JP4491992B2 - 半導体素子の並列接続用導体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の半導体素子を並列に接続する際の不平衡電流を抑制することができる半導体素子の並列接続用導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータなどの電力変換装置を使用すれば、従来は回転速度を制御するのが困難だった誘導電動機でも、その回転速度を自由に変更することができるようになった。ところで誘導電動機の容量が増大すれば、インバータなどの電力変換装置の電流容量も大きくしなければならないが、インバータを構成するトランジスタやダイオードなどの半導体素子の電流容量を単独で大きくすることは簡単にはできない。そこで複数の半導体素子を並列接続することで、負荷に見合った電流容量を確保することになるが、複数の半導体素子を並列に接続するにあたっては、各半導体素子の通流電流に不平衡が生じないようにしなければならない。
【０００３】
図５は複数の半導体素子を並列接続する際の並列接続用導体の第１従来例を示した構造図であって、４個の半導体素子を並列接続する場合を示している。この図５の第１従来例において、図示を省略している第１半導体素子からの電流は、実線で図示しているように、第１半導体素子を接続している接続導体５→並列接続用導体９→出力用導体１０の経路で流れる。同じく図示を省略している第２半導体素子からの電流は、破線で図示しているように、第２半導体素子を接続した接続導体６→並列接続用導体９→出力用導体１０の経路で流れる。このとき実線の電流経路は破線の電流経路よりも長くなる（すなわち回路インピーダンスが大きくなる）から、第１半導体素子の通流電流は第２半導体素子の通流電流よりも小となる。なお、第３半導体素子（図示は省略）の通流電流は第２半導体素子と同じであり、第４半導体素子（図示を省略）の通流電流は第１半導体素子と同じになる。この図５で明らかなように、並列接続している４個の半導体素子は、それぞれの接続導体から出力用導体１０までの距離が同じではないために、電流経路のインピーダンスに差を生じ、これが原因で各半導体素子の通流電流が不平衡になる不具合を生じる。
【０００４】
このような不具合を回避するには、図５に図示している並列接続用導体９の奥行き寸法Ｌを大きくすればよい。寸法Ｌが大になれば第１半導体素子を接続している接続導体５から出力用導体１０までの電流通流長さと、第２半導体素子を接続している接続導体６から出力用導体１０までの電流通流長さとの差が小さくなるので、通流電流の差も小さくなる。しかしながら並列接続用導体９の奥行き寸法Ｌを大きくすると、インバータ装置全体の寸法が大形化してしまう不都合を生じるので、Ｌ寸法を大きくすることは困難である。
【０００５】
図６は複数の半導体素子を並列接続する際の並列接続用導体の第２従来例を示した構造図であって、図６と同様に４個の半導体素子を並列接続する場合を示している。
図６に図示の第２従来例では、半導体素子を接続するための接続導体５〜８を備えている並列接続用導体１５の手前側の第１辺と、この第１辺と対向して出力用導体１０が取り付けられている対向辺との間に、これら第１辺と対向辺とに平行なスリット１６を設けるのであるが、このスリット１６の両端（Ａ部とＢ部）では第１辺と対向辺とはつながっている。このような形状のスリット１６を設けることにより、図示していない第１半導体素子からの電流は、実線で図示しているように、第１半導体素子を接続した接続導体５→Ａ部→出力用導体１０の経路で流れ、図示していない第２半導体素子からの電流は、破線で図示しているように、第２半導体素子を接続した接続導体６→Ａ部→出力用導体１０の経路で流れるが、このときの第２半導体素子の電流通流経路（破線で図示）の長さは、明らかに第１半導体素子の電流通流経路（実線で図示）よりも長い。しかしながら第２半導体素子の電流が接続導体６からＡ部へ流れるときと、Ａ部から出力用導体１０へ流れるときとでは、通流方向が逆であってその間隔が接近しているために、自己インダクタンスを低減させる作用がある。すなわち、第２半導体素子の電流通流経路は第１半導体素子の電流通流経路よりも長いけれども、回路インダクタンスの減少に伴って回路インピーダンスが減少しているので、第１半導体素子の回路のインピーダンスとの差は殆ど零になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが電力変換装置に要求される電流容量はますます増大しつつあるため、半導体素子の並列接続数が４を越える場合が多くなっている。並列接続数が４を越えると、逆方向電流を近接して流すことによる配線インダクタンスの低減作用と、電流の通流距離の増加に伴う回路抵抗の増加とのバランスがとれなくなり、図６で図示の第２従来例のようにして各半導体素子間の通流電流の不平衡を零にすることは困難である。
【０００７】
そこで半導体素子の並列接続数が４を越える場合は、並列接続用導体１５に開口させるスリット１６の大きさを変えたり、接続導体５〜８の位置を変えることで、各半導体素子の通流電流を平衡させようとするのであるが、これらの変更にあたっては、その都度実験により試行錯誤を繰り返すことで最適形状を探し出さねばならず、並列接続用導体の試作と実験を繰り返すのに多大の手間と時間をかけなければならない不都合があった。
【０００８】
そこでこの発明の目的は、複数の半導体素子を、電流に不平衡を生じることなく並列接続させることができる並列接続用導体を、手間をかけずに得られるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の半導体素子の並列接続用導体は、
複数の半導体素子を左右方向に一列に配置し、長方形板状導体の第１の辺に沿って前記各半導体素子に対応する位置に別個の半導体素子接続部を設け、前記長方形板状導体の前記第１辺と向かい合う対向辺に出力用導体を備えた構造にする際に、前記長方形板状導体の前記第１辺と対向辺との間に、これらの両辺に平行なスリットを、その両端が当該長方形板状導体の左右辺には達しないようにして開口させ、該長方形板状導体の前記第１辺側と対向辺側とを前記スリットを越えて短絡させる短絡導体の取り付け用に複数の短絡導体取り付け孔を設け、該長方形板状導体の前記対向辺側に前記出力用導体の取り付け用に複数の出力用導体取り付け孔を設けるものとする。
【００１０】
または、前記長方形板状導体の前記第１辺と対向辺との間に、これらの両辺に平行なスリットを、その一方の端が当該長方形板状導体の一辺に達するまで開口させ、該長方形板状導体の前記第１辺側と対向辺側とを前記スリットを越えて短絡させる短絡導体の取り付け用に複数の短絡導体取り付け孔を設け、該長方形板状導体の前記対対向側に前記出力用導体の取り付け用に複数の出力用導体取り付け孔を設けるものとする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を表した構造図であって、６つの半導体素子を並列接続させる場合を表している。
図１の第１実施例において、並列接続用導体２０の手前側の第１辺には、６つの半導体素子を接続するために６つの接続導体２１〜２６があり、この第１辺に対向する向こう側の対向辺には、出力用導体１０が取り付けられている。これら第１辺と対向辺との間にはスリット２７が開口している。ここで第１辺と対向辺との間を適宜に短絡するための短絡導体を取り付けるために、複数の短絡導体取り付け孔２８が第１辺側と対向辺側に設けられている。更に出力用導体１０の取り付け位置を選択できるように、複数の出力用導体取り付け孔２９が対向辺側に設けられている。
【００１２】
図２は本発明の第１実施例を使用している状況を表した構造図であって、１相分として６個の半導体素子を並列接続し、これの３相分で３相電力変換装置を構成した場合を表している。Ｕ相並列接続用導体３１にはＵ相スリット３２が開口し、Ｕ相出力用導体３３が取り付けられているが、このＵ相スリット３２をまたいで第１辺側と対向辺側とを短絡する短絡導体３４，３５と、複数の短絡導体取り付け孔３６と、複数の出力用導体取り付け孔３７が開けられている。Ｖ相並列接続用導体４１も同様にＶ相スリット４２が開口し、Ｖ相出力用導体４３が取り付けられているが、このＶ相スリット４２をまたいで第１辺側と対向辺側とを短絡する短絡導体４４，４５が取り付けられ、短絡導体取り付け孔と出力用導体取り付け孔が開けられている。Ｗ相並列接続用導体５１も同様に、Ｗ相スリット５２が開口し、Ｗ相出力用導体５３が取り付けられているが、このＷ相スリット５２をまたいで第１辺側と対向辺側とを短絡する短絡導体５４，５５が取り付けられ、短絡導体取り付け孔と出力用導体取り付け孔が開けられている。
【００１３】
図３は本発明の第２実施例を表した構造図であって、第１実施例の場合と同様に、６つの半導体素子を並列接続させる場合を表している。
図３の第２実施例において、並列接続用導体６０の手前側の第１辺には、６つの半導体素子を接続するために６つの接続導体６１〜６６があり、この第１辺に対向する向こう側の対向辺には出力用導体１０が取り付けられている。これら第１辺と対向辺との間にはスリット６７が開口しているが、このスリット６７の右側はつながっているが、左側は口が開いている。ここで第１辺と対向辺との間を適宜に短絡するための短絡導体を取り付けるために、複数の短絡導体取り付け孔６８が第１辺側と対向辺側に設けられている。更に出力用導体１０の取り付け位置を選択できるように、複数の出力用導体取り付け孔６９が対向辺側に設けられている。
【００１４】
図４は本発明の第２実施例を使用している状況を表した構造図であって、当該並列接続用導体６０の第１辺と対向辺とを短絡するための短絡導体７０，７１が短絡導体取り付け孔６８で取り付けられている。また出力用導体１０も出力用導体取り付け孔６９で取り付けられるのであるが、この出力用導体取り付け孔６９は左側方向（スリット６７が開口している方向）に偏って設けられている。
【００１５】
【発明の効果】
複数の半導体素子を並列に接続して大電流を通流させるためには、各半導体素子の通流電流をバランスさせなければならないが、そのためには各半導体素子から出力用導体までの回路インピーダンスを揃える必要がある。半導体素子の並列数が多くなると、回路インピーダンスを揃えるのが困難になるため、これまでは、予めさまざまな形状の導体を用意し、所望の電流バランスが得られるまで素子の付け替えと試験を繰り返しており、多大な手間と時間を費やし、また、予めいろいろな形状の導体を用意することから、コストか上昇するという不具合があった。
【００１６】
本発明では、並列接続用導体にスリットと、このスリットを短絡する導体の取り付け孔を設けたことにより、前記短絡導体の接続箇所や出力導体の取り付け位置を素早く変更でき、不平衡電流が抑制され、電流値が最適のバランスとなる形状を素早く見出すことができる。また、予め複数形状の導体を用意することが不要になり、時間・手間・コストを節約することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表した構造図
【図２】本発明の第１実施例を使用している状況を表した構造図
【図３】本発明の第２実施例を表した構造図
【図４】本発明の第２実施例を使用している状況を表した構造図
【図５】複数の半導体素子を並列接続する際の並列接続用導体の第１従来例を示した構造図
【図６】複数の半導体素子を並列接続する際の並列接続用導体の第２従来例を示した構造図
【符号の説明】
５〜８，２１〜２６，６１〜６６ 接続導体
９，１５，２０，６０ 並列接続用導体
１０ 出力用導体
１６，２７，６７ スリット
２８，３６，６８ 短絡導体取り付け孔
２９，３７，６９ 出力用導体取り付け孔
３４，３５，７０，７１ 短絡導体

Claims (3)

1. 複数の半導体素子を左右方向に一列に配置し、長方形板状導体の第１の辺に沿って前記各半導体素子に対応する位置に別個の半導体素子接続部を設け、前記長方形板状導体の前記第１辺と向かい合う対向辺に出力用導体を備えた構造の半導体素子の並列接続用導体において、
   前記長方形板状導体の前記第１辺と対向辺との間に、これらの両辺に平行なスリットを、その両端が当該長方形板状導体の左右辺には達しないようにして開口させ、該長方形板状導体の前記第１辺側と対向辺側とを前記スリットを越えて短絡させる短絡導体の取り付け用に複数の短絡導体取り付け孔を設け、該長方形板状導体の前記対向辺側に前記出力用導体の取り付け用に複数の出力用導体取り付け孔を設けることを特徴とする半導体素子の並列接続用導体。
2. 複数の半導体素子を左右方向に一列に配置し、長方形板状導体の第１の辺に沿って前記各半導体素子に対応する位置に別個の半導体素子接続部を設け、前記長方形板状導体の前記第１辺と向かい合う対向辺に出力用導体を備えた構造の半導体素子の並列接続用導体において、
   前記長方形板状導体の前記第１辺と対向辺との間に、これらの両辺に平行なスリットを、その一方の端が当該長方形板状導体の一辺に達するまで開口させ、該長方形板状導体の前記第１辺側と対向辺側とを前記スリットを越えて短絡させる短絡導体の取り付け用に複数の短絡導体取り付け孔を設け、該長方形板状導体の前記対対向側に前記出力用導体の取り付け用に複数の出力用導体取り付け孔を設けることを特徴とする半導体素子の並列接続用導体。
3. 請求項２に記載の半導体素子の並列接続用導体において、
   前記複数の出力用導体取り付け孔を、前記スリットの一方の端が前記長方形板状導体の一辺に達している側に偏って設けることを特徴とする半導体素子の並列接続用導体。

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