JP4356434B2 - 3レベルインバータ回路 - Google Patents
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Description
このターンオフサージ電圧を抑制する方法として、別途にコンデンサを用いて配線インダクタンスのエネルギーを吸収するスナバ回路を、各IGBTと並列に接続する方法がある。しかしながら、配線インダクタンスが大きい場合、そのエネルギーを吸収するスナバ回路のコンデンサ容量も大きくなり、装置外形の大型化、装置コストの増加、部品数の増大による信頼性の低下、装置損失の増加等の問題を招くことになる。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スナバ回路を必要とすることなくターンオフサージ電圧を抑制することができるとともに、各部品間に必要な電気的な接続をする接続手段の構造を簡略化することができ、また、装置の小型・薄型化を実現することのできる3レベルインバータ回路を提供することを目的とする。
また、第2の発明においては、少なくともダイオードパッケージのアノード端子及びカソード端子の中間部が露出するので、ダイオードパッケージが絶縁バリアを有するものであっても、積層接続板を平板状のものとすることができる。
第5の発明においては、素子パッケージとダイオードパッケージは夫々2つのスイッチング素子を内蔵し、またコ字型となるように配置されているので、複数のスイッチング素子を面積効率よく、且つ各パッケージ間の配線を短くすることができる。
第1の3レベルインバータ回路101と第2の3レベルインバータ回路102は、中心線γに対して線対称に形成されており、全く同様の回路構成を有している。そのため、第2の3レベルインバータ回路102の説明は省略し、第1の3レベルインバータ回路101のみの説明をする。
また、第3のIGBT3のコレクタCは交流出力端子ACに接続され、同エミッタEは第4のIGBT4のコレクタC及び第2の結合ダイオード6のアノードAに接続されている。第2の結合ダイオード6のカソードKは直流電源9の中間端子Mに接続され、第4のIGBT4のエミッタEは直流電源9の負極端子Nに接続されている。
図2(ア)は回路101がモード1からモード2へ変化する時の電流経路を説明する図である。IGBT1、IGBT2がオンし、IGBT3、IGBT4がオフした状態のモード1では、電流がコンデンサ7→配線インダクタンスL1→IGBT1→IGBT2→交流出力端子ACの経路で流れる(電流(1))。
図5は本実施形態の3レベルインバータ装置100の回路101に相当する部分の斜視図である。図6は積層配線板の構造を説明する図5の分解斜視図である。本実施の形態においては、夫々のパッケージは、それぞれ1つの素子がパッケージされている。パッケージは各々矩形平板状の形状を成している。そして、各パッケージには、取付面と反対側の大面積の面(図5及び図6の上方の面)に接続端子が設けられている。各パッケージ1〜6は、すべて冷却器30上面の実装面30aに実装されている。各パッケージ1〜6の配置に関しては、図1の配置構成図に示した通りであり、第1から第4のIGBTのパッケージ1〜4は、第1の直線α上に整列するように配置されている。
第1,第2の結合ダイオード5,6のカソードK,アノードAの接続端子は各々1つが設けられている。そして、結合ダイオード5,6のカソードK,アノードAの間には、絶縁バリア5a,6aが立設されている。この絶縁バリア5a,6aは、垂直方向に延びる平板状をなし、接続端子と同じ方向、つまり実装面30aに対して垂直に立設する方向(すなわち、図6の上方)を向くように突出して形成されている。
4枚の分割接続板のうち、第1の分割接続板44は、第1のIGBT1のエミッタEと第2のIGBT2のコレクタCと第1の結合ダイオード5のカソードKと間の電気的接続を行っている。第2の分割接続板45は、第2のIGBT2のエミッタEと第3のIGBT3のコレクタCと交流出力端子ACとの間の電気的接続を行っている。
また、積層バスバー40と直流電源9との間は、断面L字形に折り曲げられた接続板48が設けられ、この接続板48によって電気的に接続されている。
なお、説明においては、モード5からモード6へ変化する時のサージ電圧が印加される電流路、つまり図4に示した二点鎖線の電流路(b)を例にして説明したが、モード2からモード3へ変化する時のサージ電圧が印加される電流路、つまり図3に示した一点鎖線の電流路(a)の場合も概略同様である。
また、第1から第4のIGBT1〜4が配列された平面に対してほぼ平行となるように配置された平板状の接続板が積層されてなる積層バスバー40によって、第1から第4のIGBT1〜4が電気的に接続されているので、積層バスバー40の構造が簡単になるとともに、積層バスバー40をスペーサ等を使用せずに直接接続することができ、スペーサで発生する配線インダクタンスを無くすことができる。また、伝送線路の形成が容易となりコストダウンを図ることができるとともに、各電流路(a),(b)の往路と復路の離間距離を小さくすることができ、電流路(a),(b)に存在する配線インダクタンスをさらに低減することができる。
さらにまた、本実施形態の3レベルインバータ回路101は、第1から第4のスイッチング素子としてIGBT1〜4を使用している。そのため、小形・軽量化、低損失・高効率化、騒音・高調波・トルク変動防止、信頼性の向上を図ることができる。
なお、実施形態の積層接続板である積層バスバー40は3層構造であるが、積層接続板は3層に限らずさらにこれ以上のものであってもよい。
図11では、単相の各相について、理解が容易なように第1の実施形態のものに対応して各素子に符号a,bを追加して示している。
図12は図11に示した3レベルインバータ装置200の素子パッケージ配置及びパッケージ間接続を示す構成図である。図12において、本実施形態の3レベルインバータ装置200は、第1の3レベルインバータ回路201と第2の3レベルインバータ回路202とを有している。そして、この回路201と回路202とが互いに所定の接続をされて図11の回路を構成している。
なお、第2の3レベルインバータ回路202においても同様である。
本実施形態の3レベルインバータ装置200において、転流動作の中で最も配線インダクタンスが大きくなる時は、第1の実施形態と同様に、モード2からモード3へ変化する時とモード5からモード6への変化する時である。
第3層の分割接続板54aは、IGBT2aのコレクタ(IGBT1aのエミッタ)C2E1と結合ダイオード5aのカソードKとの間の電気的接続を行っている。第3層の分割接続板54bは、IGBT2bのコレクタ(IGBT1bのエミッタ)C2E1と結合ダイオード5bのカソードKとの間の電気的接続を行っている。
第3層の分割接続板56は、結合ダイオード6aのカソードKと、結合ダイオード6bのカソードKと直流電源9の中間端子Mとの間の電気的接続を行っている。第2層の接続板55は、IGBT4aのエミッタE2とIGBT4bのエミッタE2と直流電源9の負極端子Nとの間の電気的接続を行っている。第1層の積層接続板部51は、IGBT1aのコレクタC1とIGBT1bのコレクタC1と直流電源9の正極端子Pとの間の電気的接続を行っている。
さらに、本実施形態の3レベルインバータ装置200は、スイッチ部品として2個のスイッチング素子がパッケージされたものを使用している。そのため、複数のスイッチング素子をさらに面積効率よく、容易に実装することができる。
なお、パッケージ化されるスイッチング素子は2個に限らずさらに多くのスイッチング素子をパッケージ化すれば、さらに面積効率が良くなることは言うまでもない。
また、この実施形態の3レベルインバータ装置200においては、第1,第2の3レベルインバータ回路201,202は、互いに併設されているので、各回路201,202への電流分担が良好になるばかりか、各素子を並列接続構成とすることにより大電流定格の3レベルインバータ装置とすることができる。3レベルインバータ装置300においても同様である。
Claims (5)
- スイッチング素子を内蔵した複数の素子パッケージと、結合ダイオードを内蔵した複数のダイオードパッケージとを載置面に配置し、各パッケージの接続端子を、積層接続板を介して接続するようにした3レベルインバータ回路において、
前記素子パッケージ列の一端側に直流電源を並設し、
前記複数の素子パッケージは、前記直流電源とは反対側から直流電源に向かって配列された第1、第2、第3及び第4の4つの素子パッケージで構成され、前記複数のダイオードパッケージは、第2及び第3の素子パッケージの配列方向と直交する方向に所定距離離れて配置された第1及び第2のダイオードパッケージで構成され、
前記積層接続板は、前記直流電源の正極端子と前記第1の素子パッケージの正極側端子とを接続し、且つ第1〜第4の素子パッケージを覆う第1の導電性接続板部と、前記第1のダイオードパッケージのアノード端子及び第2のダイオードパッケージのカソード端子と前記直流電源の中間端子とを接続し、且つ第1〜第4の素子パッケージを覆う第2の導電性接続板部と、その他の端子を接続する第3の導電性接続板部とが絶縁板部を介して積層された構造を有することを特徴とする3レベルインバータ回路。 - 前記直流電源の電源端子と前記素子パッケージ及び前記ダイオードパッケージの接続端子との間を、少なくとも当該ダイオードパッケージのアノード端子及びカソード端子の中間部が露出するように前記積層接続板で覆って、電気的に接続することを特徴とする請求項1に記載の3レベルインバータ回路。
- 前記第3の導電性接続板部は、前記第1の素子パッケージの負極側端子、第2の素子パッケージの正極側端子及び第1のダイオードパッケージのカソード端子を接続する第1の分割接続板と、第2の素子パッケージの負極側端子及び第3の素子パッケージの正極側端子を接続し、且つ交流出力端子を有する第2の分割接続板と、第3の素子パッケージの負極側端子、第4の素子パッケージの正極側端子及び第2のダイオードパッケージのアノードを接続する第3の分割接続板と、第4の素子パッケージの負極側端子と直流電源の負極端子とを接続する第4の分割接続板とで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の3レベルインバータ回路。
- 前記複数の素子パッケージと前記複数のダイオードパッケージは、夫々1つの素子を内蔵していることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の3レベルインバータ回路。
- 前記複数の素子パッケージと前記複数のダイオードパッケージは、夫々2つの素子を内蔵し、夫々細長状をなし、前記複数の素子パッケージは夫々長手方向を前記直線に直交して配置し、隣り合う2個の前記素子パッケージに対して、前記1個のダイオードパッケージを、3個のパッケージがコ字型となるように配置したことを特徴とする請求項1に記載の3レベルインバータ回路。
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