JP6950554B2 - 電力変換器 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、並列に接続されている複数の電力変換回路を備えた電力変換器に関する。

複数の電力変換回路を並列に接続した電力変換器が知られている。特許文献１、２に、そのような電力変換器の例が開示されている。複数の電力変換回路を並列に接続した電力変換器には主に２つの利点がある。一つは、負荷が分散できるので許容電力を大きくできることである。他の一つは、一つの電力変換回路が故障しても、他の電力変換回路で機能を継続できることである。後者の利点を実現するため、特許文献１、２の電力変換器は、短絡故障した電力変換回路の接続を断つ遮断スイッチを備えている。

また、電力変換回路は、同一または類似の多数のスイッチング素子を含んでいる。多数のスイッチング素子を含んでいる電力変換器は、いくつかのスイッチング素子をパッケージ化したモジュール（パワーモジュール）を採用することがある。特許文献３、４には、電力変換用のスイッチング素子と、電流遮断用の遮断スイッチをパッケージ化したモジュールを採用した電力変換器が開示されている。特許文献３、４に開示されている電力変換器では、電力変換用のスイッチング素子と、遮断スイッチが、モジュールの内部で直列に接続されている。遮断スイッチは、電力変換用のスイッチング素子と同じタイプのデバイスでもよいし、異なるタイプのデバイスでもよい。

特開２０１７−０２２８７２号公報 特開２０１７−０３４９２５号公報 特開２０１５−１７１２４６号公報 特開２０１６−０９６６２０号公報

本明細書は、並列に接続されている複数の電力変換回路と、各電力変換回路の接続を断つ遮断スイッチを備えている電力変換器においてパワーモジュールの新しい使い方を提供する。

本明細書が開示する電力変換器は、並列に接続されている複数の電力変換回路と、各電力変換回路の接続を断つ遮断スイッチを備えており、複数の遮断スイッチが一つのモジュールに収容されている。複数の電力変換回路の遮断スイッチを一つのモジュールに集約することで、電力変換器を小型化することができる。

先に述べたように、電力変換回路は、複数のスイッチング素子を含んでいることがある。一つの電力変換回路の中で、電力変換用の複数のスイッチング素子の並列接続が採用される場合がある。並列に接続された複数のスイッチング素子を同期させてオンオフすることで、一つの電力変換回路の許容電流を大きくすることができる。そこで、本明細書が開示する電力変換器の一態様では、複数の電力変換回路の夫々が、並列に接続されている電力変換用の複数のスイッチング素子を備えており、並列に接続されている電力変換用の複数のスイッチング素子が別の一つのモジュールに収容されている。一つのモジュールの中でスイッチング素子を並列に接続することで、複数のスイッチング素子に流れる電流を均一化することができる。なお、説明の便宜のため、複数の遮断スイッチを収容したモジュールを第１モジュール又は遮断モジュールと称し、電力変換用の複数のスイッチング素子を収容したモジュールを第２モジュール又は変換モジュールと称する。遮断スイッチを集約したモジュール（第１モジュール／遮断モジュール）と、電力変換用のスイッチング素子を集約したモジュール（第２モジュール／変換モジュール）を採用することで、複数のスイッチング素子と複数のスイッチをコンパクトにまとめることができる。

特に、２個の電力変換回路を備える電力変換器では、次の構成が好ましい。一方の電力変換回路に含まれている第２モジュールと他方の電力変換回路に含まれている第２モジュールが第１モジュールを挟んで積層されている。第１モジュールには、一方の電力変換回路の接続を遮断する遮断スイッチと他方の電力変換回路の接続を断つ遮断スイッチが収容されている。別言すれば、第１モジュールの両側の夫々に電力変換回路の第２モジュールが配置されている。どちらの第２モジュールからも第１モジュールが等距離にあるため、モジュール間の接続がシンプルになる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

第１実施例の電力変換器の回路図である。 変換モジュールの斜視図である。 変換モジュールの内部の回路図である。 遮断モジュールの斜視図である。 遮断モジュールの内部の回路図である。 電力変換器の平面図である。 第２実施例の電力変換器のブロック図である。 第２実施例の電力変換器における遮断モジュールの内部の回路図である。

（第１実施例）図１から図６を参照して第１実施例の電力変換器１０を説明する。図１に電力変換器１０の回路図を示す。第１実施例の電力変換器１０は、低圧端１２（低圧正極端１２ａと低圧負極端１２ｂ）に入力された電力の電圧を昇圧して高圧端１３（高圧正極端１３ａと高圧負極端１３ｂ）に出力する昇圧機能と、高圧端１３に入力された電力の電圧を降圧して低圧端１２に出力する降圧機能を有する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。

電力変換器１０は、２個の電力変換回路１４ａ、１４ｂと、フィルタコンデンサ１１と、コントローラ８を備えている。２個の電力変換回路１４ａ、１４ｂは、ともに、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。２個の電力変換回路１４ａ、１４ｂは、低圧端１２と高圧端１３の間に並列に接続されている。なお、低圧正極端１２ａと低圧負極端１２ｂの間には、フィルタコンデンサ１１が接続されている。

第１電力変換回路１４ａについて説明する。第１電力変換回路１４ａは、３個の上アームトランジスタ３ａ−３ｃと、３個の下アームトランジスタ４ａ−４ｃと、遮断トランジスタ５ａと、リアクトル２ａを備えている。３個の上アームトランジスタ３ａ−３ｃは、並列に接続されている。３個の下アームトランジスタ４ａ−４ｃも並列に接続されている。以下では、説明を簡単にするため、３個の上アームトランジスタ３ａ−３ｃを、上アームトランジスタ３と総称する。同様に、３個の下アームトランジスタ４ａ−４ｃを、下アームトランジスタ４と総称する。

上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４と遮断トランジスタ５ａは、高圧正極端１３ａと高圧負極端１３ｂの間で直列に接続されている。上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４の直列接続の中点と低圧正極端１２ａの間にリアクトル２ａが接続されている。低圧負極端１２ｂと高圧負極端１３ｂは直接に接続されている。上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４の各トランジスタにはダイオードが逆並列に接続されている。

第１電力変換回路１４ａと並列に接続されている第２電力変換回路１４ｂについて説明する。第２電力変換回路１４ｂの回路構成は、第１電力変換回路１４ａと同じである。第２電力変換回路１４ｂは、３個の上アームトランジスタ３ａ−３ｃと、３個の下アームトランジスタ４ａ−４ｃと、遮断トランジスタ５ｂと、リアクトル２ｂを備えている。３個の上アームトランジスタ３ａ−３ｃは、並列に接続されている。３個の下アームトランジスタ４ａ−４ｃも並列に接続されている。第２電力変換回路１４ｂにおいても、上アームトランジスタ３ａ−３ｃを上アームトランジスタ３と総称し、下アームトランジスタ４ａ−４ｃを下アームトランジスタ４と総称する。

第２電力変換回路１４ｂの上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４と遮断トランジスタ５ｂは、高圧正極端１３ａと高圧負極端１３ｂの間で直列に接続されている。上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４の直列接続の中点と低圧正極端１２ａの間にリアクトル２ｂが接続されている。上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４の各トランジスタにはダイオードが逆並列に接続されている。

第１電力変換回路１４ａは、並列に接続された３個の上アームトランジスタ３ａ−３ｃと、並列に接続された３個の下アームトランジスタ４ａ−４ｃを備えている。負荷は、並列に接続された３個のトランジスタ３ａ−３ｃ（４ａ−４ｃ）に分散するので、第１電力変換回路１４ａは、高い負荷に耐えることができる。第２電力変換回路１４ｂも同様である。

図１に示すように、第１電力変換回路１４ａと第２電力変換回路１４ｂは、同じ回路構造を有している。電力変換回路１４ａ、１４ｂにおいて、上アームトランジスタ３が降圧動作に寄与し、下アームトランジスタ４が昇圧動作に寄与する。上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４は、電力変換用のトランジスタである。上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４には、好ましくは同じタイプのトランジスタが採用される。上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、他のタイプのスイッチング素子であってもよい。

第１電力変換回路１４ａと第２電力変換回路１４ｂのトランジスタは、コントローラ８によって制御される。コントローラ８は、電力変換回路１４ａ、１４ｂの上アームトランジスタ３ａ−３ｃに同一の駆動信号を供給する。コントローラ８は、電力変換回路１４ａ、１４ｂの下アームトランジスタ４ａ−４ｃにも別の同一の駆動信号を供給する。そうすると、２個の電力変換回路１４ａ、１４ｂがあたかも一つの電力変換回路として機能する。電力変換器１０は、負荷を２個の電力変換回路１４ａ、１４ｂに分散することで、大電力に対応することが可能となる。

上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４と遮断トランジスタ５ａ、５ｂは、コントローラ８によって制御される。コントローラ８は、不図示の上位のコントローラから、低圧端１２と高圧端１３の電圧比の指令を受ける。コントローラ８は、指令に基づいて、上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４の夫々に対する駆動信号を生成し、各トランジスタのゲートに与える。各トランジスタに対する駆動信号はＰＷＭ信号である。上アームトランジスタ３に対する駆動信号と下アームトランジスタ４に対する駆動信号は、相補的なＰＷＭ信号である。相補的なＰＷＭ信号によって、上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４は、相補的にオンとオフが切り換わる。上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４に相補的なＰＷＭ信号を与えると、電力変換回路１４ａ、１４ｂは、低圧端１２と高圧端１３に加えられる電力に応じて受動的に昇圧動作と降圧動作が切り換わる。

遮断トランジスタ５ａ、５ｂは、通常はオンに保持されている。コントローラ８は、上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４の状態をモニタしている。コントローラ８は、第１電力変換回路１４ａのトランジスタ３ａ−３ｃ、４ａ−４ｃのいずれかに短絡故障を検知すると、遮断トランジスタ５ａをオフに切り換えて、第１電力変換回路１４ａの接続を断つ。別言すれば、コントローラ８は、第１電力変換回路１４ａの電流を遮断する。コントローラ８は、第２電力変換回路１４ｂのトランジスタ３ａ−３ｃ、４ａ−４ｃのいずれかに短絡故障を検知すると、遮断トランジスタ５ｂをオフに切り換えて、第２電力変換回路１４ｂの接続を断つ。別言すれば、コントローラ８は、第２電力変換回路１４ｂの電流を遮断する。なお、トランジスタ３ａ−３ｃ、４ａ−４ｃは、流れる電流を検知するセンスエミッタを備えており、コントローラ８は、センスエミッタからの信号をモニタすることで、各トランジスタの短絡故障を検知することができる。

遮断トランジスタ５ａ（５ｂ）は、電力変換回路１４ａ（１４ｂ）の接続を断つためのトランジスタである。別言すれば、遮断トランジスタ５ａ（５ｂ）は、電力変換回路１４ａ（１４ｂ）の電流を遮断するためのトランジスタである。さらに別言すれば、遮断トランジスタ５ａ（５ｂ）は、電力変換回路１４ａ（１４ｂ）を他の電力変換回路１４ｂ（１４ａ）から切り離すためのトランジスタである。遮断トランジスタ５ａ、５ｂとして、上アームトランジスタ３と同じタイプのトランジスタが採用されていてもよいし、別のタイプのスイッチが採用されていてもよい。

電力変換器１０は、並列に接続されている２個の電力変換回路１４ａ、１４ｂを備えている。電力変換回路１４ａ、１４ｂの夫々は、上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４のいずれかで短絡故障が生じたときに電力変換回路１４ａ（１４ｂ）の接続を断つ遮断トランジスタ５ａ（５ｂ）を備えている。電力変換器１０は、２個の電力変換回路１４ａ、１４ｂのいずれかで短絡故障が生じても他方の電力変換回路で動作を継続することができる。

図１において、符号６ａ−６ｄが示す破線枠はパワーモジュールを示している。即ち、第１電力変換回路１４ａの３個の上アームトランジスタ３ａ−３ｃは、パワーモジュール６ａに収容されている。同様に、第１電力変換回路１４ａの３個の下アームトランジスタ４ａ−４ｃは、パワーモジュール６ｂに収容されている。第２電力変換回路１４ｂの３個の上アームトランジスタ３ａ−３ｃは、パワーモジュール６ｃに収容されている。第２電力変換回路１４ｂの３個の下アームトランジスタ４ａ−４ｃは、パワーモジュール６ｄに収容されている。また、図１の符号７が示す破線枠は、パワーモジュール７を示している。第１電力変換回路１４ａの遮断トランジスタ５ａと、第２電力変換回路１４ｂの遮断トランジスタ５ｂは、パワーモジュール７に収容されている。以下では、説明の便宜のため、電力変換用のトランジスタ（上アームトランジスタ３と下アームトランジスタ４）を収容しているパワーモジュール６ａ−６ｄを、変換モジュール６ａ−６ｄと称する。また、変換モジュール６ａ−６ｄを、変換モジュール６と総称する場合がある。さらに、遮断トランジスタ５ａ、５ｂを収容しているパワーモジュール７を遮断モジュール７と称する。

図２に、変換モジュール６の斜視図を示し、図３に、変換モジュール６の内部の回路図を示す。変換モジュール６は、樹脂製のパッケージ４２に、３個の半導体チップ４１ａ、４１ｂ、４１ｃが封止されているデバイスである。半導体チップ４１ａ、４１ｂ、４１ｃには、トランジスタ３とダイオードが実装されており、チップ内部でトランジスタ３とダイオードが逆並列に接続されている。半導体チップ４１ａが図１の回路図のトランジスタ３ａ（４ａ）とダイオードの逆並列回路に相当する。半導体チップ４１ｂが図１の回路図のトランジスタ３ｂ（４ｂ）とダイオードの逆並列回路に相当する。半導体チップ４１ｃが図１の回路図のトランジスタ３ｃ（４ｃ）とダイオードの逆並列回路に相当する。

パッケージ４２の上面から正極パワー端子６１と負極パワー端子６２が延びている。正極パワー端子６１は、パッケージ４２の内部で、３個のトランジスタ３（４）のコレクタ電極（高電位側電極）に接続されている。負極パワー端子６２は、パッケージ４２の内部で、３個のトランジスタ３（４）のエミッタ電極（低電位側電極）に接続されている。即ち、変換モジュール６のパッケージ４２の内部で、３個のトランジスタ３（４）が並列に接続されている。

パッケージ４２の下面からは、制御端子４３ａ、４３ｂ、４３ｃが延びている。制御端子４３ａは、トランジスタ３ａ（４ａ）のゲート電極と接続されている。図示は省略しているが、複数の制御端子４３ａのいくつかは、トランジスタ３ａ（４ａ）のセンスエミッタや、半導体チップ４１ａに内蔵されている温度センサにつながっている。制御端子４３ｂはトランジスタ３ｂ（４ｂ）のゲート電極、センスエミッタ、半導体チップ４１ｂの温度センサなどに接続されている。制御端子４３ｃはトランジスタ３ｃ（４ｃ）のゲート電極、センスエミッタ、半導体チップ４１ｃの温度センサなどに接続されている。

図４に、遮断モジュール７の斜視図を示し、図５に、遮断モジュール７の内部の回路図を示す。遮断モジュール７は、樹脂製のパッケージ５２に、２個の半導体チップ５１ａ、５１ｂが封止されているデバイスである。半導体チップ５１ａには、遮断トランジスタ５ａが実装されており、半導体チップ５１ｂには、遮断トランジスタ５ｂが実装されている。

パッケージ５２の上面から第１正極端子７１と共通負極端子７２と第２正極端子７３が延びている。第１正極端子７１は、パッケージ５２の内部で、遮断トランジスタ５ａのコレクタ電極（高電位側電極）に接続されている。第２正極端子７３は、パッケージ５２の内部で、遮断トランジスタ５ｂのコレクタ電極（高電位側電極）に接続されている。共通負極端子７２は、パッケージ５２の内部で、遮断トランジスタ５ａ、５ｂのエミッタ電極（低電位側電極）に接続されている。

パッケージ５２の下面からは、制御端子５３ａ、５３ｂが延びている。制御端子５３ａは遮断トランジスタ５ａのゲート電極、センスエミッタ、半導体チップ５１ａの温度センサなどに接続されている。制御端子５３ｂは遮断トランジスタ５ｂのゲート電極、センスエミッタ、半導体チップ５１ｂの温度センサなどに接続されている。図４、図５によく示されているように、２個の電力変換回路１４ａ、１４ｂの夫々の遮断トランジスタ５ａ、５ｂが一つのパワーモジュール（遮断モジュール７）に収容されている。

図６に電力変換器１０の平面図を示す。なお、図６では、４個の変換モジュール６（６ａ−６ｄ）と遮断モジュール７のみを示しており、リアクトル２ａ、２ｂ、コントローラ８の図示は省略してある。

４個の変換モジュール６と遮断モジュール７は、複数の冷却器８０とともに積層されている。図６は、変換モジュール６のパワー端子６１、６２の側から見た平面図である。変換モジュール６と遮断モジュール７は、複数の冷却器８０と一つずつ交互に積層されている。積層体の両端には冷却器８０が位置している。変換モジュール６と遮断モジュール７は、夫々、両側から冷却器８０によって冷却される。

図１に示してあるように、変換モジュール６ａ、６ｂは第１電力変換回路１４ａに含まれているパワーモジュールであり、変換モジュール６ｃ、６ｄは第２電力変換回路１４ｂに含まれているパワーモジュールである。次に、各モジュールの接続関係について説明する。

第１電力変換回路１４ａと第２電力変換回路１４ｂは、正極バスバ３１と負極バスバ３２の間で並列に接続される。図１に示されているように、第１電力変換回路１４ａでは、変換モジュール６ａが正極側に位置し、変換モジュール６ｂが負極側に位置するように直列に接続されている。変換モジュール６ａの正極パワー端子６１が、短バスバ３４によって正極バスバ３１に接続されており、変換モジュール６ａの負極パワー端子６２が、短バスバ３３によって変換モジュール６ｂの正極パワー端子６１と接続されている。なお、短バスバ３３は、２個の上アームトランジスタ３（変換モジュール６ａ）と下アームトランジスタ４（変換モジュール６ｂ）の直列接続の中点に相当する。正極パワー端子６１は、短バスバ８１によって不図示のリアクトル２ａに接続される。変換モジュール６ｂの負極パワー端子６２は、短バスバ３５によって、遮断モジュール７の第１正極端子７１に接続される。遮断モジュール７の共通負極端子７２は、短バスバ３６によって、負極バスバ３２に接続される。以上で、第１電力変換回路１４ａにおけるトランジスタの接続関係が説明された。

第２電力変換回路１４ｂでは、変換モジュール６ｃが正極側に位置し、変換モジュール６ｄが負極側に位置するように直列に接続されている。変換モジュール６ｃの正極パワー端子６１が、短バスバ３９によって正極バスバ３１に接続されており、変換モジュール６ｃの負極パワー端子６２が、短バスバ３８によって変換モジュール６ｄの正極パワー端子６１と接続されている。短バスバ３８は、上アームトランジスタ３（変換モジュール６ｃ）と下アームトランジスタ４（変換モジュール６ｄ）の直列接続の中点に相当する。正極パワー端子６１は、短バスバ８２によって不図示のリアクトル２ｂに接続される。変換モジュール６ｄの負極パワー端子６２は、短バスバ３７によって、遮断モジュール７の第２正極端子７３に接続される。先に述べたように、遮断モジュール７の共通負極端子７２は、短バスバ３６によって、負極バスバ３２に接続される。以上で、第２電力変換回路１４ｂにおけるトランジスタの接続関係が説明された。

図６に示されているように、第１電力変換回路１４ａに含まれる変換モジュール６ａ、６ｂと、第２電力変換回路１４ｂに含まれる変換モジュール６ｃ、６ｄの間に遮断モジュール７が挟まれている。なお、変換モジュール６ａと６ｂは、正極パワー端子６１が対向しないように、互いに反対向きに積層されており、変換モジュール６ｃと６ｄも、正極パワー端子６１が対向しないように、互いに反対向きに積層されている。図６に示すように、全てのパワー端子が短バスバ３３−３９によって接続することができる。図６におけるモジュールの並びは、各モジュールを短バスバで接続するのに好都合である。

電力変換器１０の特徴と利点を以下にまとめる。電力変換器１０は、並列に接続されている２個の電力変換回路１４ａ、１４ｂを備えている。夫々の電力変換回路１４ａ、１４ｂは、電力変換用のトランジスタ（上アームトランジスタ３、下アームトランジスタ４）のいずれかで短絡故障が検知されたときに電力変換回路の接続を断つ遮断トランジスタ５ａ、５ｂを備えている。２個の電力変換回路１４ａ、１４ｂの遮断トランジスタ５ａ、５ｂは、１個のパワーモジュール（遮断モジュール７）に収容されている。２個の電力変換回路１４ａ、１４ｂの遮断トランジスタ５ａ、５ｂを一個のパワーモジュール（遮断モジュール７）に収容することで、電力変換器１０を小型化することができる。

電力変換回路１４ａ、１４ｂの夫々は、並列に接続されている複数の電力変換用トランジスタ（上アームトランジスタ３ａ−３ｃ、下アームトランジスタ４ａ−４ｃ）を備えている。並列に接続された電力変換用トランジスタ（上アームトランジスタ３、下アームトランジスタ４）は、一つの別のパワーモジュール（変換モジュール６ａ−６ｄ）に収容されている。図２、図３で示したように、並列に接続されている３個のトランジスタ（上アームトランジスタ３ａ−３ｃ、下アームトランジスタ４ａ−４ｃ）は、一つのパッケージ４２の中で密集して配線されている。それゆえ、一つのパワーモジュールに収容することで、並列に接続されたトランジスタに対して均等に電流を流すことができる。

第１電力変換回路１４ａに含まれている第１変換モジュール６ａ、６ｂと、第２電力変換回路１４ｂに含まれている第２変換モジュール６ｃ、６ｄが、遮断モジュール７を挟んで積層されている。遮断モジュール７は、第１電力変換回路１４ａの接続を断つ第１遮断トランジスタ５ａと第２電力変換回路１４ｂの接続を断つ第２遮断トランジスタ５ｂを収容している。図６に示したように、複数のパワーモジュールの上記の配置は、モジュールをつなぐ端バスバを短くすることができる。なお、図６の積層体を２セット採用することで、４個の電力変換回路が並列に接続された電力変換器を実現することができる。

（第２実施例）図７と図８を参照して第２実施例の電力変換器１０ａを説明する。図７は、第２実施例の電力変換器１０ａの回路図である。電力変換器１０ａは、並列に接続されている３個の電力変換回路１４ａ−１４ｃを備えている。電力変換回路１４ａ、１４ｂは、第１実施例の電力変換器１０に備えられた電力変換回路１４ａ、１４ｂと同じである。第３電力変換回路１４ｃも、電力変換回路１４ａ、１４ｂと同じ構成である。なお、図７では、変換モジュール６ｅ、６ｆの詳細な回路図は省略した。変換モジュール６ｅは、変換モジュール６ａと同じであり、樹脂パッケージの内部で３個の上アームトランジスタ３ａ−３ｃが並列接続されているとともに、夫々の上アームトランジスタ３ａ−３ｃにダイオードが逆並列に接続されている。変換モジュール６ｆは、変換モジュール６ｂと同じであり、樹脂パッケージの内部で３個の下アームトランジスタ４ａ−４ｃが並列接続されているとともに、夫々の下アームトランジスタ４ａ−４ｃにダイオードが逆並列に接続されている。変換モジュール６ｅ、６ｆととともに、第３遮断トランジスタ５ｃが直列に接続されている。コントローラ８は、変換モジュール６ｅ、６ｆのトランジスタをモニタしており、変換用トランジスタ（上アームトランジスタ３、下アームトランジスタ４）のいずれかで短絡故障が検知されると、第３遮断トランジスタ５ｃをオンからオフに切り換えて、第３電力変換回路１４ｃの接続を断つ。

遮断トランジスタ５ａ−５ｃは、１個のパワーモジュール（遮断モジュール７ａ）に収容されている。図８に、遮断モジュール７ａの回路図を示す。遮断モジュール７ａは、樹脂製のパッケージ５２ａに、３個の半導体チップ５１ａ、５１ｂ、５１ｃが埋設されたデバイスである。半導体チップ５１ａには、遮断トランジスタ５ａが実装されており、半導体チップ５１ｂには、遮断トランジスタ５ｂが実装されており、半導体チップ５１ｃには遮断トランジスタ５ｃが実装されている。

パッケージ５２ａの上面から第１正極端子７１と共通負極端子７２と第２正極端子７３と第３正極端子７４が延びている。第１正極端子７１は、パッケージ５２ａの内部で、遮断トランジスタ５ａのコレクタ電極（高電位側電極）に接続されている。第２正極端子７３は、パッケージ５２ａの内部で、遮断トランジスタ５ｂのコレクタ電極（高電位側電極）に接続されている。第３正極端子７４は、パッケージ５２ａの内部で、遮断トランジスタ５ｃのコレクタ電極（高電位側電極）に接続されている。共通負極端子７２は、パッケージ５２の内部で、遮断トランジスタ５ａ、５ｂ、５ｃのエミッタ電極（低電位側電極）に接続されている。

パッケージ５２ａの下面からは、制御端子５３ａ、５３ｂ、５３ｃが延びている。制御端子５３ａは遮断トランジスタ５ａのゲート電極、センスエミッタ、半導体チップ５１ａの温度センサなどに接続されている。制御端子５３ｂは遮断トランジスタ５ｂのゲート電極、センスエミッタ、半導体チップ５１ｂの温度センサなどに接続されている。制御端子５３ｃは遮断トランジスタ５ｃのゲート電極、センスエミッタ、半導体チップ５１ｃの温度センサなどに接続されている。３個の電力変換回路１４ａ−１４ｃの夫々の遮断トランジスタ５ａ−５ｃが一つの遮断モジュール７ａに収容されている。第２実施例の電力変換器１０ａも、３個の電力変換回路１４ａ−１４ｃの夫々に備えられている遮断トランジスタ５ａ−５ｃが１個のパワーモジュール（遮断モジュール７ａ）に収容されていることにより、電力変換器１０ａを小型化することができる。

また、複数の変換モジュール１４ａ−１４ｃの夫々の遮断トランジスタ５ａ−５ｃが一つのパワーモジュールに収容されていることで、次の利点が得られる。遮断トランジスタ５ａ−５ｃが個別のパワーモジュールに収容されていると、コントローラ８から夫々のパワーモジュールまでの距離が相違する。コントローラ８からの距離が相違すると、コントローラ８が遮断指令を送信してから遮断トランジスタ５ａ−５ｃが動作するまでのタイムラグに相違がでる。遮断する回路に依存して電力変換回路を遮断するまでのタイムラグが相違するのは好ましくない。複数の電力変換回路の遮断スイッチングが一つのパワーモジュールに集約されていることで、コントローラ８から夫々の遮断スイッチングまでの電流経路がほぼ等しくなる。それゆえ、遮断する回路に依存せず、電力変換回路を遮断するまでのタイムラグが一定となる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の電力変換回路１４ａ−１４ｃは、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。並列に接続されている電力変換回路は、昇圧コンバータ、降圧コンバータ、インバータなどであってもよい。実施例の電力変換回路１４ａ−１４ｃは、並列に接続された３個のトランジスタを備えている。電力変換回路は、並列に接続された２個のトランジスタを備えていてもよいし、並列に接続された４個以上のトランジスタを備えていてもよい。

遮断モジュール７が第１モジュールの一例に相当する。変換モジュール６ａ−６ｆが第２モジュールの一例に相当する。

遮断トランジスタ５ａ、５ｂ、５ｃが、遮断スイッチの一例に相当する。上アームトランジスタ３、下アームトランジスタ４が、電力変換用のスイッチング素子の一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ａ、２ｂ：リアクトル
３、３ａ−３ｃ：上アームトランジスタ
４、４ａ−４ｃ：下アームトランジスタ
５ａ−５ｃ：遮断トランジスタ
６、６ａ−６ｆ：変換モジュール（パワーモジュール）
７：遮断モジュール（パワーモジュール）
８：コントローラ
１０、１０ａ：電力変換器
１１：フィルタコンデンサ
１２：低圧端
１３：高圧端
１４ａ−１４ｃ：電力変換回路
３１：正極バスバ
３２：負極バスバ
３３−３９、８１、８２：短バスバ
４１ａ−４１ｃ、５１ａ−５１ｃ：半導体チップ
４２、５２、５２ａ：パッケージ
６１：正極パワー端子
６２：負極パワー端子
７１：第１正極端子
７２：共通負極端子
７３：第２正極端子
７４：第３正極端子
８０：冷却器

Claims (1)

1. 並列に接続されている２個の電力変換回路と、
   夫々の前記電力変換回路に設けられており、当該電力変換回路の接続を断つ遮断スイッチと、
   ２個の前記電力変換回路の前記遮断スイッチを収容している一つの第１モジュールと、
   を備えており、
   夫々の前記電力変換回路は、並列に接続されている電力変換用の複数のスイッチング素子を収容する一つの第２モジュールを備えており、
   ２個の前記電力変換回路の前記第２モジュールの間に前記第１モジュールが挟まれているとともに２個の前記第２モジュールと前記第１モジュールが積層されている、電力変換器。

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