JP5569141B2 - 電力変換装置、ディスクリート型の制御型半導体素子及び制御型半導体素子モジュール - Google Patents

Description

本発明は、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)やＩＥＧＴ(Injection Enhanced Gate Transistor)等の制御型半導体素子を用いた電力変換装置、ディスクリート型の制御型半導体素子及び制御型半導体素子モジュールに関する。

ＩＧＢＴ等の制御型半導体素子を用いた電力変換装置として、例えば、図１１に示すインバータ回路が挙げられる。
この電力変換装置では、図１１に示すように、電源５１から供給される三相交流電力が、インバータ主回路部５２で所定の電力に変換された後、三相モータ５３に供給されるようになっている。

インバータ主回路部５２は、図１１に示すように、直列に接続された２つのダイオードＤからなるダイオード接続部が、３組並列に接続されてなる交流直流変換部６１と、ＩＧＢＴとこれに逆並列に接続されたダイオードとからなるスイッチ手段ＳＷが２つ直列に接続されたスイッチ接続部が、３組並列に接続されてなる直流交流変換部６２と、平滑用のコンデンサ６３とから構成され、交流直流変換部６１とコンデンサ６３と直流交流変換部６２とが、電源５１側からこの順に並列に接続されて、三相のインバータを構成している。

そして、交流直流変換部６１を構成する３組のダイオード接続部のそれぞれが電源５１から供給される三相交流電力の各相それぞれに対応し、入力ケーブル５４により、ダイオード接続部のダイオードどうしの接続点のそれぞれと電源５１の各相に対応する図示しない端子とが接続される。同様に、直流交流変換部６２を構成する３組のスイッチ接続部のそれぞれがＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応し、出力ケーブル５５により、スイッチ接続部のスイッチ手段ＳＷどうしの接続点のそれぞれと三相モータ５３の各相に対応する図示しない端子とが接続される。さらに、入力ケーブル５４のアース線及び出力ケーブル５５のアース線により、インバータ主回路部５２及び三相モータ５３が共通の接地電位に接続されている。なお、ここでは、入力ケーブル５４のアース線及び出力ケーブル５５のアース線により、インバータ主回路部５２及び三相モータ５３が共通の接地電位に接続されているが、アースの接続方法はこれに限るものではない。

また、直流交流変換部６２の各スイッチ手段ＳＷを構成するＩＧＢＴのゲート端子とエミッタ端子との間に、ゲート駆動ケーブル５６を介してゲート駆動回路５７が接続されている。なお、図１１では、１つのＩＧＢＴのみにゲート駆動回路５７が接続されているが実際には、各ＩＧＢＴのそれぞれにゲート駆動回路５７がゲート駆動ケーブル５６を介して接続されている。
そして、図示しない制御装置によって、各ゲート駆動回路５７を制御することにより、ゲート駆動回路５７が、ＩＧＢＴのゲート−エミッタ端子間に出力するゲート駆動電圧をＯＮ電圧又はＯＦＦ電圧に切り替えると、これに応じて、ＩＧＢＴがスイッチング動作する。そのため、電源５１からの供給電力が、ＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦ動作に応じた所定電力に変換されて、三相モータ５３に供給される。

ところで、ＩＧＢＴのスイッチング動作時には、ＩＧＢＴから出力される電圧や電流に高周波成分が含まれるためノイズが発生する。そして、このノイズ電圧やノイズ電流が電磁結合を介してインバータ回路のあらゆる部位へと伝わることにより、インバータ回路内には様々なアンテナが形成され、放射ノイズが発生する。
このインバータ回路から発生される放射ノイズのノイズレベルは、ノイズ電流レベルや、アンテナとしての放射効率に比例する。すなわち、高レベルのノイズ電流が流れる部位や、放射効率が高い部位から、高レベルの放射ノイズが発生する。

この放射効率が高い部位の例としてインバータ主回路部５２と接続される入力ケーブル５４及び出力ケーブル５５が挙げられる。
一般に、これら入出力ケーブルは、数ｍの長さのものが用いられ、インバータ回路の他の部位に用いられている接続ケーブルに比較して長いため放射効率が高くなる。そのため、このような入出力ケーブルからの放射ノイズを低減することにより、インバータ回路からの放射ノイズを低減する方法が提案されている。
例えば、出力ケーブルに流れるノイズ電流成分を低減させるため、コモンモードノイズ対策を行うフィルタ回路等が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２３１２６８号公報

ところで、上述のように、入出力ケーブルの放射効率は比較的高いことが知られているが、インバータ主回路部５２を構成するＩＧＢＴとこのＩＧＢＴを駆動するためのゲート駆動回路５７とを接続するゲート駆動ケーブル５６も、入出力ケーブルと同等、又はそれ以上の高レベルの放射ノイズが発生することがある。
つまり、インバータ主回路部５２を構成するＩＧＢＴのスイッチング動作に伴い流れるノイズ電流は、インバータ主回路部５２と接続される入力ケーブル５４及び出力ケーブル５５に流れるだけでなく、ＩＧＢＴの、ゲート−エミッタ端子間に接続されるゲート駆動ケーブル５６にも流れる。

図１２は、入力ケーブル５４、出力ケーブル５５、及びゲート駆動ケーブル５６のそれぞれを流れるノイズ電流レベルの実測結果の一例を示したものである。図１１において、横軸は周波数〔Ｈｚ〕（「Ｅ＋６」は、「×１０⁶」を意味する）、縦軸は電流〔ｄＢμＡ〕である。また、Ｌ１は入力ケーブル５４のノイズ電流レベル、Ｌ２は出力ケーブル５５のノイズ電流レベル、Ｌ３はゲート駆動ケーブル５６のノイズ電流レベルを表したものである。

図１２に示すように、ゲート駆動ケーブル５６のノイズ電流レベルＬ３は、入力ケーブル５４のノイズ電流レベルＬ１及び出力ケーブル５５のノイズ電流レベルＬ２に比較して高い。すなわち、ゲート駆動ケーブル５６には、入力ケーブル５４及び出力ケーブル５５よりも高いレベルのノイズ電流が流れていることがわかる。
また、インバータ主回路部５２を構成するＩＧＢＴとゲート駆動回路５７とを接続するゲート駆動ケーブル５６のケーブル長は、場合によっては数〔ｍ〕にもなる。したがって、ゲート駆動ケーブル５６のアンテナ放射効率は、入出力ケーブルと同等レベルとなる可能性がある。

そのため、入出力ケーブルからの放射ノイズの低減を図ったとしても、インバータ回路全体としてみればインバータ回路からの放射ノイズの低減は不十分であり、放射ノイズをより低減することの可能なインバータ回路が望まれていた。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、放射ノイズをより低減することの可能な、制御型半導体素子を用いた電力変換装置、ディスクリート型の制御型半導体素子及び制御型半導体素子モジュールを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電力変換装置は、制御型半導体素子と、当該制御型半導体素子を駆動する駆動回路と、を備えた電力変換装置において、前記制御型半導体素子と前記駆動回路との間に形成される導通経路の、前記制御型半導体素子端子近傍の位置に、コモンモードノイズ低減手段を備えることを特徴としている。
また、請求項２に係る電力変換装置は、前記制御型半導体素子は、前記駆動回路からの駆動信号が供給される第１の端子及び第２の端子を有し、前記第１の端子と前記駆動回路とを接続する第１の信号線及び前記第２の端子と前記駆動回路とを接続する第２の信号線からなる駆動ケーブルを備え、前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の信号線及び前記第２の信号線に介挿され且つ前記制御型半導体素子近傍に配置されるコモンモード
リアクトルであることを特徴としている。

また、請求項３記載の電力変換装置は、前記制御型半導体素子は、前記駆動回路からの駆動信号が供給される第１の端子及び第２の端子を有し、前記第１の端子及び第２の端子と前記駆動回路とを接続するための駆動ケーブルを備え、前記コモンモードノイズ低減手段は、前記駆動ケーブルの、前記制御型半導体素子近傍に設けられた中空の磁性体からなるコアであって、当該コアの中空部に前記駆動ケーブルが貫通して配置されることを特徴としている。

また、本発明の請求項４に係るディスクリート型の制御型半導体素子は、駆動信号が供給される第１の端子及び第２の端子を構成する脚をそれぞれ備えたディスクリート型の制御型半導体素子であって、前記第１の端子及び第２の端子の各脚の付け根近傍にコモンモードノイズ低減手段を備えることを特徴としている。
また、請求項５に係るディスクリート型の制御型半導体素子は、前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の端子及び第２の端子の各脚の付け根近傍に介挿されたコモンモードリアクトルであることを特徴としている。

さらに、本発明の請求項６に係るディスクリート型の制御型半導体素子は、前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の端子及び第２の端子の各脚の付け根近傍に設けられた中空の磁性体からなるコアであって、当該コアの中空部に前記第１の端子の脚と第２の端子の脚とが共に貫通して配置されることを特徴としている。
また、本発明の請求項７に係る制御型半導体素子モジュールは、制御型半導体素子から構成され且つ駆動信号が供給される第１の端子及び第２の端子を備えた制御型半導体チップを有し、前記第１の端子及び前記第２の端子のそれぞれに、前記駆動信号を供給するための第１の配線及び第２の配線を備えた制御型半導体素子モジュールであって、前記第１の配線及び前記第２の配線に、コモンモードノイズ低減手段を備え、前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の端子及び第２の端子の各脚の付け根近傍に備えることを特徴としている。

また、本発明の請求項８に係る制御型半導体素子モジュールは、前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の配線及び前記第２の配線に介挿されるコモンモードリアクトルであることを特徴としている。
さらに、本発明の請求項９に係る制御型半導体素子モジュールは、前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の配線及び前記第２の配線に設けられた中空の磁性体からなるコアであって、当該コアの中空部に前記第１の配線及び前記第２の配線が共に貫通して配置されることを特徴としている。

さらにまた、本発明の請求項１０に係る制御型半導体素子モジュールは、制御型半導体素子から構成され且つ駆動信号が供給される第１の端子及び第２の端子を有する制御型半導体チップを備えた制御型半導体素子モジュールであって、前記駆動信号を供給する駆動回路を、前記制御型半導体素子モジュールに接続するための駆動ケーブル接続用の接続コネクタ部と、磁性体からなるコアと、を有し、前記コアは、前記接続コネクタ部の前記第１の端子と接続される第１の外部端子及び前記第２の端子と接続される第２の外部端子の周囲を囲むように前記接続コネクタ部と一体に形成されていることを特徴としている。

さらに、本発明の請求項１１に係る電力変換装置は、制御型半導体素子と、当該制御型半導体素子を駆動する駆動回路と、前記制御型半導体素子と前記駆動回路とを接続する駆動ケーブルと、を備えた電力変換装置において、前記制御型半導体素子として、請求項４から請求項６の何れか１項に記載のディスクリート型の制御型半導体素子または、請求項７から請求項１０の何れか１項に記載の制御型半導体素子モジュールを適用したことを特徴としている。

なお、ここでいう制御型半導体素子とは、ＩＧＢＴやＩＥＧＴ、バイポーラトランジスタ、さらに、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ電界効果トランジスタ）等の、駆動信号が供給される、第１の端子（例えばＩＧＢＴの場合にはゲート端子）及び第２の端子（例えばＩＧＢＴの場合にはエミッタ端子）を備え、第１の端子及び第２の端子に供給される駆動信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ動作する制御型の半導体素子のことをいい、ディスクリート型の半導体素子や、半導体チップ、半導体モジュール等、その大きさや規模は問わず、外部から駆動信号を供給することでＯＮ／ＯＦＦ動作するようになっている制御型の半導体素子の機能を備えたものをいう。

また、ディスクリート型の制御型半導体素子とは、前記制御型半導体素子の機能のみを有する単機能の半導体素子であって、例えばディスクリートＩＧＢＴのことをいう。
また、制御型半導体素子モジュールとは、前記制御型半導体素子からなる半導体チップが銅などの金属ベース上に絶縁層を介して回路パターン上に実装され、半導体チップの、駆動信号が供給される、第１の端子や第２の端子がワイヤや金属パターンなどの配線により外部端子に接続されてパッケージされた回路のことをいい、例えば、インバータ回路を構成するＩＧＢＴモジュールのことをいう。

本発明に係る電力変換装置によれば、制御型半導体素子と駆動回路とを接続する駆動ケーブル等といった制御型半導体素子と駆動回路との間に形成される導通経路の制御型半導体素子近傍の位置に、コモンモードリアクトルや磁性体からなるコア等といったコモンモードノイズ低減手段を設けたため、制御型半導体素子のスイッチング動作により生じるノイズ電流が流れることにより駆動ケーブルに生じる放射ノイズを低減することができる。

特に、単に、駆動回路と制御型半導体素子との間に磁性体コアやコモンモードリアクトル等のコモンモードノイズ低減手段を設けただけでなく、コモンモードノイズ低減手段を、制御型半導体素子近傍に設けたため、ノイズ源である制御型半導体素子から駆動回路へのノイズの伝搬が最小範囲に抑えられることになり、単に、磁性体コアやコモンモードリアクトルを設けた場合に比較して、駆動ケーブルからの放射低減効果をより高めることができる。

また、ディスクリート型の制御型半導体素子の、駆動信号が供給される第１の端子及び第２の端子を構成する脚の制御型半導体素子近傍の位置や、制御型半導体素子モジュールを構成する制御型半導体チップの第１の端子及び第２の端子に接続される第１の配線及び第２の配線に、コモンモードリアクトルや磁性体コアといったコモンモードノイズ低減手段を設けたり、また、制御型半導体モジュール内の駆動ケーブル接続用の接続コネクタ部の、制御型半導体チップの第１の端子及び第２の端子と接続される外部端子の周囲を囲むように、コネクタ部と一体にコアを接続したりしているため、スイッチング動作により生じるノイズ電流が制御型半導体素子の端子の脚から外部に流れること、或いは制御型半導体素子モジュールから外部に流れることを回避することができ、さらにコモンモードノイズ低減手段を、制御型半導体素子により近い位置に設けているため、第１の端子及び第２の端子の脚部分や、第１の端子及び第２の端子と接続される第１の配線及び第２の配線にノイズ電流が流れることによる放射ノイズの低減をも図ることができる。

さらに、ディスクリート型の制御型半導体素子や、制御型半導体モジュール内にコモンモードノイズ低減手段を組み込んでいるため、これらディスクリート型の制御型半導体素子や制御型半導体モジュールを用いて電力変換装置を構成するだけで、別途コモンモードノイズ低減手段を設ける作業を行うことなく実現することができ作業効率を向上させることができる。
そして、このようなディスクリート型の制御型半導体素子や、制御型半導体素子モジュールを用いて電力変換装置を構成することにより、制御型半導体素子と駆動回路とを接続する駆動ケーブルから放射される放射ノイズを低減することができるため、結果的に電力変換装置全体における放射ノイズを低減することができる。

本発明を適用した電力変換装置の概略構成図である。 第２の実施の形態における電力変換装置の概略構成図である。 第３の実施の形態におけるＩＧＢＴの概略構成図である。 第４の実施の形態におけるＩＧＢＴの概略構成図である。 第５の実施の形態におけるＩＧＢＴモジュールＭ１の一例である。 ＩＧＢＴモジュールＭ１の回路図の一部である。 ＩＧＢＴモジュールＭ１の回路図の一例である。 第６の実施の形態におけるＩＧＢＴモジュールＭ２の一例である。 ＩＧＢＴモジュールＭ２の回路図の一例である。 第７の実施の形態におけるＩＧＢＴモジュールのコネクタ部の一例である。 従来のインバータ回路の概略構成図である。 ノイズ電流レベルの一例である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
まず、第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した電力変換装置の一例を示したものである。なお、電力変換装置の基本的な構成は、図１１に示す従来の電力変換装置と同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
本発明における電力変換装置は、図１に示すように、図１１に示す従来の電力変換装置においてさらに、コモンモードリアクトル１１を備えたものである。
このコモンモードリアクトル１１は、インバータ主回路部５２を構成するＩＧＢＴのゲート端子とエミッタ端子との間にゲート駆動回路５７を接続するゲート駆動ケーブル５６に介挿される。

すなわち、ゲート駆動ケーブル５６の、ＩＧＢＴのゲート端子及びゲート駆動回路５７を接続する信号線ｍ１と、ＩＧＢＴのエミッタ端子及びゲート駆動回路５７を接続する信号線ｍ２とに、コモンモードリアクトル１１が介挿されている。
なお、図１では、直流交流変換部６２のＵ相の下アームのスイッチ手段ＳＷを構成するＩＧＢＴと接続されるゲート駆動ケーブル５６のみにコモンモードリアクトル１１が介挿されているが、実際には、各スイッチ手段ＳＷを構成する６個のＩＧＢＴに接続される図示しないゲート駆動ケーブルのそれぞれに、同様にコモンモードリアクトル１１が介挿される。

また、このコモンモードリアクトル１１は、ＩＧＢＴ近傍に設けられている。ここで、前述のように、ＩＧＢＴのスイッチング動作により生じるノイズ電流はゲート駆動ケーブル５６にも流れ、ゲート駆動ケーブル５６から放射ノイズとして放射される。このため、ノイズ電流が流れることにより放射ノイズが発生する以前にノイズ電流を低減すれば、放射ノイズを効果的に低減することができる。
したがって、ＩＧＢＴの近傍にコモンモードリアクトル１１を設け、ゲート駆動ケーブル５６において放射ノイズが生じる以前の段階でノイズ電流の低減を図っている。上述のように、ノイズ電流がゲート駆動ケーブル５６を流れる以前にスイッチングノイズを低減すれば、放射ノイズの発生をより的確に低減することができるため、コモンモードリアクトル１１の配置位置はＩＧＢＴに近い位置であるほど好ましい。

図１に示すように、ゲート駆動ケーブル５６にコモンモードリアクトル１１を介挿することにより、ＩＧＢＴのスイッチング動作により生じたノイズ電流はコモンモードリアクトル１１により低減される。このため、ゲート駆動ケーブル５６に流れるノイズ電流が低減され、このノイズ電流がゲート駆動ケーブル５６を流れることによって生じる放射ノイズの発生を低減することができる。

したがって、ゲート駆動ケーブル５６からの放射ノイズの発生を低減することができるため、結果的に、電力変換装置全体における放射ノイズの発生を低減することができる。
ここで、第１の実施の形態において、ＩＧＢＴが制御型半導体素子に対応し、ゲート駆動回路５７が駆動回路に対応し、ゲート駆動ケーブル５６が駆動ケーブルに対応し、コモンモードリアクトル１１がコモンモードノイズ低減手段に対応し、ゲート端子が第１の端子に対応し、エミッタ端子が第２の端子に対応し、信号線ｍ１が第１の信号線に対応し、信号線ｍ２が第２の信号線に対応している。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
この第２の実施の形態における電力変換装置は、図２に示すように、図１に示す第１の実施の形態における電力変換装置において、コモンモードリアクトル１１に替えて、磁性体からなる中空のコア１２が設けられている。なお、図１と同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
このコア１２は、例えばＮｉ−Ｚｎ系で構成され、図２に示すようにゲート駆動ケーブル５６の周囲に取り付けられている。すなわち、ＩＧＢＴのゲート端子とゲート駆動回路５７とを接続する信号線ｍ１と、ＩＧＢＴのエミッタ端子とゲート駆動回路５７とを接続する信号線ｍ２とが、共にコア１２の中空部を貫通するように配置される。
そして、コア１２の配置位置も、上記コモンモードリアクトル１１の場合と同様に、ノイズ電流の発生源であるＩＧＢＴに近いほど好ましい。そして、各スイッチ手段ＳＷを構成するＩＧＢＴに接続されるゲート駆動ケーブル５６それぞれに、その周囲にコア１２が取り付けられている。

図２に示すように、ゲート駆動ケーブル５６の周囲にコア１２を設けることにより、ＩＧＢＴのスイッチング動作により生じたノイズ電流はコア１２により低減される。このため、ゲート駆動ケーブル５６に流れるノイズ電流が低減され、ゲート駆動ケーブル５６に生じる放射ノイズを低減することができ、結果的に電力変換装置全体における放射ノイズの発生を低減することができる。
ここで、第２の実施の形態において、ＩＧＢＴが制御型半導体素子に対応し、図２のコア１２がコモンモードノイズ低減手段に対応している。

次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
この第３の実施の形態は、図１に示す電力変換装置において、コモンモードリアクトル１１を用いずに、ＩＧＢＴとして、コモンモードリアクトルを備えたディスクリート型のＩＧＢＴａを用いたものである。
この第３の実施の形態における電力変換装置を構成するＩＧＢＴは、図３に示すＩＧＢＴａで構成される。
図３において、２１はＩＧＢＴ本体、２２は端子脚部であって、２２Ｇはゲート端子の脚、２２Ｃはコレクタ端子の脚、２２Ｅはエミッタ端子の脚である。

ゲート端子の脚２２Ｇ及びエミッタ端子２２Ｅの脚には、コモンモードリアクトル２５が介挿され、且つ、コモンモードリアクトル２５は、ゲート端子の脚２２Ｇ及びエミッタ端子の脚２２Ｅの、ＩＧＢＴ本体２１への付け根近傍に配置されている。つまり、この場合もノイズ電流をよりノイズ源に近い箇所で低減することによって、ゲート端子の脚２２Ｇ、エミッタ端子の脚２２Ｅからの放射ノイズの発生を低減するようにしている。
そして、直流交流変換部６２を構成する６個のＩＧＢＴとして、図３に示すＩＧＢＴａを用いる。

これにより、ＩＧＢＴａからなるＩＧＢＴとゲート駆動回路５７とがゲート駆動ケーブル５６により接続されることになり、ＩＧＢＴａをスイッチング動作させることにより生じるノイズ電流は、ＩＧＢＴａのゲート端子の脚２２Ｇ及びエミッタ端子の脚２２Ｅに設けられたコモンモードリアクトル２５によって低減される。このため、ノイズ電流がゲート駆動ケーブル５６を流れることを抑制することができ、すなわちゲート駆動ケーブル５６からの放射ノイズを低減することができるため、結果的に電力変換装置からの放射ノイズを低減することができる。
ここで、第３の実施の形態において、ＩＧＢＴａがディスクリート型の制御型半導体素子に対応し、ゲート端子の脚２２Ｇが第１の端子の脚に対応し、エミッタ端子の脚２２Ｅが第２の端子の脚に対応し、コモンモードリアクトル２５がコモンモードノイズ低減手段に対応している。

次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
この第４の実施の形態における電力変換装置は、第３の実施の形態において、ＩＧＢＴとしてＩＧＢＴａに替えて、図４に示すディスクリート型のＩＧＢＴｂを適用したものである。なお、図４において、図３に示す第３の実施の形態におけるＩＧＢＴａと同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図４に示すように、ＩＧＢＴｂは、コモンモードリアクトル２５に替えて、コア２７が設けられている。

すなわち、図４に示すように端子脚部２２の３本の脚２２Ｃ、２２Ｇ、２２Ｅは、直方体形状のＩＧＢＴ本体２１の一つの平面に、脚の付け根分が当該平面と略垂直となるように設けられ、且つ前記並び順に配置されている。そして、コレクタ端子の脚２２Ｃは直線状に形成されているが、ゲート端子の脚２２Ｇ及びエミッタ端子の脚２２Ｅは、脚の途中に、カタカナの“コ”の字状に屈折された屈折部２２ａが形成されている。そして、この屈折部２２ａに中空の磁性体からなるコア２７が設けられ、コレクタ端子の脚２２Ｃを除く、ゲート端子の脚２２Ｇとエミッタ端子の脚２２Ｅとがコア２７の中空部を貫通するように配置されている。

さらに、屈折部２２ａは、ゲート端子の脚２２Ｇ及びエミッタ端子の脚２２Ｅの付け根部分に近い位置に形成されている。このため、コア２７がゲート端子の脚２２Ｇ及びエミッタ端子の脚２２Ｅの付け根部近傍に配置されることになって、上記実施の形態と同様に、ノイズ源であるＩＧＢＴ本体２１により近い位置でそのスイッチング動作により生じるノイズ電流が低減されることになって、ゲート端子の脚２２Ｇ、エミッタ端子の脚２２Ｅからの放射ノイズの発生を低減するようにしている。
したがって、この第４の実施の形態においても上記第３の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
ここで、第４の実施の形態において、ＩＧＢＴｂがディスクリート型の制御型半導体素子に対応し、ゲート端子の脚２２Ｇが第１の端子の脚に対応し、エミッタ端子の脚２２Ｅが第２の端子の脚に対応し、コア２７がコモンモードノイズ低減手段に対応している。

次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。
この第５の実施の形態は、図１１に示す電力変換装置において、直流交流変換部６２として、ＩＧＢＴチップを備えたＩＧＢＴモジュールＭ１を用いたものである。
図５は、第５の実施の形態における直流交流変換部６２を構成するＩＧＢＴモジュールＭ１の一例である。
このＩＧＢＴモジュールＭ１は、図５に示すように、銅などの金属ベース上に絶縁層を介して６個のＩＧＢＴチップ３０が回路パターン上に実装されて構成される。また、ＩＧＢＴモジュールＭ１には各ＩＧＢＴチップ３０の端子と、ゲート駆動回路５７等の外部回路とを接続するための外部端子が形成されている。

ＩＧＢＴモジュールＭ１は、上アームを構成する、Ｕ相のＩＧＢＴｕ用のゲート端子Ｇｕ及びエミッタ端子Ｅｕと、Ｖ相のＩＧＢＴｖ用のゲート端子Ｇｖ及びエミッタ端子Ｅｖと、Ｗ相のＩＧＢＴｗ用のゲート端子Ｇｗ及びエミッタ端子Ｅｗと、を備える。また、下アームを構成する、Ｕ相のＩＧＢＴｘ用のゲート端子Ｇｘ、Ｖ相のＩＧＢＴｖ用のゲート端子Ｇｙ、Ｗ相のＩＧＢＴｚ用のゲート端子Ｇｚ、下アームを構成するＩＧＢＴ用の低電位側外部端子Ｎｇを備える。さらに、高電位側の外部端子Ｐ、低電位側の外部端子Ｎ、Ｕ相の出力端子Ｕ、Ｖ相の出力端子Ｖ及びＷ相の出力端子Ｗを備える。

そして、図６に示す、ＩＧＢＴモジュールＭ１により構成される三相の上下アーム回路において、上下アーム回路の高電位側の電源ラインＰｉ及び低電位側の電源ラインＮｉと、図５の高電位側の外部端子Ｐ及び低電位側の外部端子Ｎとがそれぞれ接続され、図６の各相のスイッチ手段ＳＷどうしの接続点Ｕｉ、Ｖｉ、Ｗｉと、図５の対応するＵ相の出力端子Ｕ、Ｖ相の出力端子Ｖ、Ｗ相の出力端子Ｗとがそれぞれ接続される。

また、図６に示す、上アームを構成するＩＧＢＴｕ、ＩＧＢＴｖ、ＩＧＢＴｗ、すなわち図５のＩＧＢＴｕ、ＩＧＢＴｖ、ＩＧＢＴｗのそれぞれに対応するＩＧＢＴチップ３０のゲート端子Ｇｕｉ、Ｇｖｉ、Ｇｗｉ、エミッタ端子Ｅｕｉ、Ｅｖｉ、Ｅｗｉと、図５の対応するゲート端子Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗ、エミッタ端子Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗと、がそれぞれ接続され、同様に、下アームを構成するＩＧＢＴｘ、ＩＧＢＴｙ、ＩＧＢＴｚ（図５の対応するＩＧＢＴチップ３０）のゲート端子Ｇｘｉ、Ｇｙｉ、Ｇｚｉと、対応するゲート端子Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚと、がそれぞれ接続される。そして、下アームを構成するＩＧＢＴｘ、ＩＧＢＴｙ、ＩＧＢＴｚのエミッタ端子Ｅｘｉ、Ｅｙｉ、Ｅｚｉは、ＩＧＢＴ用の低電位側外部端子Ｎｇに接続される。

このとき、ＩＧＢＴチップ３０の各端子と外部端子とは、図５に示すように、ワイヤ等の内部配線で接続される。
さらに、ＩＧＢＴチップ３０の例えばゲート端子Ｇｗｉとゲート端子Ｇｗとを接続する内部配線ｋ１と、ＩＧＢＴチップ３０のエミッタ端子Ｅｗｉとエミッタ端子Ｅｗとを接続する内部配線ｋ２には、コモンモードリアクトル３１が介挿されている。
なお、図５では、１つのＩＧＢＴチップ３０のみが外部端子に接続され、且つ一部の端子のみが外部端子に接続されているが実際には、各ＩＧＢＴチップ３０の各端子がそれぞれ対応する外部端子にワイヤ等の内部配線によって接続されている。

このため、このＩＧＢＴモジュールＭ１全体の回路図は、図７に示すように、各ＩＧＢＴチップ３０のゲート端子及びエミッタ端子と、これに対応する、ＩＧＢＴモジュールＭ１の外部端子との間に、コモンモードリアクトル３１が介挿された回路となる。
したがって、ＩＧＢＴチップ３０を駆動させ、ＩＧＢＴをスイッチング動作させることにより生じるノイズ電流は、ＩＧＢＴチップ３０のゲート端子及びエミッタ端子に設けられたコモンモードリアクトル３１によって低減される。このため、ノイズ電流がゲート駆動ケーブル５６を流れることを抑制することができ、すなわちゲート駆動ケーブル５６からの放射ノイズを低減することができるため、結果的に電力変換装置からの放射ノイズを低減することができる。

この場合、ＩＧＢＴモジュールＭ１内で、ＩＧＢＴチップ３０のスイッチング動作によるノイズ電流を低減することができるため、このノイズ電流がＩＧＢＴモジュールＭ１の外部に流れることを抑制することができる。
ここで、ＩＧＢＴチップ３０が制御型半導体チップに対応し、内部配線ｋ１が第１の配線に対応し、内部配線ｋ２が第２の配線に対応し、ＩＧＢＴモジュールＭ１が制御型半導体素子モジュールに対応し、コモンモードリアクトル３１がコモンモードノイズ低減手段に対応している。

次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。
この第６の実施の形態は、直流交流変換部６２に、ＩＧＢＴモジュールＭ２を適用したものである。このＩＧＢＴモジュールＭ２は、第５の実施の形態におけるＩＧＢＴモジュールＭ１において、コモンモードリアクトル３１に替えて、磁性体からなるコア３５を設けたものである。そのため、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。

図８は、ＩＧＢＴモジュールＭ２の概略構成図である。
ＩＧＢＴモジュールＭ１と同様に、ＩＧＢＴモジュールＭ２の各ＩＧＢＴチップ３０の各端子と、外部接続端子とは、図８に示すように、ワイヤ等の内部配線で接続されている。
さらに、ＩＧＢＴチップ３０の例えばゲート端子Ｇｗｉとゲート端子Ｇｗとを接続する内部配線ｋ１と、ＩＧＢＴチップ３０のエミッタ端子Ｅｗｉとエミッタ端子Ｅｗとを接続する内部配線ｋ２には、中空の磁性体からなるコア３５が設けられ、コア３５の中空部を内部配線ｋ１及びｋ２が共に貫通するように配置されている。

なお、図８では、１つのＩＧＢＴチップ３０のみが外部端子に接続され、且つ一部の端子のみが外部続端子に接続されているが実際には、各ＩＧＢＴ３０の各端子がそれぞれ対応する外部端子にワイヤ等の内部配線によって接続されている。
このため、このＩＧＢＴモジュールＭ２全体の回路図は、図９に示すように、各ＩＧＢＴチップ３０のゲート端子及びエミッタ端子と、これに対応する、ＩＧＢＴモジュールＭ１の外部端子との間に、コア３５が介挿された回路となる。
したがって、ＩＧＢＴチップ３０を駆動させ、ＩＧＢＴをスイッチング動作させることにより生じるノイズ電流は、ＩＧＢＴチップ３０のゲート端子及びエミッタ端子に設けられたコア３５によって低減される。
したがって、この場合も、上記第５の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。

また、上記第５の実施の形態や第６の実施の形態では、コモンモードリアクトル３１やコア３５を、ＩＧＢＴモジュール内の内部配線ｋ１及びｋ２に設けているため、例えばＩＧＢＴモジュール外にコモンモードリアクトル３１やコア３５を設ける場合に比較して、ＩＧＢＴ３０により近い位置に設けられることになるが、例えば、ＩＧＢＴモジュール内での配置の問題等から、内部配線ｋ１、ｋ２が比較的長くなる場合等には、コモンモードリアクトル３１をＩＧＢＴチップ３０近傍に設けるようにすれば、より効果的にノイズ電流を抑制することができる。
ここで、ＩＧＢＴチップ３０が制御型半導体チップに対応し、内部配線ｋ１が第１の配線に対応し、内部配線ｋ２が第２の配線に対応し、ＩＧＢＴモジュールＭ２が制御型半導体素子モジュールに対応し、コア３５がコモンモードノイズ低減手段に対応している。

次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。
この第７の実施の形態における電力変換装置は、図１の直流交流変換部６２として、図１０に示すＩＧＢＴモジュールＭ３を用いたものである。
図１０は、図５や図８に示すように、回路パターン上に配置されたＩＧＢＴチップが配線されパッケージ化されてなるＩＧＢＴモジュールＭ３において、ＩＧＢＴモジュールＭ３に外部回路を接続するためのコネクタ部４０の外観を示したものである。

図１０に示すように、ＩＧＢＴモジュールＭ３は、外部端子として、高電位側の外部端子Ｐ、低電位側の外部端子Ｎ、Ｕ相の出力端子Ｕ、Ｖ相の出力端子Ｖ、Ｗ相の出力端子Ｗ、前記図７に示す、上アームを構成する、Ｕ相のＩＧＢＴｕ用のゲート端子Ｇｕ及びエミッタ端子Ｅｕと、Ｖ相のＩＧＢＴｖ用のゲート端子Ｇｖ及びエミッタ端子Ｅｖと、Ｗ相のＩＧＢＴｗ用のゲート端子Ｇｗ及びエミッタ端子Ｅｗと、を有し、これらはそれぞれコネクタ化され、Ｕ相コネクタＣｕ、Ｖ相コネクタＣｖ、Ｗ相コネクタＣｗが形成されている。さらに、下アームを構成する、Ｕ相のＩＧＢＴｘ用のゲート端子Ｇｘ、Ｖ相のＩＧＢＴｖ用のゲート端子Ｇｙ、Ｗ相のＩＧＢＴｚ用のゲート端子Ｇｚ、下アームを構成するＩＧＢＴ用の低電位側外部端子Ｎｇを有し、これらは一つにコネクタ化されて、下アーム用コネクタＣｄが形成されている。

そして、これら外部端子は、ＩＧＢＴモジュールＭ３のパッケージ内部で、それぞれ対応するＩＧＢＴチップ３０の各端子や、上下アームを構成する直列に接続されたＩＧＢＴチップ３０どうしの接続点等、といった所定の接続点と、内部配線や銅箔等で接続され、特にＩＧＢＴチップ３０のゲート端子及びエミッタ端子と、これに対応する外部端子の間は、ワイヤ等の内部配線で接続される。
さらに、コネクタ部４０において、Ｕ相コネクタＣｕには、ゲート端子Ｇｕ及びエミッタ端子Ｅｕを共に囲むように磁性体からなるコア４１が、Ｕ相コネクタＣｕと一体に組み込まれて形成されている。同様に、Ｖ相コネクタＣｖ、Ｗ相コネクタＣｗのそれぞれにも磁性体からなるコア４１が一体に組み込まれ、さらに、下アーム用コネクタＣｄにも、ゲート端子Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ及び低電位側外部端子Ｎを囲むように、下アーム用コネクタＣｄと一体に磁性体からなるコア４１が組み込まれている。

そのため、直流交流変換部６２の各ＩＧＢＴが、ゲート駆動回路５７によって駆動制御されると、ＩＧＢＴがスイッチング動作することより生じるノイズ電流は、例えば上アームを構成するＩＧＢＴｕの場合には、ＩＧＢＴｕのゲート端子Ｇｕｉ及びエミッタ端子Ｅｕｉ、Ｕ相コネクタＣｕのゲート端子Ｇｕ及びエミッタ端子Ｅｕを経由して、ゲート駆動ケーブル５６へと流れることになるが、Ｕ相コネクタＣｕには、コア４１が組み込まれており、且つこのコア４１は、ゲート端子Ｇｕ及びエミッタ端子Ｅｕの周囲を囲むように配置されている。このため、Ｕ相コネクタＣｕにおいて、コア４１によりノイズ電流は低減されることになる。

したがって、ＩＧＢＴのスイッチング動作により生じたノイズ電流は、ＩＧＢＴモジュールＭ３内において低減されるため、ノイズ電流を抑制することができると共に、ノイズ電流が、ＩＧＢＴモジュールＭ３から外部に流れることを抑制することができる。そのため、ＩＧＢＴモジュールＭ３と接続されるゲート駆動ケーブル５６に流れるノイズ電流によりゲート駆動ケーブル５６から発生される放射ノイズを低減することができる。

なお、この場合も、コア４１の配置位置はＩＧＢＴ本体に近い位置であるほど好ましい。
ここで、ＩＧＢＴチップ３０が制御型半導体素子に対応し、ＩＧＢＴモジュールＭ３が制御型半導体素子モジュールに対応し、各ＩＧＢＴチップ３０のゲート端子がそれぞれ第１の端子に対応し、各ＩＧＢＴチップ３０のエミッタ端子がそれぞれ第２の端子に対応し、コネクタ部４０の各ゲート端子Ｇｕ〜Ｇｗがそれぞれ第１の外部端子に対応し、各エミッタ端子Ｅｕ〜Ｅｗがそれぞれ第２の外部端子に対応し、コネクタ部４０が接続コネクタ部に対応し、コア４１が磁性体からなるコアに対応している。

なお、上記第３から第７の実施の形態においては、それぞれディスクリート型ＩＧＢＴと一体、或いは、ＩＧＢＴモジュールと一体に、コモンモードノイズ低減手段としての、コモンモードリアクトルやコアが組み込まれている。したがって、これらディスクリート型ＩＧＢＴやＩＧＢＴモジュールを用いて電力変換装置を構成する際に、コモンモードノイズ低減手段を新たに設ける必要はなく、単に、これらディスクリート型ＩＧＢＴやＩＧＢＴモジュールを用いるだけで、コモンモードノイズの低減を図ることの可能な電力変換装置を実現することができる。したがって、電力変換装置を組み立てる際の作業効率をより向上させることができる。

また、上記実施の形態のうち、コモンモードノイズ低減手段としてコアを用いた実施の形態においては、コアの材質としてＮｉ−Ｚｎ系を適用することができるが、これに限るものではなく磁性体のコアであれば適用することができる。また、コアの巻数は、１ターンとしてもよく、また、複数ターンとしてもよい。
また、上記実施の形態のうち、コモンモードノイズ低減手段としてコモンモードリアクトルを用いた実施の形態において、リアクトルに用いるコア・リアクトル形状や、ターン数等に制約はない。

また、上記実施の形態においては、ＩＧＢＴを用いた電力変換装置について説明したが、ＩＧＢＴに限るものではなく、ＩＥＧＴ、ＩＥＧＴ、或いはバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等、制御端子を有し、制御端子に駆動信号を供給することによりオンオフ動作するようになっている制御型半導体素子を用いた電力変換装置であっても適用することができる。

また、電力変換装置を構成する場合に限るものではなく、ディスクリート型のＩＧＢＴａやＩＧＢＴｂ単体、或いは、ＩＧＢＴモジュールＭ１〜Ｍ３単体、或いは他の素子と組み合わせて回路を構成する場合であっても適用することができる。
また、電力変換装置としてインバータ回路を適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、他の電力変換装置、例えば無停電電源装置（ＵＰＳ）であっても適用することができる。また、電力変換装置に限らず、ＩＧＢＴ等の制御型半導体素子のスイッチング動作により制御型半導体素子から出力される電圧や電流の高周波成分に起因してノイズが発生する回路に適用すると効果的である。

１１、２５、３１ コモンモードリアクトル
１２、２７、３５、４１ コア
２１ ＩＧＢＴ本体
２２ 端子脚部
３０ ＩＧＢＴチップ
４０ コネクタ部
５１ 電源
５２ インバータ主回路部
５３ 三相モータ
５６ ゲート駆動ケーブル
５７ ゲート駆動回路
６２ 直流交流変換部
Ｃｕ Ｕ相コネクタ
Ｃｖ Ｖ相コネクタ
Ｃｗ Ｗ相コネクタ
Ｃｄ 下アーム用コネクタＣｄ
ｋ１、ｋ２ 内部配線
ｍ１、ｍ２ 信号線
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ ＩＧＢＴモジュール

Claims (11)

1. 制御型半導体素子と、
   当該制御型半導体素子を駆動する駆動回路と、
   を備えた電力変換装置において、
   前記制御型半導体素子と前記駆動回路との間に形成される導通経路の、前記制御型半導体素子端子近傍の位置に、コモンモードノイズ低減手段を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御型半導体素子は、前記駆動回路からの駆動信号が供給される第１の端子及び第２の端子を有し、
   前記第１の端子と前記駆動回路とを接続する第１の信号線及び前記第２の端子と前記駆動回路とを接続する第２の信号線からなる駆動ケーブルを備え、
   前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の信号線及び前記第２の信号線に介挿され且つ前記制御型半導体素子近傍に配置されるコモンモードリアクトルであることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記制御型半導体素子は、前記駆動回路からの駆動信号が供給される第１の端子及び第２の端子を有し、
   前記第１の端子及び第２の端子と前記駆動回路とを接続するための駆動ケーブルを備え
   、
   前記コモンモードノイズ低減手段は、前記駆動ケーブルの、前記制御型半導体素子近傍に設けられた中空の磁性体からなるコアであって、当該コアの中空部に前記駆動ケーブルが貫通して配置されることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
4. 駆動信号が供給される第１の端子及び第２の端子を構成する脚をそれぞれ備えたディスクリート型の制御型半導体素子であって、
   前記第１の端子及び第２の端子の各脚の付け根近傍にコモンモードノイズ低減手段を備えることを特徴とするディスクリート型の制御型半導体素子。
5. 前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の端子及び第２の端子の各脚の付け根近傍に介挿されたコモンモードリアクトルであることを特徴とする請求項４記載のディスクリート型の制御型半導体素子。
6. 前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の端子及び第２の端子の各脚の付け根近傍に設けられた中空の磁性体からなるコアであって、当該コアの中空部に前記第１の端子の脚と第２の端子の脚とが共に貫通して配置されることを特徴とする請求項４記載のディスクリート型の制御型半導体素子。
7. 制御型半導体素子から構成され且つ駆動信号が供給される第１の端子及び第２の端子を備えた制御型半導体チップを有し、
   前記第１の端子及び前記第２の端子のそれぞれに、前記駆動信号を供給するための第１の配線及び第２の配線を備えた制御型半導体素子モジュールであって、
   前記第１の配線及び前記第２の配線に、コモンモードノイズ低減手段を備え、
   前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の端子及び第２の端子の各脚の付け根近傍に備えることを特徴とする制御型半導体素子モジュール。
8. 前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の配線及び前記第２の配線に介挿されるコモンモードリアクトルであることを特徴とする請求項７記載の制御型半導体素子モジュール。
9. 前記コモンモードノイズ低減手段は、前記第１の配線及び前記第２の配線に設けられた中空の磁性体からなるコアであって、当該コアの中空部に前記第１の配線及び前記第２の配線が共に貫通して配置されることを特徴とする請求項７記載の制御型半導体素子モジュール。
10. 制御型半導体素子から構成され且つ駆動信号が供給される第１の端子及び第２の端子を有する制御型半導体チップを備えた制御型半導体素子モジュールであって、
    前記駆動信号を供給する駆動回路を、前記制御型半導体素子モジュールに接続するための駆動ケーブル接続用の接続コネクタ部と、
    磁性体からなるコアと、を有し、
    前記コアは、前記接続コネクタ部の前記第１の端子と接続される第１の外部端子及び前記第２の端子と接続される第２の外部端子の周囲を囲むように前記接続コネクタ部と一体に形成されていることを特徴とする制御型半導体素子モジュール。
11. 制御型半導体素子と、
    当該制御型半導体素子を駆動する駆動回路と、
    前記制御型半導体素子と前記駆動回路とを接続する駆動ケーブルと、を備えた電力変換装置において、
    前記制御型半導体素子として、請求項４から請求項６の何れか１項に記載のディスクリート型の制御型半導体素子または、請求項７から請求項１０の何れか１項に記載の制御型半導体素子モジュールを適用したことを特徴とする電力変換装置。

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