JP6328298B1 - 電力変換装置用のパワーモジュール、電力変換装置、制御装置一体型回転電機装置 - Google Patents

電力変換装置用のパワーモジュール、電力変換装置、制御装置一体型回転電機装置 Download PDF

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Abstract

【課題】小型、高出力なパワーモジュール等を供給する。【解決手段】Ｈアームスイッチング素子と温度センサを内蔵したＬアームスイッチング素子を含む電力変換回路の少なくとも１相分のスイッチング素子群と、電力変換回路の電流を検出する電流検出器と、少なくとも１相分の回路を形成するようにスイッチング素子群及び電流検出器を電気配線するリードフレームと、各スイッチング素子の上面電極をリードフレームに接続するインナーリード群と、前記各部をリードフレームの一部を露出させて一体に封止するモールド部材とを備え、リードフレームのＰ電位リードとＮ電位リードがモールド部材の同一面から一部が露出し、Ｌアームスイッチング素子がインナーリード、Ｎ電位リードを介して外部に接続され、Ｈアームスイッチング素子がＰ電位リードのみを介して外部に接続され、Ｐ電位リードからＮ電位リードまでの通電経路がループ状に配置されている。【選択図】図１

Description

この発明は、リードフレーム上にスイッチング用のパワー半導体チップを搭載しモールド封止した電力変換装置用のパワーモジュール、電力変換装置、制御装置一体型回転電機装置に関する。
電力変換装置は、スイッチング可能なパワー半導体チップであるスイッチング素子を内部に搭載し、ヒートシンク上に搭載されるパワーモジュールを複数個組み合わせることで構成した電力変換回路を内部に構成する。電力変換装置は、電力変換回路の他に内部に搭載された制御基板から電力変換回路へ信号が伝達され、スイッチング素子をオンオフさせて電力を制御する。この際に生じる電圧変動や、ノイズを吸収する平滑コンデンサを備える。また、電力変換回路は、動作時に電源、パワーモジュールおよび平滑コンデンサを繋ぐ金属製の板で構成されたバスバーで電力を伝達し合う。パワーモジュールは、配線パターン形状に成形されたリードフレーム上に、スイッチング素子を搭載し、スイッチング素子の上面電極パッドを配線部材により接続したものをモールド樹脂で封止したものである。
パワーモジュールに搭載されるスイッチング素子は、通電により発熱が生じ温度上昇する。このスイッチング素子には許容温度が定められており、この温度を超えないように通電する電流を制御する必要がある。すなわち、電力半導体装置の出力を限界まで引き出そうとした場合、通電時のスイッチング素子が許容温度以下となる範囲の最大電力で動作させることになる。
このスイッチング素子が許容温度以下となる範囲の最大電力を向上させるためには、
同じ電力が入力されたときにスイッチング素子で生じる発熱損失を低減すること、
スイッチング素子で生じた熱量の放熱されやすさの指標となる熱抵抗を低減すること、
スイッチング素子の温度を監視し許容温度になる寸前まで入力する電力の上限を許容すること
などがある。
このような要求に対応するため、過去に様々な電力半導体装置が提案されている。
例えば、下記の特許文献１にパワーモジュールが示されている。このパワーモジュールは、導体に挟まれて配置された配線部材と半導体素子で構成されたループ状の配線経路を形成している。このパワーモジュールでは、配線経路がループ状に構成されているため、スイッチング素子がオンオフした際に生じる電圧変動に影響を与える寄生インダクタンスを小さくできる。この結果、スイッチング素子がオンオフするときに生じる損失であるスイッチング損失が低減できるとされている。また、ループ状の配線経路を形成するための様々な形態が示されている。
特開２０１６−５９０９４号公報
しかしながら、上記特許文献１に示されたものでは、チップの温度を監視する機能を備えていないため、予め把握しておいたスイッチング素子の温度上昇をもとに許容温度以下になるように電力を調整する必要がある。このときスイッチング素子には、電気抵抗やスイッチングスピードなどの特性にばらつきがあり同じ電力でもスイッチング素子で生じる発熱損失にばらつきがある。このため、すべての製品でスイッチング素子が許容温度以下になるためには、同じ電力が入力された場合に最大の損失が生じるスイッチング素子の特性をもとに電力を決定する必要がある。すなわち、大多数をしめる平均的な特性を備えるスイッチング素子は、最大出力時に入力される電力でも、許容温度に対して十分に余裕がある電力しか入力されないことになる。
上記特許文献１に示されたものに、スイッチング素子の温度を監視する機能を単に追加しようとすると、温度を監視する素子の設置面積や監視した温度に関する信号を取り出す配線を設定するなど、パワーモジュールの大型化の原因となる。また、上記特許文献１に示されたものでは、ヒートシンクの冷却方法が空冷式の場合、３相回路を構成する３つの相同士を負極または陽極の一つの導体で構成されているためバスバーを通って半導体素子の発熱が干渉し温度上昇が大きくなる課題がある。また、半導体素子が接合された出力バスバーと陽極または陰極バスバーが直接接続されているため、ＨアームとＬアームの素子がお互いの発熱を伝え合い平均化されるため、温度が高い側の半導体素子が素子自体の特性ばらつきなどに起因してＨアームおよびＬアームのどちらかにランダムに決定されるという問題がある。
この発明は、上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、スイッチング素子自体の損失を低減しつつ、温度検知の設置によるパワーモジュールの大型化を最小限に抑えた小型で高出力な、電力変換装置用のパワーモジュール、電力変換装置、制御装置一体型回転電機装置を提供することを目的とする。
この発明は、Ｈアームスイッチング素子と温度センサを内蔵したＬアームスイッチング素子を含む電力変換回路の少なくとも１相分のスイッチング素子群と、電力変換回路の電流を検出する電流検出器と、前記少なくとも１相分の回路を形成するように前記スイッチング素子群および電流検出器を電気的に接続する配線パターン形状に成形されたリードフレームと、前記スイッチング素子群の各スイッチング素子の上面電極を前記リードフレームに接続するインナーリード群と、前記各部を前記リードフレームの一部を露出させて一体に封止するモールド部材と、を備え、前記リードフレームのＰ電位リードとＮ電位リードが前記モールド部材の同一面から一部が露出し、前記Ｌアームスイッチング素子がインナーリード、Ｎ電位リードを介して外部に接続され、前記Ｈアームスイッチング素子がＰ電位リードのみを介して外部に接続され、前記Ｐ電位リードから前記Ｎ電位リードまでの通電経路がループ状に配置され、前記Ｌアームスイッチング素子を接続する前記インナーリード群のうちのＬアームインナーリードと前記Ｐ電位リードが少なくとも一部が対向するように重って配置されている、パワーモジュール等にある。
この発明では、スイッチング素子自体の損失を低減しつつ、温度検知の設置によるパワーモジュールの大型化を最小限に抑えた小型で高出力な、電力変換装置用のパワーモジュール、電力変換装置、制御装置一体型回転電機装置を提供できる。
この発明の実施の形態１による電力変換装置用のパワーモジュールのモールド樹脂を透視して示した内部構成の一例を示す模式斜視図である。 図１の一点鎖線Ａ−Ａ’に沿った断面模式図である。 この発明による電力変換装置用のパワーモジュールを含む電力変換装置を一例として回転電機に接続した場合の概略的回路図である。 この発明の実施の形態２による電力変換装置用のパワーモジュールのモールド樹脂を透視して示した内部構成の一例を示す模式平面図である。 図４のパワーモジュールの側面図である。 この発明の実施の形態３による電力変換装置における複数のパワーモジュールを設けた部分の構成の一例を示す外観模式図である。
この発明は、電力変換回路の少なくとも１相分を構成するＨアームのスイッチング素子とＬアームのスイッチング素子に関して、Ｈアームのスイッチング素子の放熱性をＬアームのスイッチング素子よりも向上されるとともに配線経路をループ状に設置する。
さらに、Ｌアームのスイッチング素子のみに温度検知用の検温ダイオードを設置する。
これにより、スイッチング素子自体の損失を低減しつつ、温度検知の設置によるパワーモジュールの大型化を最小限にできるため、小型、軽量、低コストかつ高出力なパワーモジュール、電力変換装置を供給できる。
この発明による電力変換装置では、ＨアームとＬアームのスイッチング素子で生じた熱が、ヒートシンク方向に加えて外部のバスバー方向に伝達される際に、Ｈアームのスイッチング素子から外部のバスバー側への熱抵抗を、Ｌアームのスイッチング素子から外部のバスバー側への熱抵抗よりも小さくすることで、Ｈアームスイッチング素子からバスバー側へ伝導される熱量をＬアーム側よりも大きくできる。
このため、Ｈアーム用のスイッチング素子の発熱がＬアーム側よりも効率よくスイッチング素子の外部に伝達されるためＨアームのスイッチング素子の温度を、検温ダイオードを内蔵したＬアームのスイッチング素子の温度より低く保ち、Ｌアーム用のスイッチング素子のみを温度検知して制御するだけで、Ｈアームのスイッチング素子が許容温度以下に保たれる。
この結果、温度検知機能の設置によるパワーモジュールの大型化を防止するとともに、温度検知機能により標準的な特性のスイッチング素子でも許容温度以下の寸前まで入力する電力を設定できるため高出力なパワーモジュール、電力変換装置を実現できる。また、高出力なパワーモジュール、電力変換装置を得るために、冷却器の大型化やスイッチング素子の大面積化などをする必要がなく、小型軽量、低コストのパワーモジュール、電力変換装置を供給する。
以下、この発明による電力変換装置用のパワーモジュール、電力変換装置、制御装置一体型回転電機装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置用のパワーモジュールのモールド樹脂を透視して示した内部構成の一例を示す模式斜視図である。また図２は、図１の一点鎖線Ａ−Ａ’に沿った断面模式図である。
パワーモジュール１００は、
配線パターン形状に成形された金属製のリードフレーム１(１Ｐ，１Ｎ，１Ａ１，１Ａ２)と、
リードフレーム１上に接続されたＨアームスイッチング素子３ＨＳ、Ｌアームスイッチング素子３ＬＳと、
リードフレーム１上に接続された電流検出用抵抗器４と、
Ｈアームスイッチング素子３ＨＳおよびＬアームスイッチング素子３ＬＳのそれぞれの上面電極とリードフレーム１の一部を接続するそれぞれＨアームインナーリード２Ｈ，Ｌアームインナーリード２Ｌと、
リードフレーム１の一部と、Ｈアームスイッチング素子３ＨＳおよびＬアームスイッチング素子３ＬＳと、Ｈアームインナーリード２ＨおよびＬアームインナーリード２Ｌと、電流検出用抵抗器４とを樹脂封止するモールド樹脂６と、
を備えている。
パワーモジュール１００の内部には、後述する図３に一例を示すように、ＨアームとＬアームから構成される電力変換回路の少なくとも１相分の回路が設けられている。そして電力変換装置は、後述する図６に一例を示すように、少なくとも１相分の電力変換回路を設けたパワーモジュール１００を複数、バスバーで接続することで構成される。
なお以下では特に図１，２，４，５に従ってパワーモジュールの構造を説明しているが、パワーモジュール１００の外側のＰ電位バスバー１ＰＢ、Ｎ電位バスバー１ＮＢ、ＡＣ電位バスバー１Ａ２Ｂは、実際には図６に示されている電力変換装置２００側のバスバーである。
リードフレーム１が少なくともＰ電位リード１Ｐ、第１ＡＣ電位リード１Ａ１、第２ＡＣ電位リード１Ａ２、Ｎ電位リード１Ｎで構成され、Ｐ電位リード１ＰとＮ電位リード１Ｎのモールド樹脂６からの露出部がモールド樹脂６の同じ面から突出する。また、Ｐ電位リード１Ｐ上にＨアームスイッチング素子３ＨＳを、第１のＡＣ電位リード１Ａ１上にＬアームスイッチング素子３ＬＳを搭載し、Ｌアームスイッチング素子３ＬＳが例えば温度検知用の検温ダイオードＴＤＤを内蔵する。バスバーは、Ｐ電位バスバー１ＰＢ、Ｎ電位バスバー１ＮＢ、ＡＣ電位バスバー１Ａ２Ｂがある。Ｌアームスイッチング素子３ＬＳがＬアームインナーリード２Ｌ、Ｎ電位リード１Ｎを介してＮ電位バスバー１ＮＢに接続され、第１と第２のＡＣ電位リード１Ａ１，１Ａ２が電流検出用抵抗器４で接続され、Ｈアームスイッチング素子３ＨＳがＰ電位リード１Ｐのみを介してＰ電位バスバー１ＰＢに接続されている。パワーモジュール１００は、ヒートシンク７の座面に対向する面のＰ電位リード１Ｐ、Ｎ電位リード１Ｎ、第１のＡＣ電位リード１Ａ１、第２のＡＣ電位リード１Ａ２が、図２のＡで示すように、モールド樹脂６から露出した面を備え、露出面とヒートシンク７が絶縁性フィラーを内包する絶縁部材としての絶縁性接着剤５で固定接続される。
なおバスバーの下部には図２に示すようにヒートシンク７との間にバスバー固定部材８が設けられている。
この構成をとることで、ＨアームとＬアームのスイッチング素子３ＨＳ，３ＬＳで生じた熱がヒートシンク７方向に加えてバスバー方向に伝達する際に、Ｈアームスイッチング素子３ＨＳからＰ電位バスバー１ＰＢの熱抵抗が、Ｌアームスイッチング素子３ＬＳからＮ電位バスバー１ＮＢへの熱抵抗よりも小さくなる。これにより、Ｈアームスイッチング素子３ＨＳからバスバーへ伝導される熱量をＬアームよりも大きくし、Ｈアームスイッチング素子３ＨＳの温度上昇をＬアームよりも低く保つ。この結果、Ｈアームのスイッチング素子３ＨＳの温度を温度検知用の検温ダイオードＴＤＤを内蔵したＬアームのスイッチング素子３ＬＳよりも低く保ち、Ｌアーム用のスイッチング素子３ＬＳのみを温度検知するだけで、Ｈアームの素子の温度を許容温度以下にできる。
図２に示すように、パワーモジュール１００のヒートシンク７の上面である座面との対向面では、太線Ａで示すように各リード(１Ｐ，１Ｎ，１Ａ１，１Ａ２)が一部、ヒートシンク７側に露出しており、この面が絶縁性接着剤５でヒートシンク７と電気的に絶縁された状態で固定されるため、絶縁性接着剤５にクラックが入るなどの損傷が熱抵抗に影響を与えない範囲となるように絶縁性接着剤５の厚さなどを予め設定しておく。これにより、熱抵抗が経時劣化などで大きく変化することが無い。たとえば、パワーモジュール１００とヒートシンク７の間を放熱グリースのような固体化しない部材で接続した場合、パワーモジュール１００の押えが必要となり経時劣化で押え圧力が低下することや、パワーモジュールの熱変形で接触面から放熱グリースが徐々に接触面の外に押し出されて接触面の熱抵抗が低下する放熱グリースのポンピングアウト現象が生じない。これにより、Ｈアームのスイッチング素子３ＨＳとヒートシンク７の間の熱抵抗が劣化し、Ｌアームのスイッチング素子３ＬＳとヒートシンク７の間の熱抵抗が劣化しない場合に発生するＬアームのスイッチング素子３ＬＳの方がＨアームのスイッチング素子３ＨＳよりも温度が低い状態になることを防止できる。
なお、図２はパワーモジュール１００とヒートシンク７を絶縁性接着剤５で固定した後の状態を示す。絶縁性接着剤５で固定する前の状態では、太線Ａで示した部分が外部に露出したリードで形成される面となる。
図３は、この発明による電力変換装置用のパワーモジュールを含む電力変換装置を一例として回転電機に接続した場合の概略的回路図である。パワーモジュール１００を含む電力変換装置の電力変換回路２００Ｃは、例えばＰＮ間コンデンサＣＰＮを介して電源ＰＳから供給された電力を電力変換して、例えば電動発電機等からなる回転電機ＲＡに供給して駆動させ、また回転電機ＲＡで発電された電力を電力変換して電源ＰＳへ蓄電する。
パワーモジュール１００は、少なくともＨアームのスイッチング素子３ＨＳとＬアームのスイッチング素子３ＬＳから構成される電力変換回路の１相分以上を構成する。ここでは３相分の電力変換回路の場合が示されている。Ｈアームのスイッチング素子３ＨＳがリードフレーム１から構成されるＰ電位リード１Ｐ上に搭載され、Ｌアームのスイッチング素子３ＬＳをリードフレーム１から構成される第１のＡＣ電位リード１Ａ１上に搭載する。モールド樹脂６の外周部には、Ｐ電位リード１Ｐ、Ｎ電位リード１Ｎ、第２のＡＣ電位リード１Ａ２が露出しており、Ｐ電位リード１ＰとＮ電位リード１Ｎがモールド樹脂６の同じ側面から露出している。Ｐ電位リード１Ｐ、Ｎ電位リード１Ｎ、第２のＡＣ電位リード１Ａ２は、それぞれＰ電位バスバー１ＰＢ、Ｎ電位バスバー１ＮＢ、ＡＣ電位バスバー１Ａ２Ｂと接続する。また、Ｌアームのスイッチング素子３ＬＳは、Ｌアームインナーリード２Ｌ、Ｎ電位リード１Ｎを介してＮ電位バスバー１ＮＢに接続するのに対して、Ｈアームのスイッチング素子３ＨＳがＰ電位リード１Ｐのみを介してＰ電位バスバー１ＰＢと接続する。これにより、Ｈアームのスイッチング素子３ＨＳからＰ電位バスバー１ＰＢの熱抵抗が、Ｌアームスイッチング素子３ＬＳからＮ電位バスバー１ＮＢへの熱抵抗よりも小さくなる。これにより、Ｈアームスイッチング素子３ＨＳからバスバーへ伝導される熱量をＬアームよりも大きくし、Ｈアームスイッチング素子３ＨＳの温度上昇をＬアームよりも低く保つことが可能となる。
リードフレーム１は、銅やアルミを基材にした合金の板材を配線パターン形状に成形したものであり、片側にスイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)、導電性部材、インナーリード(１)、ワイヤボンド配線、電流検出用抵抗器(４)などが実装され、モールド樹脂６で包み込まれるように封止された後に、電気配線上不要な部分が除去される。これによりリードフレーム１は切り離され、Ｐ電位リード１Ｐ、第１のＡＣ電位リード１Ａ１、第２のＡＣ電位リード１Ａ２、Ｎ電位リード１Ｎが形成される。リードフレーム１の配線パターン形状への加工は、板状の材料をエッチング加工や、プレス加工を用い、リードフレーム１表面に基材の金属が露出しているものも使用可能であるが、少なくとも一部にめっき処理をされているものも使用可能である。
スイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)は、上面と裏面にそれぞれチップ上面電極とチップ下面電極を備える。実施の形態１では、スイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)は一例としてＭＯＳＦＥＴを示したが、ＩＧＢＴにも適用可能である。ＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴは、スイッチング可能な素子であり、チップ上面にチップ上面電極とは別の、ゲート部とゲート電極を備える。ゲート電極は、リードフレーム１の一部で構成されたゲート端子にワイヤボンドで電気的に接続される(図示せず)。スイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)の材料としては、Ｓｉのみならず、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＧａＮ、ＧａＡｓなどを用いて作製したものも使用可能である。またスイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)の上面電極は、インナーリード(２Ｈ，２Ｌ)などの配線部材を使用する場合は、はんだなどの導電性部材で接合するためのＮｉめっき層など、はんだ付けできる仕様を備える。
スイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)のチップ上配線部材にインナーリード(２Ｈ，２Ｌ)を使用する場合、チップ上面電極とインナーリード(２Ｈ，２Ｌ)の間、インナーリード(２Ｈ，２Ｌ)とリードフレーム１の間、チップ下面電極とリードフレーム１の間に導電性部材を配置する。また、本実施の形態では、電流検出用の抵抗器４を内部に備える。このとき、電流検出用の抵抗器４とリードフレーム１の間に導電性部材が配置され、電気的、機械的に接続される。本実施の形態では、接合部材としてはんだを示した。はんだを使用する場合、スイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)、インナーリード(２Ｈ，２Ｌ)、電流検出用抵抗器４、リードフレーム１の間のはんだは、リフロー装置など一括の熱処理により接合可能であり、製造性を向上できる。また、使用時にＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴ等の電力用半導体装置の温度変化などに起因したひずみが生じ、はんだ接合部分により耐久性の差が生じる場合などには異なる部分毎で異なる組成のはんだを使用してもよい。また、本実施の形態では、例として導電性部材としてはんだを示したが、導電性樹脂ペーストやシンタリングペーストを使用してもよい。
配線部材は、チップ上面電極とリードフレーム１とを接続する。本実施の形態では、チップ上下面電極とＰ電位、Ｎ電位、第１ＡＣ電位リード(１Ｐ，１Ｎ，１Ａ１)への電気機械的な接続に、個片の金属製板材を配線部材形状へ加工したインナーリード(２Ｈ，２Ｌ)を使用したものを示したが、銅やアルミニウムまたは銅とアルミニウムのクラッド材などからなるワイヤボンドやリボンボンドなどで接続してもよい。インナーリード(２Ｈ，２Ｌ)の場合、導電性部材を介して電極と接続される部分以外は、モールド樹脂６と接するように配置される。また、インナーリード(２Ｈ，２Ｌ)は、モールド樹脂６内部に包括されるように配置されており、製造時に外部からインナーリード(２Ｈ，２Ｌ)を支える部分をもたない。導電性部材を介して接続される部分同士をつなぐインナーリード(２Ｈ，２Ｌ)の胴体部は、接続される部分よりもリードフレーム１から離れる方向に変形している。これにより、リードフレーム１とインナーリード(２Ｈ，２Ｌ)が短絡するのを防止する。インナーリード(２Ｈ，２Ｌ)の胴体部の断面積は、通電する電流の量によって決められる。この発明では、瞬間的に付加される電流まで含めると数Ａから数百Ａ程度まで通電する電力用半導体装置を想定している。
電流検出用抵抗器４は、銅を基材にした合金からなる部分と金属製の抵抗体から構成されており、抵抗体の両端に銅を基材にした部分が接続される。電流検出用の抵抗器４の両端部となった銅を基材にした合金からなる部分とリードフレーム１から構成される電極は、導電性部材を介して接続される。この発明の構成では、電流検出用抵抗器４は第１のＡＣ電位リード１Ａ１と第２のＡＣ電位リード１Ａ２の間を跨ぐように配置される。このため、Ｌアームのスイッチング素子３ＬＳからＡＣ電位バスバー１Ａ２Ｂまでの熱抵抗は、Ｈアームのスイッチング素子３ＨＳからＰ電位バスバー１ＰＢまでの熱抵抗よりも大きくなる。本実施の形態では、Ｌアームのスイッチング素子３ＬＳからＮ電位バスバー１ＮＢまでの経路に加えて、Ｌアームのスイッチング素子３ＬＳからＡＣ電位バスバー１Ａ２Ｂまでの経路を備えるが、Ｈアームのスイッチング素子３ＨＳからＰ電位バスバー１ＰＢまでの熱抵抗よりも、Ｌアームのスイッチング素子３ＬＳからＮ電位バスバー１ＮＢまでの経路とＬアームのスイッチング素子３ＬＳからＡＣ電位バスバー１Ａ２Ｂまでの経路の合成熱抵抗がより小さくなることはない。本実施の形態で示した電流検出用抵抗器４は、シャント抵抗である。
モールド樹脂６は、リードフレーム１の少なくとも一部、スイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)、導電性部材、配線部材、電流検出用抵抗器４を内部に包み込むように配置される。モールド樹脂６は、リードフレーム１上に各種構成部材を実装した後に、トランスファー成形により設置される。モールド樹脂６は、絶縁性のフィラーを含んでおり、電力用半導体装置で生じた発熱を外部に熱伝導により伝達する。モールド樹脂６を配置した後に、リードフレーム１の不要な部分を切り落とし、リードフレーム１のモールド樹脂６からの延出部を曲げることによってパワーモジュール１００が構成される。
また、パワーモジュール１００は、Ｐ電位リード１ＰとＮ電位リード１Ｎがモールド樹脂６の同じ側面から露出している。これにより、電力の入力側となるＰ電位リード１Ｐから出力側となるＮ電位リード１Ｎまでの経路が、Ｐ電位リード１ＰとＮ電位リード１Ｎが常に隣り合ったループ状に配置されている。これにより、各電位のリード(１Ｐ，１Ｎ，１Ａ１，１Ａ２)、インナーリード(２Ｈ，２Ｌ)、スイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)で構成される経路の寄生インダクタンスを小さく抑えられる。寄生インダクタンスを小さくするとスイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)がオンオフした際に生じる電圧変動を低減することが可能となり、スイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)のスイッチングスピードをより高速に設定できるため、スイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)がオンオフするときに生じる損失であるスイッチング損失が低減できる。
リードフレーム１は、０．４ｍｍ以上の厚さを備える。０．４ｍｍ以上のリードフレーム１を使用することで、第１のヒートマス部への熱の伝達が効率よく行われ、スイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)からなる電力用半導体装置の過渡的な温度上昇の低減効果が得られる。
電力用半導体装置上と各電極間を接続する配線部材は金属性のインナーリード(２Ｈ，２Ｌ)とし、インナーリード(２Ｈ，２Ｌ)は最薄部の厚さが０．５ｍｍ以上である。インナーリード(２Ｈ，２Ｌ)の熱容量によりスイッチング素子上のヒートマスが確保される。また、最薄部を０．５ｍｍ以上とすることで、スイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)の過渡時の温度上昇低減効果が得られるとともにインナーリード(２Ｈ，２Ｌ)の剛性が確保できインナーリード(２Ｈ，２Ｌ)自身の変形による不良を防止できる。また、すべてのスイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ等)上と各電極間を接続する配線部材をインナーリード(２Ｈ，２Ｌ)にすること、電力用半導体装置間の温度差を小さくできる。
また、Ｐ電位リード１Ｐ上のスイッチング素子３ＨＳと接続されるインナーリード２Ｈと、第１のＡＣ電位リード１Ａ１上のスイッチング素子３ＬＳと接続されるインナーリード２Ｌとで少なくとも最薄部の厚さが異なるように形成されている構成とすることもできる。これにより、Ｐ電位リード１Ｐ上のスイッチング素子３ＨＳと、第１のＡＣ電位リード１Ａ１上のスイッチング素子３ＬＳの温度上昇差を小さくすることが可能である。ＨアームとＬアームのスイッチング素子３ＨＳ，３ＬＳの温度差が大きくなることによる、パワーモジュール１００の性能制約が生じるのを防止できる。
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による電力変換装置用のパワーモジュールのモールド樹脂を透視して示した内部構成の一例を示す模式平面図である。また図５は、図４のパワーモジュールの側面図である。なお、パワーモジュールの断面図は、リードとインナーリードの配線が若干変わるだけで、基本的構造は上記実施の形態１の図２と同様のものとなる。
パワーモジュール１００が、
配線パターン形状に成形された金属製のリードフレーム１(１Ｐ，１Ｎ，１Ａ１，１Ａ２，１ＰＥ)と、
リードフレーム１上に接続されたＨアームスイッチング素子３ＨＳ、Ｌアームスイッチング素子３ＬＳと、
リードフレーム１上に接続された電流検出用抵抗器４と、
Ｈアームスイッチング素子３ＨＳおよびＬアームスイッチング素子３ＬＳのそれぞれの上面電極とリードフレーム１の一部を接続するそれぞれＨアームインナーリード２Ｈ，Ｌアームインナーリード２Ｌと、
リードフレーム１の一部と、Ｈアームスイッチング素子３ＨＳおよびＬアームスイッチング素子３ＬＳと、Ｈアームインナーリード２ＨおよびＬアームインナーリード２Ｌと、電流検出用抵抗器４とを樹脂封止するモールド樹脂６と、
を備えている。
パワーモジュール１００の内部には、ＨアームとＬアームから構成される電力変換回路の少なくとも１相分の回路が設けられている。そして電力変換装置は、後述する図６に一例を示すように、少なくとも１相分の電力変換回路を設けたパワーモジュール１００を複数、バスバーで接続することで構成される。
Ｌアームスイッチング素子３ＬＳのみが温度検知用の検温ダイオードＴＤＤを内蔵し、リードフレーム１から構成される複数のリードの内、Ｐ電位リード１ＰとＮ電位リード１Ｎがモールド樹脂６の同一面からモールド樹脂６の外に露出し、Ｌアームスイッチング素子３ＬＳがＬアームインナーリード２Ｌ、Ｎ電位リード１Ｎを介してＮ電位バスバー１ＮＢに接続され、Ｈアームスイッチング素子３ＨＳがＰ電位リード１Ｐのみを介してＰ電位バスバー１ＰＢに接続されることで、Ｐ電位リード１ＰからＮ電位リード１Ｎまでの通電経路がループ状に配置されている。
さらに、Ｐ電位リード１ＰとＬアームインナーリード２Ｌが少なくとも一部が対向するように重って配置されている。この構成を備えることで、Ｌアームスイッチング素子３ＬＳよりも温度が低い状態にする必要があるＨアームスイッチング素子３ＨＳで生じる発熱をヒートシンク７へ伝熱するリードフレーム１の面積をモジュール外形の大型化なしに、拡大することができる。Ｈアームスイッチング素子３ＨＳからヒートシンク７への放熱性を向上できる。
図４では、Ｐ電位リード１Ｐが放熱面積拡大リード部１ＰＥを有する。放熱面積拡大リード部１ＰＥはＬアームインナーリード２Ｌと一部が対向するように重って配置されているが、モジュール樹脂６の内側の範囲内にある。
また、ループ状に配置したＰ電位リード１ＰからＮ電位リード１Ｎまでの通電経路の一部となるＰ電位リード１ＰとＬアームインナーリード２Ｌが極近い位置に配置されるため、パワーモジュール１００の寄生インダクタンスが低減されスイッチング損失が低減できる。また、Ｐ電位リード１ＰとＬアームインナーリード２Ｌが重なるように配置されているため、通電時のノイズが低減され周辺のセンサや電気回路の電気信号へ影響が生じない。このため、電気信号へのノイズの影響を防止するために、追加でノイズシールドを設ける必要がなくコストや電力変換装置が取り付けられる製品の大型化などを防止できる。
また、Ｐ電位バスバー１ＰＢとＮ電位バスバー１ＮＢが同じ材料で構成されており、Ｐ電位バスバー１ＰＢの板厚がＮ電位バスバー１ＮＢよりも厚いように構成されている。Ｐ端子バスバーであるＰ電位バスバー１ＰＢの厚さを厚くすることで、密度×比熱×体積で示される熱容量を大きくでき、Ｈアームスイッチング素子３ＨＳの発熱による温度上昇勾配をＬアームよりも小さすることで、ＬアームよりもＨアームの方が温度を低く保つことが可能である。
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３による電力変換装置における複数のパワーモジュールを設けた部分の構成の一例を示す外観模式図である。複数のパワーモジュール１００はそれぞれ上記実施の形態１または２で説明した構成を有する。なお図６では、電力変換装置２００がパワーモジュール１００を複数設けている場合を示しているが、少なくとも１つのパワーモジュール１００を設ければよい。
電力変換装置２００では、ケース２０１の中心０の回りにＰ電位バスバー１ＰＢとＮ電位バスバー１ＮＢがそれぞれ複数の接続端子を外側に向けて設けて円周状に構成され、これを外側から囲むように円周状に複数のパワーモジュール１００が配置されている。さらに、各パワーモジュール１００において、リードのＰ電位リード１Ｐと電力変換装置２００側からのＰ電位バスバー１ＰＢ、Ｎ電位リード１Ｎと電力変換装置２００側からのＮ電位バスバー１ＮＢが、図１，２，４，５に示すように互いに先端が折り曲げられて対向するように接続固定されている。折り曲げ部分の先では、電力変換装置２００側のＰ電位バスバー１ＰＢとＮ電位バスバー１ＮＢは互いに対向するように重なった状態で配置されている。
また上記各実施の形態の各パワーモジュール１００毎のヒートシンク７に変えて、複数のパワーモジュール１００、Ｐ電位バスバー１ＰＢ、Ｎ電位バスバー１ＮＢ、ＰＮ間コンデンサＣＰＮを全て搭載した１つのヒートシンク７０を設けた。
これにより、複数のパワーモジュール１００を接続して電力変換回路を構成した際に、パワーモジュール１００の搭載面から見たときに円状の形状をもつヒートシンク７０に放射状にパワーモジュール１００が配置されることになり、それぞれのパワーモジュール１００および内部のＨアーム同士またはＬアーム同士のスイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)がヒートシンク７０の中心点０を基準に点対称の位置となる。これにより、パワーモジュール１００間の温度バラつきが低減され、すべてのスイッチング素子(３ＨＳ，３ＬＳ)を許容温度以下にするために、ばらつきを考慮して出力を低下させる必要がなくなり、出力の低下を防止できる。また、電力変換装置２００側でＰ電位バスバー１ＰＢとＮ電位バスバー１ＮＢが極近い位置に配置されるため、電源ＰＳからパワーモジュール１００までの寄生インダクタンスが低減されスイッチング損失が低減できる。さらに、Ｐ電位バスバー１ＰＢとＮ電位バスバー１ＮＢが重なるように配置されているため、通電時のノイズが低減され周辺のセンサや電気回路の電気信号へ影響が生じない。このため、電気信号へのノイズの影響を防止するために、追加でノイズシールドを設ける必要がなくコストや電力変換装置が取り付けられる製品の大型化などを防止できる。
また円周状に配置された電力変換装置２００側のＰ電位バスバー１ＰＢとＮ電位バスバー１ＮＢの内周側にＰ電位バスバー１ＰＢとＮ電位バスバー１ＮＢに接続されたＰＮ間コンデンサＣＰＮを備える。これにより、パワーモジュール１００のＰ電位リード１ＰとＮ電位リード１Ｎの極近傍にＰＮ間コンデンサＣＰＮを配置できることで、ＰＮ間コンデンサＣＰＮからスイッチング素子(３Ｈ，３Ｌ)までのインダクタンスを小さくできる。また、スイッチング時の電圧変動の原因となる電力が効率よくＰＮ間コンデンサＣＰＮへ吸収され、電圧変動が低い水準に抑えられる。この結果、スイッチング時間を短く設定できるようになりスイッチング損失を削減でき、スイッチング素子(３Ｈ，３Ｌ)の発熱が小さくなる。
また、電力変換装置２００が電動発電機等からなる回転電機ＲＡと一体化され、発電機、モーターとして動作可能な制御装置一体型回転電機装置を構成する。この構成を備える電力変換装置で制御装置一体型回転電機装置を構成することで、Ｌアームスイッチング素子３ＬＳに設けた検温ダイオードＴＤＤの出力をモニタすることによりスイッチング素子(３Ｈ，３Ｌ)の温度を監視することが可能な制御装置一体型回転電機装置となり、スイッチング素子(３Ｈ，３Ｌ)が許容温度の最大値まで電力を入出力できる。このため、電力変換回路の動作を保証するために必要な監視温度に対する余裕を確保する必要がなくなる。この結果、スイッチング素子(３Ｈ，３Ｌ)の温度が原因で性能制限されることがない発電機またはモーター動作を実現できる。さらに、電力変換回路の動作を保証するために冷却器やパワーモジュールの大型化などが不要となり、小型、軽量な制御装置一体型回転電機装置が供給できる。
また、ヒートシンク７０は、実施の形態１，２のヒートシンク７も含めて、水冷のような外部の追加構成が不要で低コストの、周囲の空気を冷媒とする空冷式である。
また、図６の電力変換装置２００では１つの大きいヒートシンク７０上にパワーモジュール１００、Ｐ電位バスバー１ＰＢ、Ｎ電位バスバー１ＮＢ、ＰＮ間コンデンサＣＰＮ等を設けているが、上記実施の形態１，２のようにそれぞれのパワーモジュール１００に個々のヒートシンク７を設けるようにしてもよい。
また、モールド樹脂６からなるモールド部材は樹脂に限定されず、その他の材料のモールド部材であってもよい。
Ｌアームスイッチング素子３ＬＳに内蔵される検温ダイオードＴＤＤは、その他の種類の温度センサであってもよい。
パワーモジュール１００内の電力変換回路すなわちリードフレーム１に流れる電流を検出する電流検出用抵抗器４は、その他の種類の電流検出器であってもよい。
また、この発明による制御装置一体型回転電機装置は、図３のＰＮ間コンデンサＣＰＮ、パワーモジュール１００を含む電力変換装置(２００Ｃ)、および回転電機ＲＡを一体に構成したものである。
以上この発明では、Ｈアームスイッチング素子(３ＨＳ)と温度センサ(ＴＤＤ)を内蔵したＬアームスイッチング素子(３ＬＳ)を含む電力変換回路の少なくとも１相分のスイッチング素子群(３ＨＳ、３ＬＳ)と、
電力変換回路の電流を検出する電流検出器(４)と、
前記少なくとも１相分の回路を形成するように前記スイッチング素子群および電流検出器(４)を電気的に接続する配線パターン形状に成形されたリードフレーム(１Ｐ，１Ｎ，１Ａ１，１Ａ２)と、
前記スイッチング素子群の各スイッチング素子(３ＨＳ、３ＬＳ)の上面電極を前記リードフレーム(１Ｐ，１Ｎ，１Ａ１，１Ａ２)に接続するインナーリード群(２Ｈ，２Ｌ)と、
前記各部を前記リードフレームの一部を露出させて一体に封止するモールド部材(６)と、
を備え、
前記リードフレーム(１Ｐ，１Ｎ，１Ａ１，１Ａ２)のＰ電位リード(１Ｐ)とＮ電位リード(１Ｎ)が前記モールド部材(６)の同一面から一部が露出し、
前記Ｌアームスイッチング素子(３ＬＳ)がインナーリード(２Ｌ)、Ｎ電位リード(１Ｎ)を介して外部に接続され、
前記Ｈアームスイッチング素子(３ＨＳ)がＰ電位リード(１Ｐ)のみを介して外部に接続され、
前記Ｐ電位リード(１Ｐ)から前記Ｎ電位リード(１Ｎ)までの通電経路がループ状に配置されている、パワーモジュールとした。
これにより、ＨアームとＬアームのスイッチング素子で生じた熱が、ヒートシンク方向に加えて、リードフレームを介して外部に伝達するようになる。
Ｈアームスイッチング素子からＰ電位リードを介して外部への熱抵抗を、Ｌアームスイッチング素子から外部への熱抵抗よりも小さくすることで、Ｈアームスイッチング素子から外部へ伝導される熱量をＬアーム側よりも大きくし、Ｈアームスイッチング素子の温度上昇をＬアーム側よりも小さくする。この結果、温度検知用の検温ダイオードを内蔵したＬアームスイッチング素子の温度をＨアームスイッチング素子の温度よりも低く保ち、Ｌアーム用スイッチング素子のみを温度検知するだけで、Ｈアーム側の素子の過度の温度上昇を防止できる。
また、前記パワーモジュール(１００)がヒートシンク(７)上に絶縁性フィラーを内包する絶縁性接着剤で固定接続され、前記パワーモジュールのヒートシンクとの対向面の一部で前記Ｐ電位リード(１Ｐ)と前記Ｎ電位リード(１Ｎ)が前記絶縁性接着剤側に露出している。
これにより、モジュールの押え機構が不要となる。
絶縁性フィラーを内包する絶縁性接着剤によりスイッチング素子の発熱がヒートシンクへ伝導される。
また、前記ヒートシンク(７)が周囲の空気を冷媒とする空冷式である。
これにより、水冷のような外部の追加構成が不要で低コストとなる。
また、前記Ｌアームスイッチング素子(３ＬＳ)を接続する前記インナーリード群(２Ｈ，２Ｌ)のうちのＬアームインナーリード(２Ｌ)と前記Ｐ電位リード(１Ｐ)が少なくとも一部が対向するように重って配置されている。
これにより、モジュール外形の大型化なしに、Ｈアームスイッチング素子からヒートシンクへの放熱性を向上させる。
ループ状に配置したＰ電位リードからＮ電位リードまでの通電経路の一部となるＰ電位リードとＬアームインナーリードが極近い位置に配置されるため、パワーモジュールの寄生インダクタンスが低減されスイッチング損失が低減できる。
Ｐ電位リードとＬアームインナーリードが重なるように配置されているため、通電時のノイズが低減され周辺のセンサや電気回路の電気信号へ影響が生じない。このため、電気信号へのノイズの影響を防止するために、追加でノイズシールドを設ける必要がなくコストや電力変換装置が取り付けられる製品の大型化などを防止できる。
また、ヒートシンクを備えていない前記パワーモジュール(１００)を少なとも１つと、
前記パワーモジュール(１００)の前記Ｐ電位リード(１Ｐ)と接続されるＰ電位バスバー(１ＰＢ)と、
前記Ｎ電位リード(１Ｎ)と接続されるＮ電位バスバー(１ＮＢ)と、
を備え、
前記Ｐ電位バスバー(１ＰＢ)と前記Ｎ電位バスバー(１ＮＢ)が同じ材料で構成され、前記Ｐ電位バスバー(１ＰＢ)の板厚が前記Ｎ電位バスバー(１ＮＢ)よりも厚い、
電力変換装置とした。
これにより、Ｐ端子バスバーの厚さを大きくすることで、密度×比熱×体積で示される熱容量を大きくでき、Ｈアームスイッチング素子の発熱による温度上昇勾配をＬアーム側よりも小さすることで、ＬアームよりもＨアームの方が温度を低く保つことができる。
また、前記Ｐ電位バスバー(１ＰＢ)と前記Ｎ電位バスバー(１ＮＢ)がそれぞれ円周上に配置され、前記Ｐ電位バスバー(１ＰＢ)と前記Ｎ電位バスバー(１ＮＢ)の外側にこれらを囲むように円周状に前記パワーモジュール(１００)が配置され、
前記Ｐ電位バスバー(１ＰＢ)と前記Ｎ電位バスバー(１ＮＢ)が対向するように重なった状態で配置されると共に、前記パワーモジュール(１００)の前記Ｐ電位リード(１Ｐ)と前記Ｐ電位バスバー(１ＰＢ)との接続部分、前記パワーモジュール(１００)の前記Ｎ電位リード(１Ｎ)と前記Ｎ電位バスバー(１ＮＢ)との接続部分、がそれぞれ折り曲げて接続されている。
また、少なとも１つの前記パワーモジュール(１００)、前記Ｐ電位バスバー(１ＰＢ)、前記Ｎ電位バスバー(１ＮＢ)、を全て搭載した１つのヒートシンク(７０)を備えた。
これにより、複数のモジュールを接続して電力変換回路を構成した際に、モジュール間の温度バラつきによる出力低下を防止する。
Ｐ電位バスバーとＮ電位バスバーが極近い位置に配置されるため、電源からパワーモジュールまでの寄生インダクタンスが低減されスイッチング損失が低減できる。
Ｐ電位バスバーとＮ電位バスバーが重なるように配置されているため、通電時のノイズが低減され周辺のセンサや電気回路の電気信号へ影響が生じない。このため、電気信号へのノイズの影響を防止するために、追加でノイズシールドを設ける必要がなくコストや電力変換装置が取り付けられる製品の大型化などを防止できる。
また、円周状に配置された前記Ｐ電位バスバー(１ＰＢ)と前記Ｎ電位バスバー(１ＮＢ)の内周側に、前記Ｐ電位バスバー(１ＰＢ)と前記Ｎ電位バスバー(１ＮＢ)に接続されたＰＮ間コンデンサ(ＣＰＮ)を備えた。
これにより、・モジュールのＰ電位リードとＮ電位リードの近くにコンデンサを配置できることで、コンデンサからスイッチング素子までのインダクタンスを小さくできるこの結果、スイッチング時のサージ電圧が軽減され、スイッチング時間を短く設定できるようになりスイッチング損失を削減でき、スイッチング素子の発熱が小さくなる。
また、前記電力変換装置(２００)と回転電機(ＲＡ)を一体に備えた制御装置一体型回転電機装置とした。
これにより、スイッチング素子の温度を監視することが可能な制御装置一体型回転電機装置で、常に監視しているスイッチング素子が最大温度となるため、電力変換回路の動作を保証するために必要な監視温度に対する余裕を確保する必要がなくなるため、発電機またはモーターの出力性能が制限されない。また、電力変換回路の動作を保証するために冷却器やパワーモジュールの大型化などが不要となり、小型、軽量な制御装置一体型回転電機装置が供給できる。
１ リードフレーム、１ＰＢ Ｐ電位バスバー、１ＮＢ Ｎ電位バスバー、
１Ａ２Ｂ ＡＣ電位バスバー、１Ｐ Ｐ電位リード、１ＰＥ 放熱面積拡大リード部、
１Ｎ Ｎ電位リード、１Ａ１ 第１ＡＣ電位リード、１Ａ２ 第２ＡＣ電位リード、
２Ｈ Ｈアームインナーリード、２Ｌ Ｌアームインナーリード、
３ＨＳ Ｈアームスイッチング素子、３ＬＳ Ｌアームスイッチング素子、
４ 電流検出用抵抗器(電流検出器)、５ 絶縁性接着剤、
６ モールド樹脂(モールド部材) 、７，７０ ヒートシンク、
８ バスバー固定部材、１００ パワーモジュール、２００ 電力変換装置、
２００Ｃ 電力変換回路、２０１ ケース、ＣＰＮ ＰＮ間コンデンサ、
ＰＳ 電源、ＲＡ 回転電機、ＴＤＤ 検温ダイオード(温度センサ)。

Claims (9)

  1. Ｈアームスイッチング素子と温度センサを内蔵したＬアームスイッチング素子を含む電力変換回路の少なくとも１相分のスイッチング素子群と、
    電力変換回路の電流を検出する電流検出器と、
    前記少なくとも１相分の回路を形成するように前記スイッチング素子群および電流検出器を電気的に接続する配線パターン形状に成形されたリードフレームと、
    前記スイッチング素子群の各スイッチング素子の上面電極を前記リードフレームに接続するインナーリード群と、
    前記各部を前記リードフレームの一部を露出させて一体に封止するモールド部材と、
    を備え、
    前記リードフレームのＰ電位リードとＮ電位リードが前記モールド部材の同一面から一部が露出し、
    前記Ｌアームスイッチング素子がインナーリード、Ｎ電位リードを介して外部に接続され、
    前記Ｈアームスイッチング素子がＰ電位リードのみを介して外部に接続され、
    前記Ｐ電位リードから前記Ｎ電位リードまでの通電経路がループ状に配置され、
    前記Ｌアームスイッチング素子を接続する前記インナーリード群のうちのＬアームインナーリードと前記Ｐ電位リードが少なくとも一部が対向するように重って配置されている、パワーモジュール。
  2. 前記パワーモジュールがヒートシンク上に絶縁性フィラーを内包する絶縁性接着剤で固定接続され、前記パワーモジュールのヒートシンクとの対向面の一部で前記Ｐ電位リードと前記Ｎ電位リードが前記絶縁性接着剤側に露出している、請求項１に記載のパワーモジュール。
  3. 前記ヒートシンクが周囲の空気を冷媒とする空冷式である、請求項２に記載のパワーモジュール。
  4. ヒートシンクを備えていない請求項１から３までのいずれか１項に記載のパワーモジュールを少なとも１つと、
    前記パワーモジュールの前記Ｐ電位リードと接続されるＰ電位バスバーと、
    前記Ｎ電位リードと接続されるＮ電位バスバーと、
    を備え、
    前記Ｐ電位バスバーと前記Ｎ電位バスバーが同じ材料で構成され、前記Ｐ電位バスバーの板厚が前記Ｎ電位バスバーよりも厚い、
    電力変換装置。
  5. 前記Ｐ電位バスバーと前記Ｎ電位バスバーがそれぞれ円周上に配置され、前記Ｐ電位バスバーと前記Ｎ電位バスバーの外側にこれらを囲むように円周状に前記パワーモジュールが配置され、
    前記Ｐ電位バスバーと前記Ｎ電位バスバーが対向するように重なった状態で配置されると共に、前記パワーモジュールの前記Ｐ電位リードと前記Ｐ電位バスバーとの接続部分、前記パワーモジュールの前記Ｎ電位リードと前記Ｎ電位バスバーとの接続部分、がそれぞれ折り曲げて接続されている、
    請求項４に記載の電力変換装置。
  6. Ｈアームスイッチング素子と温度センサを内蔵したＬアームスイッチング素子を含む電力変換回路の少なくとも１相分のスイッチング素子群と、
    電力変換回路の電流を検出する電流検出器と、
    前記少なくとも１相分の回路を形成するように前記スイッチング素子群および電流検出器を電気的に接続する配線パターン形状に成形されたリードフレームと、
    前記スイッチング素子群の各スイッチング素子の上面電極を前記リードフレームに接続するインナーリード群と、
    前記各部を前記リードフレームの一部を露出させて一体に封止するモールド部材と、
    を備え、
    前記リードフレームのＰ電位リードとＮ電位リードが前記モールド部材の同一面から一部が露出し、
    前記Ｌアームスイッチング素子がインナーリード、Ｎ電位リードを介して外部に接続され、
    前記Ｈアームスイッチング素子がＰ電位リードのみを介して外部に接続され、
    前記Ｐ電位リードから前記Ｎ電位リードまでの通電経路がループ状に配置されている、パワーモジュールを少なとも１つと、
    前記パワーモジュールの前記Ｐ電位リードと接続されるＰ電位バスバーと、
    前記Ｎ電位リードと接続されるＮ電位バスバーと、
    を備え、
    前記Ｐ電位バスバーと前記Ｎ電位バスバーが同じ材料で構成され、前記Ｐ電位バスバーの板厚が前記Ｎ電位バスバーよりも厚く、
    前記Ｐ電位バスバーと前記Ｎ電位バスバーがそれぞれ円周上に配置され、前記Ｐ電位バスバーと前記Ｎ電位バスバーの外側にこれらを囲むように円周状に前記パワーモジュールが配置され、
    前記Ｐ電位バスバーと前記Ｎ電位バスバーが対向するように重なった状態で配置されると共に、前記パワーモジュールの前記Ｐ電位リードと前記Ｐ電位バスバーとの接続部分、前記パワーモジュールの前記Ｎ電位リードと前記Ｎ電位バスバーとの接続部分、がそれぞれ折り曲げて接続されている、電力変換装置。
  7. 少なとも１つの前記パワーモジュール、前記Ｐ電位バスバー、前記Ｎ電位バスバー、を全て搭載した１つのヒートシンクを備えた、請求項４から６までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 円周状に配置された前記Ｐ電位バスバーと前記Ｎ電位バスバーの内周側に、前記Ｐ電位バスバーと前記Ｎ電位バスバーに接続されたＰＮ間コンデンサを備えた、請求項４から７までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 請求項４から８までのいずれか１項に記載の電力変換装置と回転電機を一体に備えた制御装置一体型回転電機装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114051686A (zh) * 2019-07-11 2022-02-15 株式会社牧田 电动作业机
WO2023037523A1 (ja) * 2021-09-10 2023-03-16 日立Astemo株式会社 電力変換装置
US12014974B2 (en) 2019-07-02 2024-06-18 Mitsubishi Electric Corporation Power module with electrodes and heat sink and manufacturing method therefor

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3089749B1 (fr) * 2018-12-05 2020-11-27 Valeo Equip Electr Moteur Module électronique
JP2023067202A (ja) * 2021-10-29 2023-05-16 マツダ株式会社 電気駆動ユニット
FR3130997A1 (fr) * 2021-12-17 2023-06-23 Valeo Systemes De Controle Moteur Convertisseur de tension comprenant un dispositif de mesure du courant circulant dans les barres de connexion

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5300784B2 (ja) * 2010-05-21 2013-09-25 三菱電機株式会社 半導体モジュール及び半導体モジュールを搭載した回転電機
WO2016035651A1 (ja) * 2014-09-05 2016-03-10 トヨタ自動車株式会社 パワーモジュール

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5300784B2 (ja) * 2010-05-21 2013-09-25 三菱電機株式会社 半導体モジュール及び半導体モジュールを搭載した回転電機
WO2016035651A1 (ja) * 2014-09-05 2016-03-10 トヨタ自動車株式会社 パワーモジュール

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12014974B2 (en) 2019-07-02 2024-06-18 Mitsubishi Electric Corporation Power module with electrodes and heat sink and manufacturing method therefor
CN114051686A (zh) * 2019-07-11 2022-02-15 株式会社牧田 电动作业机
CN114051686B (zh) * 2019-07-11 2024-01-12 株式会社牧田 电动作业机
WO2023037523A1 (ja) * 2021-09-10 2023-03-16 日立Astemo株式会社 電力変換装置

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