JP6674398B2 - Wiring structure of power converter and control line - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置および制御線の配線構造に関する。   An embodiment of the present invention relates to a power conversion device and a wiring structure of a control line.

各種用途のインバータ装置等の電力変換装置は、高効率および高信頼性であるとともに、より小形であることが期待されている。これらを実現するため、電力変換装置のキー部品であるパワー半導体素子を効率良く使用する必要がある。   Power conversion devices such as inverter devices for various applications are expected to have high efficiency and high reliability and to be smaller. In order to realize these, it is necessary to efficiently use a power semiconductor element which is a key component of the power conversion device.

電力変換装置の出力容量が大きい場合には、パワー半導体素子は、直列もしくは並列接続で使用されることがある。並列接続されたパワー半導体素子間の電流分担が不均等になる場合には、最も分担の大きい素子の通電条件を基準にして、装置を設計することとなる。そのため、他の素子は通電能力に対して過剰なマージンを持たせて使用することになり、電力変換装置の大きさやコスト等が必要以上に増大する。そのため、パワー半導体素子が並列接続で使用される場合には、並列接続されたパワー半導体素子間の電流分担はできる限り均等であることが望ましい。   When the output capacity of the power converter is large, the power semiconductor elements may be used in series or in parallel connection. If the current sharing among the power semiconductor elements connected in parallel becomes unequal, the device is designed based on the energization condition of the element with the largest sharing. Therefore, the other elements are used with an excessive margin for the current-carrying capacity, and the size, cost, and the like of the power converter increase more than necessary. Therefore, when the power semiconductor elements are used in parallel connection, it is desirable that the current sharing between the power semiconductor elements connected in parallel is as equal as possible.

並列電流分担の均等化について、素子導通（オン）時には、オン電圧等の素子の特性差を小さくする必要がある。また、スイッチング時の電流分担均等化には、たとえば、ゲート駆動信号の供給を担う配線の寄生インダクタンス値を均等にする必要がある。並列接続された素子に対するそれぞれの配線の寄生インダクタンス値を均等にすることによって、パワー半導体素子を駆動する波形をほぼ同一にすることができる。そのため、それぞれのパワー半導体素子は、ほぼ同時にスイッチングすることができ、過渡的な電流分担も均等にすることができる。   Regarding equalization of parallel current sharing, it is necessary to reduce a difference in element characteristics such as an ON voltage when the element is conducting (ON). In order to equalize the current sharing at the time of switching, for example, it is necessary to equalize the parasitic inductance value of the wiring that supplies the gate drive signal. By equalizing the parasitic inductance value of each wiring with respect to the elements connected in parallel, the waveform for driving the power semiconductor element can be made substantially the same. Therefore, each power semiconductor element can be switched almost simultaneously, and the transient current sharing can be equalized.

パワー半導体素子の配置や配線の引き回しを工夫することによって、配線の寄生インダクタンス値を均等にする場合が多い。しかしながら、素子の配置や配線の引き回し等は、熱設計や他の部品の配置等の別の要因によって制約されることも多い。   It is often the case that the parasitic inductance value of the wiring is made uniform by devising the arrangement of the power semiconductor elements and the layout of the wiring. However, the arrangement of elements and the layout of wiring are often limited by other factors such as thermal design and arrangement of other components.

特開２０１５−１９８５４５号公報JP-A-2005-198545

実施形態の目的は、並列接続されたパワー半導体素子の電流が均等に分担された電力変換装置および制御線の配線構造を提供することである。   An object of the embodiment is to provide a power converter and a wiring structure of a control line in which currents of power semiconductor elements connected in parallel are equally shared.

実施形態に係る電力変換装置は、第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子に並列に接続された第２スイッチング素子と、第１方向に延伸し、前記第１スイッチング素子の第１制御端子に接続された第１制御線と、前記第１方向に延伸し、前記第１スイッチング素子への制御信号のリターンのための第１リターン線と、前記第１制御線と前記第１リターン線との間に設けられた第１絶縁板と、前記第１制御線に平行して前記第１方向に延伸し、前記第１絶縁板上に設けられ、前記第２スイッチング素子の制御端子である第２制御端子に接続された第２制御線と、を備える。前記第１制御線は、前記第１方向の長さである第１長さと、前記第１方向と交差する第２方向に沿った第１断面積と、を有する。前記第２制御線は、前記第１方向の長さである第２長さと、前記第２方向に沿った第２断面積と、を有する。前記第１長さが前記第２長さよりも長い場合には、前記第１断面積は、前記第２断面積よりも大きい。   The power converter according to the embodiment includes a first switching element, a second switching element connected in parallel to the first switching element, a first switching element, and a first control terminal of the first switching element. A connected first control line, a first return line extending in the first direction and returning a control signal to the first switching element, and a first control line and the first return line. A first insulating plate provided therebetween, and a second insulating terminal extending in the first direction parallel to the first control line and provided on the first insulating plate and serving as a control terminal of the second switching element. A second control line connected to the control terminal. The first control line has a first length that is the length in the first direction, and a first cross-sectional area along a second direction that intersects the first direction. The second control line has a second length that is the length in the first direction, and a second cross-sectional area along the second direction. When the first length is longer than the second length, the first cross-sectional area is larger than the second cross-sectional area.

図１（ａ）は、第１の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の一部を例示するブロック図である。FIG. 1A is a block diagram illustrating a power conversion device according to the first embodiment. FIG. 1B is a block diagram illustrating a part of FIG. 第１の実施形態の電力変換装置の一部を例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates a part of power converter of a 1st embodiment. 図３（ａ）は、第１の実施形態の電力変換装置の一部を例示する斜視図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の分解組立図である。FIG. 3A is a perspective view illustrating a part of the power converter according to the first embodiment. FIG. 3B is an exploded view of FIG. 3A. 図４（ａ）は、比較例の電力変換装置の一部を例示する斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の分解組立図である。FIG. 4A is a perspective view illustrating a part of a power converter according to a comparative example. FIG. 4B is an exploded view of FIG. 4A. 図５（ａ）は、第２の実施形態の電力変換装置の一部を例示する斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の分解組立図である。FIG. 5A is a perspective view illustrating a part of the power converter according to the second embodiment. FIG. 5B is an exploded view of FIG. 5A. 図６（ａ）は、第３の実施形態の電力変換装置の一部を例示する斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の分解組立図である。FIG. 6A is a perspective view illustrating a part of the power converter according to the third embodiment. FIG. 6B is an exploded view of FIG. 6A. 図６（ａ）のＡＡ線における矢視断面図である。It is arrow sectional drawing in the AA line of FIG.6 (a).

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の一部を例示するブロック図である。
図２は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する斜視図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１０は、電力変換器２０と、制御装置５０と、を備える。電力変換装置１０は、交流端子２１ａ，２１ｂ，２１ｃを介して交流系統１に連系される。この例のように、交流系統１と電力変換装置１０との間に変圧器２を設けてもよい。電力変換装置１０は、直流端子２１ｄ，２１ｅを介して直流系統３に連系される。たとえば、電力変換装置１０は、交流系統１と直流系統３との間を相互に電力変換する。あるいは、電力変換装置１０は、交流系統１から直流系統３に電力変換する。電力変換装置１０は、直流系統３から交流系統１への電力変換をするようにしてもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1A is a block diagram illustrating a power conversion device according to the present embodiment. FIG. 1B is a block diagram illustrating a part of FIG.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a part of the power converter according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1A, the power conversion device 10 according to the present embodiment includes a power converter 20 and a control device 50. The power converter 10 is connected to the AC system 1 via AC terminals 21a, 21b, 21c. As in this example, a transformer 2 may be provided between the AC system 1 and the power converter 10. The power converter 10 is connected to the DC system 3 via DC terminals 21d and 21e. For example, power converter 10 mutually converts power between AC system 1 and DC system 3. Alternatively, the power conversion device 10 performs power conversion from the AC system 1 to the DC system 3. The power converter 10 may perform power conversion from the DC system 3 to the AC system 1.

交流系統１は、たとえば三相または単相の５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚの電源、負荷および交流送電線を含む。直流系統３は、直流電力を供給する電力系統であり、直流送電線等を含む。交流系統１は、上述に限らず、三相または単相の商用電源であってもよいし、風力発電機のような交流発電による交流電力であってもよい。また、直流側については、上述に限らず、その他の直流負荷でもよいし、蓄電池等の直流電源であってもよい。   AC system 1 includes, for example, a three-phase or single-phase 50 Hz or 60 Hz power supply, a load, and an AC transmission line. The DC system 3 is a power system that supplies DC power, and includes a DC transmission line and the like. The AC system 1 is not limited to the above, and may be a three-phase or single-phase commercial power source, or may be AC power generated by AC power generation such as a wind power generator. Further, the DC side is not limited to the above, but may be another DC load or a DC power supply such as a storage battery.

以下では、上述のような交流電力と直流電力との間で電力変換する交直電力変換装置について説明するが、以下のすべての実施形態は、交直電力変換装置に限らず、交流−交流間の電力変換を行う装置や、直流−直流間の電力変換を行う装置等にも適応することができる。   In the following, an AC-DC power converter that converts power between AC power and DC power as described above will be described. However, all the following embodiments are not limited to the AC-DC power converter, and AC-AC power The present invention can also be applied to a device that performs conversion, a device that performs DC-DC power conversion, and the like.

電力変換器２０は、この例では三相２レベルインバータ回路２２を含む。電力変換器２０は、自己消弧型のスイッチングデバイスによる電力変換回路を含んでいればよく、三相２レベルインバータ回路に限らず、他の回路形式を含んでいてもよい。自己消弧型のスイッチングデバイスは、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等である。   Power converter 20 includes a three-phase two-level inverter circuit 22 in this example. The power converter 20 only needs to include a power conversion circuit using a self-extinguishing type switching device, and may include not only a three-phase two-level inverter circuit but also other circuit types. The self-extinguishing type switching device is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

三相２レベルインバータ回路２２は、スイッチングデバイスとしてパワーモジュール３０を含む。パワーモジュール３０は、ゲート駆動回路２４によって生成された駆動信号によってオンオフする。   The three-phase two-level inverter circuit 22 includes a power module 30 as a switching device. The power module 30 is turned on / off by a drive signal generated by the gate drive circuit 24.

ゲート駆動回路２４は、制御装置５０によって生成されたゲート信号にもとづいて、パワーモジュール３０を駆動する。制御装置５０は、電力変換器２０に入出力される直流電圧や交流電流等を検出して、これらにもとづいて、電力変換器２０が所望の交流電力や直流電力を出力等できるように電力変換器２０を制御する。ゲート駆動回路２４は、たとえばパワーモジュール３０とは異なる場所に設置された制御基板上に設けられる。   The gate drive circuit 24 drives the power module 30 based on the gate signal generated by the control device 50. The control device 50 detects a DC voltage or an AC current input to or output from the power converter 20, and based on the detected DC voltage or AC current, performs power conversion so that the power converter 20 can output a desired AC power or DC power. The device 20 is controlled. The gate drive circuit 24 is provided, for example, on a control board installed at a place different from the power module 30.

図１（ｂ）に示すように、パワーモジュール３０は、２以上のスイッチング素子３２を含む。これら２以上のスイッチング素子３２は、所望の電流容量を確保するため、それぞれの主端子によって並列接続されている。パワーモジュール３０は、高電位側の主端子（たとえばコレクタ端子）３１ａと、低電位側の主端子（たとえばエミッタ端子）３１ｂとを含む。各スイッチング素子３２の制御端子３１ｃは、外部回路によって接続できるように、スイッチング素子３２ごとに設けられている。   As shown in FIG. 1B, the power module 30 includes two or more switching elements 32. These two or more switching elements 32 are connected in parallel by respective main terminals in order to secure a desired current capacity. Power module 30 includes a main terminal (for example, a collector terminal) 31a on the high potential side and a main terminal (for example, the emitter terminal) 31b on the low potential side. The control terminal 31c of each switching element 32 is provided for each switching element 32 so that it can be connected by an external circuit.

パワーモジュール３０には、ゲート駆動信号のリターン用に制御リターン端子３１ｄがスイッチング素子３２ａ，３２ｂごとに設けられている。好ましくは、制御リターン端子３１ｄは、各制御端子３１ｃに近接するように設けられている。   In the power module 30, a control return terminal 31d is provided for each of the switching elements 32a and 32b for returning the gate drive signal. Preferably, the control return terminal 31d is provided near each control terminal 31c.

図２にも示すように、この例では、パワーモジュール３０は、２つのスイッチング素子３２ａ，３２ｂを含んでいる。各スイッチング素子３２は、絶縁性のパッケージに封入されており、外部の露出された端子によって並列に接続される。   As shown in FIG. 2, in this example, the power module 30 includes two switching elements 32a and 32b. Each switching element 32 is sealed in an insulating package, and is connected in parallel by externally exposed terminals.

ゲート駆動回路２４は、パワーモジュール３０から離隔して設けられている。ゲート駆動回路２４と、パワーモジュール３０の制御端子３１ｃとの間ではゲート配線３３によって電気的に接続されている。ゲート駆動回路２４とパワーモジュール３０の制御リターン端子３１ｄとの間では、リターン配線３４によって電気的に接続されている。以下では、ゲート配線３３およびリターン配線３４を含めて、ゲート配線構造３５ということがある。後述するように、ゲート配線構造３５には、ゲート配線３３やリターン配線３４を設けるために絶縁性の基板が用いられる。   The gate drive circuit 24 is provided separately from the power module 30. The gate drive circuit 24 and the control terminal 31 c of the power module 30 are electrically connected by a gate wiring 33. The return wiring 34 is electrically connected between the gate drive circuit 24 and the control return terminal 31d of the power module 30. Hereinafter, the gate wiring structure 35 including the gate wiring 33 and the return wiring 34 may be referred to. As described later, an insulating substrate is used for the gate wiring structure 35 to provide the gate wiring 33 and the return wiring 34.

図２に示すように、スイッチング素子３２ａは、ゲート駆動回路２４により近い位置に配置され、スイッチング素子３２ｂは、ゲート駆動回路２４からより離れた位置に配置されている。つまり、スイッチング素子３２ａとゲート駆動回路２４との間のゲート配線構造の長さは、スイッチング素子３２ｂとゲート駆動回路２４とのゲート配線構造の長さよりも短い。   As shown in FIG. 2, the switching element 32a is arranged at a position closer to the gate drive circuit 24, and the switching element 32b is arranged at a position further away from the gate drive circuit 24. That is, the length of the gate wiring structure between the switching element 32a and the gate drive circuit 24 is shorter than the length of the gate wiring structure between the switching element 32b and the gate drive circuit 24.

絶縁基板上の配線パターンは、均一な厚さで形成されているので、配線パターンの寄生インダクタンスは、配線パターンの長さに応じて変化する。たとえば、寄生インダクタンスのうち自己インダクタンスは、配線パターンが長いほど大きな値となる。配線パターンの寄生インダクタンスは、配線パターンの断面積や形状に応じて変化する。たとえば、自己インダクタンスは、配線構造の断面積が大きいほど小さくなる。また、配線パターンの形状が扁平である場合の方が、同一の断面積であっても自己インダクタンスをより小さくすることができる。   Since the wiring pattern on the insulating substrate is formed with a uniform thickness, the parasitic inductance of the wiring pattern changes according to the length of the wiring pattern. For example, the self-inductance of the parasitic inductance has a larger value as the wiring pattern is longer. The parasitic inductance of the wiring pattern changes according to the cross-sectional area and shape of the wiring pattern. For example, the self-inductance decreases as the cross-sectional area of the wiring structure increases. In addition, when the wiring pattern has a flat shape, the self-inductance can be further reduced even with the same sectional area.

寄生インダクタンスには、他の配線パターンの磁束によって生成される相互インダクタンスも存在する。たとえば、逆方向に電流が流れる配線パターンを近接させた場合には、負の相互インダクタンスを発生し、自己インダクタンスを含めたトータルの寄生インダクタンスの値を低下させる。相互インダクタンスの絶対値は、配線パターン間の材質が一様である場合には、配線パターン間の距離が短いほど大きくなる。   The parasitic inductance includes a mutual inductance generated by a magnetic flux of another wiring pattern. For example, when a wiring pattern in which a current flows in the opposite direction is brought close, a negative mutual inductance is generated, and the value of the total parasitic inductance including the self inductance is reduced. When the material between the wiring patterns is uniform, the absolute value of the mutual inductance increases as the distance between the wiring patterns becomes shorter.

本実施形態の電力変換装置１０では、配線パターンの長さに応じて、ゲート配線３３およびリターン配線３４の自己インダクタンスおよび相互インダクタンスを調整する。これによって、トータルの寄生インダクタンスの値を並列接続されたスイッチング素子３２ａ，３２ｂごとにほぼ等しくする。各スイッチング素子３２ａ，３２ｂのゲート配線構造３５の寄生インダクタンスをそれぞれほぼ等しくすることによって、並列に接続された各スイッチング素子３２のスイッチング速度をほぼ一致させることができる。並列動作においてスイッチング速度をほぼ一致させることによって、特定のスイッチング素子３２へのストレスを低減し、電力変換装置１０の安全な動作を実現する。   In the power converter 10 of the present embodiment, the self-inductance and the mutual inductance of the gate wiring 33 and the return wiring 34 are adjusted according to the length of the wiring pattern. Thus, the value of the total parasitic inductance is made substantially equal for each of the switching elements 32a and 32b connected in parallel. By making the parasitic inductances of the gate wiring structures 35 of the switching elements 32a and 32b substantially equal to each other, the switching speeds of the switching elements 32 connected in parallel can be made substantially equal. By making the switching speeds substantially equal in the parallel operation, the stress on the specific switching element 32 is reduced, and the safe operation of the power conversion device 10 is realized.

図３（ａ）は、第１の実施形態の電力変換装置の一部を例示する斜視図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の分解組立図である。
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、ゲート配線ユニット４０は、絶縁板４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、ゲートパターン４２ａ，４２ｂと、エミッタパターン４３ａ，４３ｂと、を備える。絶縁板４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、ゲートパターン４２ａ，４２ｂおよびエミッタパターン４３ａ，４３ｂは、積層されて、ゲート配線構造をなしている。ゲート配線ユニット４０は、ゲートパターン４２ｂ、絶縁板４１ｂ、エミッタパターン４３ｂ、絶縁板４１ｃ、エミッタパターン４３ａ、絶縁板４１ａおよびゲートパターン４２ａの順に積層されている。以下の説明では、Ｘ軸をゲート配線ユニット４０が延伸する方向とし、Ｘ軸に直交するＹ軸をゲート配線ユニット４０の幅方向とし、Ｚ軸をゲート配線ユニットの厚さ方向（各層の積層方向）とする。なお、ゲートパターンは、上述のゲート配線３３に対応し、エミッタパターンは、上述のリターン配線３４に対応する。 FIG. 3A is a perspective view illustrating a part of the power converter according to the first embodiment. FIG. 3B is an exploded view of FIG. 3A.
As shown in FIGS. 3A and 3B, the gate wiring unit 40 includes insulating plates 41a, 41b, 41c, gate patterns 42a, 42b, and emitter patterns 43a, 43b. The insulating plates 41a, 41b, 41c, the gate patterns 42a, 42b, and the emitter patterns 43a, 43b are stacked to form a gate wiring structure. The gate wiring unit 40 is laminated in the order of the gate pattern 42b, the insulating plate 41b, the emitter pattern 43b, the insulating plate 41c, the emitter pattern 43a, the insulating plate 41a, and the gate pattern 42a. In the following description, the X axis is the direction in which the gate wiring unit 40 extends, the Y axis orthogonal to the X axis is the width direction of the gate wiring unit 40, and the Z axis is the thickness direction of the gate wiring unit (the laminating direction of each layer). ). The gate pattern corresponds to the above-described gate wiring 33, and the emitter pattern corresponds to the above-described return wiring.

絶縁板４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、Ｘ軸方向に延伸して設けられている。絶縁板４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、Ｘ軸方向に長手（長さ）方向、Ｙ軸方向を短手（幅）方向とするほぼ長方形の板である。絶縁板４１ｂ，４１ｃは、ほぼ同じ長さを有する。絶縁板４１ａの長さは、絶縁板４１ｂ，４１ｃの長さよりも短い。絶縁板４１ａの長さは、たとえば絶縁板４１ｂ，４１ｃの長さのほぼ１／２である。   The insulating plates 41a, 41b, 41c are provided to extend in the X-axis direction. The insulating plates 41a, 41b, 41c are substantially rectangular plates having a longitudinal (length) direction in the X-axis direction and a short (width) direction in the Y-axis direction. The insulating plates 41b and 41c have substantially the same length. The length of the insulating plate 41a is shorter than the length of the insulating plates 41b and 41c. The length of the insulating plate 41a is, for example, approximately の of the length of the insulating plates 41b and 41c.

絶縁板４１ａの一方の面には、Ｘ軸方向に沿ってゲートパターン４２ａが直線状に形成されている。ゲートパターン４２ａは、絶縁板４１ａと同程度の長さを有する。絶縁板４１ａの他方の面には、Ｘ軸方向に沿ってエミッタパターン４３ａが直線状に形成されている。エミッタパターン４３ａは、ゲートパターン４２ａとほぼ同じ長さを有する。   On one surface of the insulating plate 41a, a gate pattern 42a is linearly formed along the X-axis direction. The gate pattern 42a has approximately the same length as the insulating plate 41a. On the other surface of the insulating plate 41a, an emitter pattern 43a is formed linearly along the X-axis direction. The emitter pattern 43a has substantially the same length as the gate pattern 42a.

ゲートパターン４２ａおよびエミッタパターン４３ａは、絶縁板４１ａを介して対向するように設けられている。ゲートパターン４２ａおよびエミッタパターン４３ａは、絶縁板４１ａによって電気的に絶縁されているが、ゲートパターン４２ａおよびエミッタパターン４３ａにそれぞれ流れる電流で生じる磁束によって磁気的に結合する。   The gate pattern 42a and the emitter pattern 43a are provided so as to face each other via the insulating plate 41a. The gate pattern 42a and the emitter pattern 43a are electrically insulated by the insulating plate 41a, but are magnetically coupled by magnetic flux generated by current flowing through the gate pattern 42a and the emitter pattern 43a, respectively.

絶縁板４１ｂの一方の面には、Ｘ軸方向に沿ってゲートパターン４２ｂが直線状に形成されている。ゲートパターン４２ｂは、絶縁板４１ｂとほぼ同じ長さを有する。絶縁板４１ｂの他方の面には、Ｘ軸方向に沿ってエミッタパターン４３ｂが直線状に形成されている。エミッタパターン４３ｂは、絶縁板４１ｂおよびゲートパターン４２ｂとほぼ同じ長さを有する。   A gate pattern 42b is linearly formed on one surface of the insulating plate 41b along the X-axis direction. The gate pattern 42b has substantially the same length as the insulating plate 41b. On the other surface of the insulating plate 41b, an emitter pattern 43b is linearly formed along the X-axis direction. The emitter pattern 43b has substantially the same length as the insulating plate 41b and the gate pattern 42b.

ゲートパターン４２ｂおよびエミッタパターン４３ｂは、絶縁板４１ｂを介して対向するように設けられている。ゲートパターン４２ｂおよびエミッタパターン４３ｂは、絶縁板４１ｂによって電気的に絶縁されているが、ゲートパターン４２ｂおよびエミッタパターン４３ｂにそれぞれ流れる電流で生じる磁束によって磁気的に結合する。   The gate pattern 42b and the emitter pattern 43b are provided so as to face each other via the insulating plate 41b. The gate pattern 42b and the emitter pattern 43b are electrically insulated by the insulating plate 41b, but are magnetically coupled by a magnetic flux generated by a current flowing through the gate pattern 42b and the emitter pattern 43b, respectively.

ゲートパターン４２ａ、絶縁板４１ａおよびエミッタパターン４３ａは、１つのゲート配線構造３５ａを形成する。このゲート配線構造３５ａは、ゲート駆動回路２４からより近い位置にあるスイッチング素子３２ａのゲート端子およびゲートリターン（エミッタ）端子を、ゲート駆動回路２４に電気的に接続する。   The gate pattern 42a, the insulating plate 41a, and the emitter pattern 43a form one gate wiring structure 35a. The gate wiring structure 35a electrically connects the gate terminal and the gate return (emitter) terminal of the switching element 32a located closer to the gate drive circuit 24 to the gate drive circuit 24.

ゲートパターン４２ｂ、絶縁板４１ｂおよびエミッタパターン４３ｂは、他の１つのゲート配線構造３５ｂを形成する。このゲート配線構造３５ｂは、ゲート駆動回路２４からより離れた位置にあるスイッチング素子３２ｂのゲート端子およびゲートリターン（エミッタ）端子を、ゲート駆動回路２４に電気的に接続する。   The gate pattern 42b, the insulating plate 41b, and the emitter pattern 43b form another gate wiring structure 35b. The gate wiring structure 35b electrically connects the gate terminal and the gate return (emitter) terminal of the switching element 32b located farther from the gate drive circuit 24 to the gate drive circuit 24.

ゲートパターン４２ａ，４２ｂおよびエミッタパターン４３ａ，４３ｂは、ほぼ同じ厚さを有する。絶縁板４１ａ，４１ｂは、いずれも同じ厚さを有する。絶縁板４１ｃは、任意の厚さでよく、たとえば絶縁板４１ａ，４１ｂと同じ厚さを有する。   The gate patterns 42a and 42b and the emitter patterns 43a and 43b have substantially the same thickness. The insulating plates 41a and 41b have the same thickness. The insulating plate 41c may have any thickness, for example, the same thickness as the insulating plates 41a and 41b.

長さが短い方のゲートパターン４２ａの幅は、長さが長い方のゲートパターン４２ｂの幅よりも狭く設定されている。長さが短い方のゲートパターン４２ａの幅は、たとえば長さが長い方のゲートパターン４２ｂの幅のほぼ１／２に設定される。   The width of the shorter gate pattern 42a is set smaller than the width of the longer gate pattern 42b. The width of the shorter gate pattern 42a is set to, for example, approximately １ ／ of the width of the longer gate pattern 42b.

ゲート配線構造３５ａは、絶縁板４１ｃの一方の面に設けられている。ゲート配線構造３５ｂは、絶縁板４１ｃの他方の面に設けられている。たとえばこの例では、ゲート配線構造３５ａ，３５ｂは、絶縁板４１ｃを介して対向するように設けられている。   The gate wiring structure 35a is provided on one surface of the insulating plate 41c. The gate wiring structure 35b is provided on the other surface of the insulating plate 41c. For example, in this example, the gate wiring structures 35a and 35b are provided so as to face each other via the insulating plate 41c.

ゲートパターン４２ａ，４２ｂおよびエミッタパターン４３ａ，４３ｂのそれぞれの一端は、ゲート駆動回路２４に接続されており、この端部ほぼ同じ位置にある。   One end of each of the gate patterns 42a and 42b and the emitter patterns 43a and 43b is connected to the gate drive circuit 24, and is located at substantially the same position.

ゲートパターン４２ａおよびエミッタパターン４３ａの他端は、ゲート駆動回路２４により近い位置のスイッチング素子３２の制御端子等に接続されている。   The other ends of the gate pattern 42a and the emitter pattern 43a are connected to a control terminal of the switching element 32 closer to the gate drive circuit 24 and the like.

ゲートパターン４２ｂおよびエミッタパターン４３ｂの他端は、ゲート駆動回路２４からより離れた位置のスイッチング素子３２の制御端子等に接続されている。   The other ends of the gate pattern 42b and the emitter pattern 43b are connected to a control terminal and the like of the switching element 32 at a position further away from the gate drive circuit 24.

つまり、パワーモジュール３０は、Ｘ軸方向に沿って、スイッチング素子３２ａ，３２ｂを配置しており、ゲート駆動回路２４と２つのスイッチング素子３２ａ，３２ｂとの間の距離はそれぞれ異なる。そのため、ゲート配線の長さも相違し、同じ配線幅で接続した場合には、寄生インダクタンスの相違から、駆動波形に相違が生じ、並列に接続されたスイッチング素子３２ａ，３２ｂのスイッチング速度が異なるおそれがある。並列動作させているスイッチング素子３２のスイッチング速度が異なる場合には、たとえば一方のスイッチング素子に過大な電流が流れ、不具合に至るおそれがある。そのような不具合とならないためには、大きな電流が流れる方のスイッチング素子の電流容量にすべてのスイッチング素子の電流容量を合わせて設定する必要がある。   That is, the power module 30 has the switching elements 32a and 32b arranged along the X-axis direction, and the distance between the gate drive circuit 24 and the two switching elements 32a and 32b is different. Therefore, when the gate wirings have different lengths and are connected with the same wiring width, the driving waveforms may be different due to the difference in the parasitic inductance, and the switching speeds of the switching elements 32a and 32b connected in parallel may be different. is there. If the switching speeds of the switching elements 32 operating in parallel are different, for example, an excessive current may flow through one of the switching elements, which may cause a malfunction. In order to avoid such a problem, it is necessary to set the current capacities of all the switching elements to the current capacities of the switching elements through which a large current flows.

本実施形態の電力変換装置１０では、ゲート駆動回路２４とスイッチング素子３２との間の距離に応じて、ゲート配線構造３５ａ，３５ｂにおける寄生インダクタンスの値がほぼ等しくなるように、パターンの長さおよび幅が設定されている。   In the power conversion device 10 according to the present embodiment, the length of the pattern and the length of the pattern are set so that the values of the parasitic inductances in the gate wiring structures 35a and 35b become substantially equal according to the distance between the gate drive circuit 24 and the switching element 32. The width is set.

上述したように、ゲート駆動回路２４により近い位置に設けられたスイッチング素子３２ａを駆動するためにゲート配線構造３５ａは、ゲートパターン４２ａおよびエミッタパターン４３ａの幅をそれぞれより狭くなるように設定されている。具体的には、ゲート駆動回路２４からより離れた位置に設けられたスイッチング素子３２に接続されたゲートパターン４２ｂおよびエミッタパターン４３ｂの幅のほぼ１／２に設定されている。   As described above, in order to drive the switching element 32a provided closer to the gate drive circuit 24, the gate wiring structure 35a is set so that the widths of the gate pattern 42a and the emitter pattern 43a are narrower. . Specifically, the width is set to approximately １ ／ of the width of the gate pattern 42b and the emitter pattern 43b connected to the switching element 32 provided at a position further away from the gate drive circuit 24.

配線の寄生インダクタンスのうち自己インダクタンス分を小さくするには、配線の断面を扁平な形状とすることが好ましい。断面の形状が扁平であるとは、幅が広くかつ厚さが小さい、配線パターンとすることである。   In order to reduce the self-inductance component of the parasitic inductance of the wiring, it is preferable that the cross section of the wiring has a flat shape. The flat shape of the cross section means that the wiring pattern has a large width and a small thickness.

また、通電の向きが互いに逆向きとなる二本の配線について、電気絶縁を維持しつつ、互いに近接して配置させることで、磁束の打消し効果による負の相互インダクタンスを発生させている。負の相互インダクタンスは、自己インダクタンスの一部を相殺する効果があると考えることができる。   In addition, the two wirings in which the directions of energization are opposite to each other are arranged close to each other while maintaining electrical insulation, thereby generating a negative mutual inductance due to a magnetic flux canceling effect. The negative mutual inductance can be considered to have an effect of canceling a part of the self inductance.

本実施形態の電力変換装置１０では、幅広で薄い断面形状の二本の導体を、薄い絶縁板を介して積層することによって、相互インダクタンスを含むトータルの寄生インダクタンスを効果的に小さくする。そして、長さに応じて、配線の幅を調整することによって、自己インダクタンスをほぼ同じにして、並列に接続されたスイッチング素子の制御端子に印加される駆動波形をそろえて、スイッチング素子のスイッチング速度をほぼ等しくする。その結果、電流が均等に分担されるので、パワーモジュール３０を安全に動作させることができる。また、スイッチング素子３２を容易に並列接続することができるので、安全性を維持しつつ、装置の大電流化や大電力化を実現することができる。   In the power converter 10 of the present embodiment, the total parasitic inductance including the mutual inductance is effectively reduced by laminating two conductors having a wide and thin cross section via a thin insulating plate. Then, by adjusting the width of the wiring according to the length, the self-inductance is made substantially the same, the driving waveform applied to the control terminal of the switching element connected in parallel is aligned, and the switching speed of the switching element is adjusted. Are approximately equal. As a result, the current is shared equally, so that the power module 30 can be operated safely. In addition, since the switching elements 32 can be easily connected in parallel, it is possible to increase the current and the power of the device while maintaining safety.

本実施形態の電力変換装置１０の効果について、比較例の電力変換装置と比較しつつ説明する。
図４（ａ）は、比較例の電力変換装置の一部を例示する斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の分解組立図である。
図４（ａ）および図４（ｂ）には、比較例のゲート配線ユニット１４０が示されている。ゲート配線ユニット１４０は、上述した実施形態の場合と、短い方のゲートパターンの幅が相違する。比較例のゲート配線ユニット１４０では、ゲートパターン１４２とエミッタパターン１４３とを有し、ゲートパターン１４２とエミッタパターン１４３との間に絶縁板１４１が設けられている。ゲートパターン１４２およびエミッタパターン１４３は、スイッチング素子の位置にかかわらず共通である。ゲート配線ユニット１４０は、ゲートパターン１４２およびエミッタパターン１４３の途中に、より距離が近い方のスイッチング素子に接続するための接続部を有している。したがって、ゲートパターン１４２およびエミッタパターン１４３の幅はスイッチング素子の位置にかかわらずほぼ等しく設定されている。 The effects of the power converter 10 of the present embodiment will be described in comparison with the power converter of the comparative example.
FIG. 4A is a perspective view illustrating a part of a power converter according to a comparative example. FIG. 4B is an exploded view of FIG. 4A.
FIGS. 4A and 4B show a gate wiring unit 140 of a comparative example. The gate wiring unit 140 differs from the above-described embodiment in the width of the shorter gate pattern. The gate wiring unit 140 of the comparative example has a gate pattern 142 and an emitter pattern 143, and an insulating plate 141 is provided between the gate pattern 142 and the emitter pattern 143. The gate pattern 142 and the emitter pattern 143 are common regardless of the position of the switching element. The gate wiring unit 140 has a connection portion in the middle of the gate pattern 142 and the emitter pattern 143 for connecting to a switching element having a shorter distance. Therefore, the widths of the gate pattern 142 and the emitter pattern 143 are set substantially equal regardless of the position of the switching element.

以下では、ゲートパターンおよびエミッタパターンの長さは、１９９ｍｍの場合で、近い方のスイッチング素子とゲート駆動回路との距離は、１０５ｍｍとしたときのトータルの寄生インダクタンスを計算（シミュレーション）によって求めた値である。ゲートパターンおよびエミッタパターンの幅は、各々１０ｍｍ、ゲートパターンおよびエミッタパターンの厚さは、各々０．１ｍｍ、絶縁板の厚さは０．５ｍｍにそれぞれ設定されている。   In the following, the length of the gate pattern and the emitter pattern is 199 mm, and the distance between the closer switching element and the gate drive circuit is a value obtained by calculating (simulating) the total parasitic inductance when the distance is 105 mm. It is. The width of the gate pattern and the emitter pattern is set to 10 mm, the thickness of the gate pattern and the emitter pattern is set to 0.1 mm, and the thickness of the insulating plate is set to 0.5 mm.

短い方のゲート配線構造の場合：８．４ｎＨ
長い方のゲート配線構造の場合：１４．０ｎＨ In the case of the shorter gate wiring structure: 8.4 nH
In the case of the longer gate wiring structure: 14.0 nH

本実施形態のゲート配線ユニット４０の場合に、短い方のゲート配線構造３５ａのゲートパターンおよびエミッタパターンの幅を、長い方のゲート配線構造３５ｂのゲートパターンおよびエミッタパターンの幅の１／２、すなわち５ｍｍにしたときには以下のようになる。なお、長さが短い方のゲートパターン４２ａおよびエミッタパターンの長さは、１０５ｍｍに設定し、長さが長い方のゲートパターン４２ｂおよびエミッタパターンの長さは、１９９ｍｍである。ゲートパターン４２ａ，４２ｂおよびエミッタパターン４３ａ，４３ｂの厚さならびに絶縁板の厚さは、比較例の場合と同一である。   In the case of the gate wiring unit 40 of the present embodiment, the width of the gate pattern and the width of the emitter pattern of the shorter gate wiring structure 35a are set to １ ／ of the width of the gate pattern and the width of the emitter pattern of the longer gate wiring structure 35b. When it is set to 5 mm, the result is as follows. The length of the shorter gate pattern 42a and the emitter pattern is set to 105 mm, and the length of the longer gate pattern 42b and the emitter pattern is 199 mm. The thicknesses of the gate patterns 42a and 42b and the emitter patterns 43a and 43b and the thickness of the insulating plate are the same as those of the comparative example.

短い方のゲート配線構造の場合：１３．９ｎＨ
長い方のゲート配線構造の場合：１３．８ｎＨ In the case of the shorter gate wiring structure: 13.9 nH
In the case of the longer gate wiring structure: 13.8 nH

このように、本実施形態の電力変換装置１０では、配線パターンの長さに応じて、配線パターンの幅を設定するので、ゲート駆動回路２４からの距離によらず、寄生インダクタンスの値をほぼ等しくすることができる。そのため、並列駆動するスイッチング素子３２のゲート駆動波形をそろえることができ、スイッチング素子３２で分担する電流をほぼ均等にすることができる。   As described above, in the power conversion device 10 of the present embodiment, the width of the wiring pattern is set according to the length of the wiring pattern, so that the value of the parasitic inductance is substantially equal regardless of the distance from the gate drive circuit 24. can do. Therefore, the gate drive waveforms of the switching elements 32 driven in parallel can be made uniform, and the current shared by the switching elements 32 can be made substantially uniform.

本実施形態の電力変換装置１０では、ゲートパターンおよびエミッタパターンは、絶縁板をはさんで対向配置されている。そのため、相互インダクタンスによってトータルの寄生インダクタンス値の増大を抑制することができ、並列接続されたスイッチング素子３２を高速にスイッチングさせることができる。スイッチング素子３２のスイッチング損失の増大を抑制することができるので、スイッチング素子３２の温度上昇を抑えることができ、したがってパワーモジュール３０を安全に利用することができる。   In the power conversion device 10 of the present embodiment, the gate pattern and the emitter pattern are arranged to face each other with the insulating plate interposed therebetween. Therefore, an increase in the total parasitic inductance value can be suppressed by the mutual inductance, and the switching elements 32 connected in parallel can be switched at a high speed. Since the increase in the switching loss of the switching element 32 can be suppressed, the temperature increase of the switching element 32 can be suppressed, and therefore, the power module 30 can be used safely.

上述の例では、ゲート配線ユニット４０は、たとえば多層配線を有する積層基板を用いることによって実現することができる。多層配線の積層基板を用いることによって、配線スペースを削減して、装置の小型化に貢献することができる。   In the above-described example, the gate wiring unit 40 can be realized by using, for example, a laminated substrate having multilayer wiring. By using a multilayer substrate having a multi-layer wiring, it is possible to reduce a wiring space and contribute to downsizing of the device.

多層基板のようなプリント基板等を用いてゲート配線ユニット４０を実現する場合には、製造上の便宜のために、上述のように、ゲートパターンおよびエミッタパターンの厚さを一定とすることが好ましい。また、厚さを一定とし幅を広くする扁平形状とすることによって、自己インダクタンス値を抑制することもできる。なお、ゲートパターンおよびエミッタパターンの厚さを調整して寄生インダクタンスの値を調整するようにしてももちろんかまわない。   When the gate wiring unit 40 is realized using a printed board such as a multilayer board, it is preferable that the thicknesses of the gate pattern and the emitter pattern be constant as described above for convenience in manufacturing. . Further, by adopting a flat shape having a constant thickness and a wide width, the self-inductance value can be suppressed. Of course, the value of the parasitic inductance may be adjusted by adjusting the thickness of the gate pattern and the emitter pattern.

（第２の実施形態）
図５（ａ）は、第２の実施形態の電力変換装置の一部を例示する斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の分解組立図である。
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、本実施形態の電力変換装置のゲート配線ユニット２４０は、上述の実施形態の場合のエミッタパターンを共通にして、積層数を削減している。同一の構成要素には同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。 (Second embodiment)
FIG. 5A is a perspective view illustrating a part of the power converter according to the second embodiment. FIG. 5B is an exploded view of FIG. 5A.
As shown in FIGS. 5A and 5B, the gate wiring unit 240 of the power converter according to the present embodiment has a common emitter pattern in the above-described embodiment, and has a reduced number of layers. I have. The same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be appropriately omitted.

ゲート配線ユニット２４０は、絶縁板４１ａ，４１ｂと、ゲートパターン４２ａ，４２ｂと、エミッタパターン４３ｂと、を備える。絶縁板４１ｂは、ゲートパターン４２ｂとエミッタパターン４３ｂとの間に設けられている。絶縁板４１ａは、ゲートパターン４２ａとエミッタパターン４３ｂとの間に設けられている。本実施形態のゲート配線ユニット２４０では、第１の実施形態のゲート配線ユニット４０における基板４１ｃおよびエミッタパターン４３ａ，４３ｂを１つのエミッタパターン４３ｂに統合した。   The gate wiring unit 240 includes insulating plates 41a and 41b, gate patterns 42a and 42b, and an emitter pattern 43b. The insulating plate 41b is provided between the gate pattern 42b and the emitter pattern 43b. The insulating plate 41a is provided between the gate pattern 42a and the emitter pattern 43b. In the gate wiring unit 240 of the present embodiment, the substrate 41c and the emitter patterns 43a and 43b in the gate wiring unit 40 of the first embodiment are integrated into one emitter pattern 43b.

本実施形態の電力変換装置のゲート配線ユニット２４０においても、上述した他の実施形態の場合と同程度の寄生インダクタンスの値を得ることができる。   Also in the gate wiring unit 240 of the power converter according to the present embodiment, the same value of the parasitic inductance as in the other embodiments described above can be obtained.

上述の他の実施形態の基板４１ｃおよびエミッタパターン４３ａ，４３ｂを１つのエミッタパターン４３ｂに統合することによって、基板および配線の積層数を削減することができ、製造コストの削減に寄与することができる。   By integrating the substrate 41c and the emitter patterns 43a and 43b of the above-described other embodiment into one emitter pattern 43b, the number of stacked substrates and wirings can be reduced, which can contribute to a reduction in manufacturing cost. .

本実施形態では、多層配線を有する積層基板によってゲート配線ユニット２４０を実現する場合について説明したが、フレキシブルプリント基板を含む両面基板を用いるようにしてもよい。たとえば、２つのゲートパターンを絶縁板（基板）の一方の面に形成することによって、両面基板にゲートパターンおよびエミッタパターンをそれぞれ対向配置することができる。両面基板を用いてゲートパターンを同一面に形成することによって、３以上のゲート配線構造を有するゲート配線ユニットを容易に実現することができる。   In the present embodiment, a case has been described in which the gate wiring unit 240 is realized by a laminated substrate having multilayer wiring, but a double-sided substrate including a flexible printed substrate may be used. For example, by forming two gate patterns on one surface of an insulating plate (substrate), the gate pattern and the emitter pattern can be respectively arranged on the double-sided substrate so as to face each other. By forming a gate pattern on the same surface using a double-sided substrate, a gate wiring unit having three or more gate wiring structures can be easily realized.

（第３の実施形態）
上述の実施形態では、配線パターンの幅を変えることによって、主として自己インダクタンス値を調整して、トータルの寄生インダクタンスの値をそろえた。以下の実施形態では、往復する電流が流れる配線パターンを近接させて、相互インダクタンス値を調整することによってトータルの寄生インダクタンスの値をそろえる。同一の構成要素には同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。 (Third embodiment)
In the above embodiment, the self-inductance value is mainly adjusted by changing the width of the wiring pattern to make the total parasitic inductance value uniform. In the following embodiments, the total parasitic inductance value is made uniform by adjusting the mutual inductance value by bringing a wiring pattern in which a reciprocating current flows close to each other. The same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be appropriately omitted.

図６（ａ）は、第３の実施形態の電力変換装置の一部を例示する斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の分解組立図である。
図７は、図６（ａ）のＡＡ線における矢視断面図である。
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、ゲート配線ユニット３４０は、絶縁板３４１ａ，４１ｂと、ゲートパターン３４２ａ，４２ｂと、エミッタパターン４３ｂと、を備える。絶縁板４１ｂは、ゲートパターン４２ｂとエミッタパターン４３ｂとの間に設けられている。絶縁板３４１ａは、ゲートパターン３４２ａとエミッタパターン４３ｂとの間に設けられている。 FIG. 6A is a perspective view illustrating a part of the power converter according to the third embodiment. FIG. 6B is an exploded view of FIG. 6A.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
As shown in FIGS. 6A and 6B, the gate wiring unit 340 includes insulating plates 341a and 41b, gate patterns 342a and 42b, and an emitter pattern 43b. The insulating plate 41b is provided between the gate pattern 42b and the emitter pattern 43b. The insulating plate 341a is provided between the gate pattern 342a and the emitter pattern 43b.

ゲートパターン３４２ａは、エミッタパターン４３ｂとほぼ同じ幅を有する。ゲートパターン３４２ａの長さは、ゲートパターン４２ｂおよびエミッタパターン４３ｂの長さのほぼ１／２に等しい。   Gate pattern 342a has substantially the same width as emitter pattern 43b. The length of the gate pattern 342a is substantially equal to half the length of the gate pattern 42b and the emitter pattern 43b.

図７には、ゲート配線ユニット３４０の全体の断面図とともに、二点鎖線円内の拡大も示されている。図７に示すように、絶縁板３４１ａの厚さは、絶縁板４１ｂのほぼ２倍の厚さを有する。絶縁板３４１ａによって、ゲートパターン３４２ａとエミッタパターン４３ｂとの間の積層方向の距離は、ゲートパターン４２ｂとエミッタパターン４３ｂとの間の積層方向の距離のほぼ２倍になる。そのため、短い方のゲート配線構造における相互インダクタンスの絶対値は、長い方のゲート配線構造における相互インダクタンスの絶対値よりも小さくなる。したがって、トータルの寄生インダクタンスは、ゲート配線構造によらずほぼ等しくすることができる。   FIG. 7 shows a cross-sectional view of the entire gate wiring unit 340 as well as an enlargement in a two-dot chain line circle. As shown in FIG. 7, the thickness of the insulating plate 341a is almost twice the thickness of the insulating plate 41b. Due to the insulating plate 341a, the distance in the stacking direction between the gate pattern 342a and the emitter pattern 43b is almost twice the distance in the stacking direction between the gate pattern 42b and the emitter pattern 43b. Therefore, the absolute value of the mutual inductance in the shorter gate wiring structure is smaller than the absolute value of the mutual inductance in the longer gate wiring structure. Therefore, the total parasitic inductance can be made substantially equal regardless of the gate wiring structure.

比較例（図４）の場合のトータルの寄生インダクタンス値を再掲すると次のようになる。   The total parasitic inductance value of the comparative example (FIG. 4) is as follows.

短い方のゲート配線構造の場合：８．４ｎＨ
長い方のゲート配線構造の場合：１４．０ｎＨ In the case of the shorter gate wiring structure: 8.4 nH
In the case of the longer gate wiring structure: 14.0 nH

一方、本実施形態の場合のトータルの寄生インダクタンス値の計算結果は次のようになる。絶縁板３４１ａの厚さは、１．０ｍｍとし、幅については、比較例の場合と同一である。   On the other hand, the calculation result of the total parasitic inductance value in the case of the present embodiment is as follows. The thickness of the insulating plate 341a is 1.0 mm, and the width is the same as that of the comparative example.

短い方のゲート配線構造の場合：１３．５ｎＨ
長い方のゲート配線構造の場合：１４．０ｎＨ In the case of the shorter gate wiring structure: 13.5 nH
In the case of the longer gate wiring structure: 14.0 nH

このように、配線パターンの幅によらず、往復する電流が流れるパターン間の距離を調整することによって相互インダクタンス値を調整して、トータルの寄生インダクタンス値をそろえることができる。配線パターンによるトータルの寄生インダクタンス値をほぼ同一とすることによって、並列動作させるスイッチング素子３２ａ，３２ｂの駆動波形をそろえて、スイッチング速度をほぼ一致させることができるので、電流の分担を均等にすることができる。   Thus, the mutual inductance value can be adjusted by adjusting the distance between the patterns in which the reciprocating current flows, regardless of the width of the wiring pattern, and the total parasitic inductance value can be made uniform. By making the total parasitic inductance values of the wiring patterns substantially the same, the driving waveforms of the switching elements 32a and 32b to be operated in parallel can be made uniform, and the switching speeds can be made substantially the same. Can be.

上述では、複数のスイッチング素子およびゲート駆動回路が直線状に配置され、ゲートパターン等も直線状の構成について説明をしたが、距離の異なるゲート配線の形状について配線パターンの幅や往復の配線の結合度を調整することによって、寄生インダクタンス値を一致させることができれば、配線パターンが途中で屈曲したり、分岐したり等してももちろんかまわない。   In the above description, a configuration in which a plurality of switching elements and gate drive circuits are linearly arranged and the gate pattern and the like are also linear has been described. If the parasitic inductance values can be matched by adjusting the degree, the wiring pattern may be bent or branched in the middle, of course.

以上説明した実施形態によれば、並列接続されたパワー半導体素子の電流が均等に分担された電力変換装置および制御線の配線構造を実現することができる。   According to the embodiment described above, it is possible to realize a power converter and a wiring structure of a control line in which currents of power semiconductor elements connected in parallel are equally shared.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。   Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These new embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and spirit of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof. The above-described embodiments can be implemented in combination with each other.

１ 交流系統、２ 変圧器、１０ 電力変換装置、２０ 電力変換器、２２ 三相２レベルインバータ回路、２４ ゲート駆動回路、３０ パワーモジュール、３２，３２ａ，３２ｂ スイッチング素子、３３ ゲート配線、３４ リターン配線、３５，３５ａ，３５ｂ ゲート配線構造、４０，１４０，２４０，３４０ ゲート配線ユニット、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，１４１，３４１ａ 絶縁板、４２ａ，４２ｂ，１４２，３４２ａ ゲートパターン、４３ａ，４３ｂ，１４３ エミッタパターン、５０ 制御装置   REFERENCE SIGNS LIST 1 AC system, 2 transformer, 10 power converter, 20 power converter, 22 three-phase two-level inverter circuit, 24 gate drive circuit, 30 power module, 32, 32 a, 32 b switching element, 33 gate wiring, 34 return wiring , 35, 35a, 35b Gate wiring structure, 40, 140, 240, 340 Gate wiring unit, 41a, 41b, 41c, 141, 341a Insulating plate, 42a, 42b, 142, 342a Gate pattern, 43a, 43b, 143 Emitter pattern , 50 control unit

Claims (5)

第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子に並列に接続された第２スイッチング素子と、
第１方向に延伸し、前記第１スイッチング素子の第１制御端子に接続された第１制御線と、
前記第１方向に延伸し、前記第１スイッチング素子への制御信号のリターンのための第１リターン線と、
前記第１制御線と前記第１リターン線との間に設けられた第１絶縁板と、
前記第１制御線に平行して前記第１方向に延伸し、前記第１絶縁板上に設けられ、前記第２スイッチング素子の制御端子である第２制御端子に接続された第２制御線と、
を備え、
前記第１制御線は、前記第１方向の長さである第１長さと、前記第１方向と交差する第２方向に沿った第１断面積と、を有し、
前記第２制御線は、前記第１方向の長さである第２長さと、前記第２方向に沿った第２断面積と、を有し、
前記第１長さが前記第２長さよりも長い場合には、前記第１断面積は、前記第２断面積よりも大きい電力変換装置。 A first switching element;
A second switching element connected in parallel to the first switching element;
A first control line extending in a first direction and connected to a first control terminal of the first switching element;
A first return line extending in the first direction for returning a control signal to the first switching element;
A first insulating plate provided between the first control line and the first return line;
A second control line that extends in the first direction in parallel with the first control line, is provided on the first insulating plate, and is connected to a second control terminal that is a control terminal of the second switching element; ,
With
The first control line has a first length that is the length in the first direction, and a first cross-sectional area along a second direction that intersects the first direction.
The second control line has a second length that is the length in the first direction, and a second cross-sectional area along the second direction.
The power converter in which the first cross section is larger than the second cross section when the first length is longer than the second length. 前記第２制御線は、前記第１制御線が設けられた前記第１絶縁板の側とは反対側に設けられ、
前記第１リターン線と前記第２制御線との間に設けられた第２絶縁板をさらに備えた請求項１記載の電力変換装置。 The second control line is provided on a side opposite to a side of the first insulating plate provided with the first control line,
The power converter according to claim 1, further comprising a second insulating plate provided between the first return line and the second control line. 前記第１リターン線と前記第２絶縁板との間に設けられた第３絶縁板と、
前記第３絶縁板と前記第２絶縁板との間に設けられた第２リターン線と、
をさらに備えた請求項２記載の電力変換装置。 A third insulating plate provided between the first return line and the second insulating plate,
A second return line provided between the third insulating plate and the second insulating plate,
The power converter according to claim 2, further comprising: 第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子に並列に接続された第２スイッチング素子と、
第１方向に延伸し、前記第１スイッチング素子の第１制御端子に接続された第１制御線と、
前記第１方向に延伸し、前記第１スイッチング素子への制御信号のリターンのための第１リターン線と、
前記第１制御線と前記第１リターン線との間に設けられた第１絶縁板と、
前記第１制御線に平行して前記第１方向に延伸し、前記第１絶縁板上に設けられ、前記第２スイッチング素子の制御端子である第２制御端子に接続された第２制御線と、
を備え、
前記第１制御線は、前記第１方向の長さである第１長さを有し、
前記第２制御線は、前記第１方向の長さである第２長さを有し、
前記第１長さが前記第２長さよりも長い場合には、前記第１制御線と前記第１リターン配線との間の間隔は、前記第２制御線と前記第１リターン線との間の間隔よりも狭い電力変換装置。 A first switching element;
A second switching element connected in parallel to the first switching element;
A first control line extending in a first direction and connected to a first control terminal of the first switching element;
A first return line extending in the first direction for returning a control signal to the first switching element;
A first insulating plate provided between the first control line and the first return line;
A second control line that extends in the first direction in parallel with the first control line, is provided on the first insulating plate, and is connected to a second control terminal that is a control terminal of the second switching element; ,
With
The first control line has a first length that is the length in the first direction,
The second control line has a second length that is the length in the first direction,
When the first length is longer than the second length, an interval between the first control line and the first return line is equal to a distance between the second control line and the first return line. A power converter that is narrower than the interval. 第１方向に延伸し、第１スイッチング素子の第１制御端子に接続された第１制御線と、
前記第１方向に延伸し、前記第１スイッチング素子への制御信号のリターンのための第１リターン線と、
前記第１制御線と前記第１リターン線との間に設けられた第１絶縁板と、
前記第１制御線に平行して前記第１方向に延伸し、前記第１絶縁板上に設けられ、前記第１スイッチング素子に並列に接続された第２スイッチング素子の制御端子である第２制御端子に接続された第２制御線と、
を備え、
前記第１制御線は、前記第１方向の長さである第１長さと、前記第１方向と交差する第２方向に沿った第１断面積と、を有し、
前記第２制御線は、前記第１方向の長さである第２長さと、前記第２方向に沿った第２断面積と、を有し、
前記第１長さが前記第２長さよりも長い場合には、前記第１断面積は、前記第２断面積よりも大きい制御線の配線構造。
A first control line extending in a first direction and connected to a first control terminal of the first switching element;
A first return line extending in the first direction for returning a control signal to the first switching element;
A first insulating plate provided between the first control line and the first return line;
A second control, which extends in the first direction in parallel with the first control line, is provided on the first insulating plate, and is a control terminal of a second switching element connected in parallel to the first switching element. A second control line connected to the terminal;
With
The first control line has a first length that is the length in the first direction, and a first cross-sectional area along a second direction that intersects the first direction.
The second control line has a second length that is the length in the first direction, and a second cross-sectional area along the second direction.
When the first length is longer than the second length, the wiring structure of the control line having the first cross-sectional area larger than the second cross-sectional area.

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