンサ
Ｄ ダイオード
Ｈ１ スルーホール
Ｈ２ スルーホール
Ｈ３ スルーホール
Ｑ１ パワー半導体素子
Ｑ２ パワー半導体素子
Ｑ３ パワー半導体素子
Ｑ４ パワー半導体素子
ＳＣ１ スナバ回路
ＳＣ２ スナバ回路
ＳＣ３ スナバ回路
ＳＣ４ スナバ回路
本発明の一態様のスナバ回路は、スイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子が直列接続されてなるアームを含むパワー半導体モジュール用のスナバ回路であって、上記パワー半導体モジュールは、上記アームに電気的に接続された正側直流入力端子及び負側直流入力端子並びに出力端子を有し、上記正側直流入力端子及び上記負側直流入力端子並びに上記出力端子が、該パワー半導体モジュールの設置面とは反対側の上面に設けられているものであり、回路基板と、上記回路基板に実装されている複数の電子部品と、を備え、上記回路基板は、上記パワー半導体モジュールの上記上面に対して起立した状態に配置される基板と、上記基板の表面及び裏面の少なくとも一方の面に設けられており、上記正側直流入力端子と上記出力端子との間に架け渡される第１回路パターンと、上記負側直流入力端子と上記出力端子との間に架け渡される第２回路パターンとを形成する導体層と、上記導体層と、上記正側直流入力端子及び上記負側直流入力端子並びに上記出力端子とを接続する複数の接続端子と、を有し、上記基板は、一対の絶縁性基材と、互いに絶縁された状態で上記一対の絶縁性基材の間に挟まれており、上記導体層とスルーホール接続されている複数の導電性基材と、を有し、上記複数の導電性基材は、上記基板の一つの側面から突出する延設部を有し、上記複数の接続端子は、上記複数の導電性基材それぞれの延設部によって形成されている。
また、本発明の一態様のパワー半導体モジュールは、スイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子が直列接続されてなるアームを含むパワー半導体モジュールであって、上記アームに電気的に接続された正側直流入力端子及び負側直流入力端子並びに出力端子と、上記正側直流入力端子及び上記負側直流入力端子並びに上記出力端子に接続されるスナバ回路と、を備え、上記正側直流入力端子及び上記負側直流入力端子並びに上記出力端子は、該パワー半導体モジュールの設置面とは反対側の上面に設けられており、上記スナバ回路は、回路基板と、上記回路基板に実装されている複数の電子部品と、を有し、上記回路基板は、上記パワー半導体モジュールの上記上面に対して起立した状態に配置される基板と、上記基板の表面及び裏面の少なくとも一方の面に設けられており、上記正側直流入力端子と上記出力端子との間に架け渡される第１回路パターンと、上記負側直流入力端子と上記出力端子との間に架け渡される第２回路パターンとを形成する導体層と、上記導体層と、上記正側直流入力端子及び上記負側直流入力端子並びに上記出力端子とを接続する複数の接続端子と、を有し、上記基板は、一対の絶縁性基材と、互いに絶縁された状態で上記一対の絶縁性基材の間に挟まれており、上記導体層とスルーホール接続されている複数の導電性基材と、を有し、上記複数の導電性基材は、上記基板の一つの側面から突出する延設部を有し、上記複数の接続端子は、上記複数の導電性基材それぞれの延設部によって形成されている。
Claims (9)
- スイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子が直列接続されてなるアームを含むパワー半導体モジュール用のスナバ回路であって、
前記パワー半導体モジュールは、前記アームに電気的に接続された正側直流入力端子及び負側直流入力端子並びに出力端子を有し、前記正側直流入力端子及び前記負側直流入力端子並びに前記出力端子が、該パワー半導体モジュールの設置面とは反対側の上面に設けられているものであり、
回路基板と、
前記回路基板に実装されている複数の電子部品と、
を備え、
前記回路基板は、
前記パワー半導体モジュールの前記上面に対して起立した状態に配置される基板と、
前記基板の表面及び裏面の少なくとも一方の面に設けられており、前記正側直流入力端子と前記出力端子との間に架け渡される第１回路パターンと、前記負側直流入力端子と前記出力端子との間に架け渡される第２回路パターンとを形成する導体層と、
前記導体層と前記正側直流入力端子及び前記負側直流入力端子並びに前記出力端子とを接続する複数の接続端子と、
を有するスナバ回路。 - 請求項１記載のスナバ回路であって、
前記導体層及び前記複数の電子部品は、前記基板の表面及び裏面に設けられているスナバ回路。 - 請求項２記載のスナバ回路であって、
前記第１回路パターンと、前記複数の電子部品のうち前記第１回路パターンに接続される電子部品とは、前記基板の表面に設けられており、
前記第２回路パターンと、前記複数の電子部品のうち前記第２回路パターンに接続される電子部品とは、前記基板の裏面に設けられているスナバ回路。 - 請求項１から３のいずれか一項記載のスナバ回路であって、
前記基板は、
一対の絶縁性基材と、
互いに絶縁された状態で前記一対の絶縁性基材の間に挟まれており、前記導体層とスルーホール接続されている複数の導電性基材と、
を有し、
前記複数の導電性基材は、前記基板の一つの側面から突出する延設部を有し、
前記複数の接続端子は、前記複数の導電性基材それぞれの延設部によって形成されているスナバ回路。 - 請求項１から４のいずれか一項記載のスナバ回路であって、
前記複数の電子部品は、露出した状態で前記回路基板に実装されているスナバ回路。 - 請求項１から５のいずれか一項記載のスナバ回路であって、
前記複数の電子部品は、ダイオードを含み、
前記ダイオードは、シリコンダイオードであるスナバ回路。 - 請求項１から６のいずれか一項記載のスナバ回路であって、
前記導体層の厚みは、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であるスナバ回路。 - スイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子が直列接続されてなるアームを含むパワー半導体モジュールであって、
前記アームに電気的に接続された正側直流入力端子及び負側直流入力端子並びに出力端子と、
前記正側直流入力端子及び前記負側直流入力端子並びに前記出力端子に接続されるスナバ回路と、
を備え、
前記正側直流入力端子及び前記負側直流入力端子並びに前記出力端子は、該パワー半導体モジュールの設置面とは反対側の上面に設けられており、
前記スナバ回路は、
回路基板と、
前記回路基板に実装されている複数の電子部品と、
を有し、
前記回路基板は、
前記パワー半導体モジュールの前記上面に対して起立した状態に配置される基板と、
前記基板の表面及び裏面の少なくとも一方の面に設けられており、前記正側直流入力端子と前記出力端子との間に架け渡される第１回路パターンと、前記負側直流入力端子と前記出力端子との間に架け渡される第２回路パターンとを形成する導体層と、
前記導体層と、前記正側直流入力端子及び前記負側直流入力端子並びに前記出力端子とを接続する複数の接続端子と、
を有するパワー半導体モジュール。 - 直流電力を交流電力に変換するインバータ部を備え、
前記インバータ部は、請求項８記載の前記パワー半導体モジュールを複数備えるブリッジによって構成される誘導加熱用電源装置。
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