JPH03108749A - 電力変換装置用トランジスタモジュール - Google Patents

電力変換装置用トランジスタモジュール

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JPH03108749A
JPH03108749A JP1284034A JP28403489A JPH03108749A JP H03108749 A JPH03108749 A JP H03108749A JP 1284034 A JP1284034 A JP 1284034A JP 28403489 A JP28403489 A JP 28403489A JP H03108749 A JPH03108749 A JP H03108749A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トランジスタと、それらを保護するための非
対称素子およびコンデンサからなるスナバ回路とによっ
て構成された電力変換装置に使用されるトランジスタモ
ジュールに関する。
〔従来の技術〕
トランジスタを用いた電力変換装置用半導体装置は通常
モジュールとして作られ、トランジスタだけあるいはト
ランジスタと並列または直列に接続され、トランジスタ
と逆方向または同方向に電流を流すダイオードとからな
り、これらトランジスタとダイオードは同一の基板上に
固着され、さらに一つの容器に納められ、かつ主たる電
流を流すための外部端子とトランジスタを駆動するため
の端子とが容器の外周部に設けられていた。
このようなトランジスタモジュールで構成される電力変
換装置においては、トランジスタのターンオフ時あるい
はダイオードの逆回復時に回路の浮遊インダクタンスに
よって発生するサージ電圧が素子に印加され、素子が破
壊するおそれがある。
またトランジスタの端子間の電圧の立上り（ｄν／ｄｔ
）が急峻な場合、他のトランジスタの誤動作あるいは制
御回路の誤動作が起こることがある。この対策としてト
ランジスタに並列に直列接続の抵抗とコンデンサからな
るＲ−Ｃスナバを接続する方法、あるいは並列接続され
たダイオードと抵抗にコンデンサを直列接続してなるＲ
−Ｃ−Ｄスナバを接続する方法が知られている。しかし
、Ｒ−Ｃ−Ｄスナバでは、抵抗が大形になること、スナ
バダイオードの順電圧降下が大きいこと、スナバ回路の
ダイオードが逆回復する際に高いｄν／ｄｔが生じるの
で制御回路に誤動作を生じるおそれがあることなどの欠
点があり、Ｒ−Ｃスナバは、コンデンサの蓄積電荷が抵
抗を通して放電するのでエネルギ損失が大きいこと、抵
抗が大形になることなどの欠点がある。これらの欠点を
解決するため、本発明者等の提案に係るトランジスタの
端子間に順方向電圧降下が小で逆方向電圧降下が大であ
る非対称素子、例えば、定電圧ダイオードとコンデンサ
の直列回路を並列接続する方法が、平成元年電気学会全
国大会（平成元年４月）に発表され、また特願平１−８
３１１号明細書に記載されている。第８図はそのような
回路の一例で、ダイオード２２が逆並列接続された）・
ランジスタ２１のコレクタ・エミッタ間に定電圧ダイオ
ード２３とコンデンサ２４との直列回路を並列接続した
ものである。
このようなトランジスタモジュールを用いて電力変換装
置を構成する一例を第９図に示す。通常、この回路図に
示すようにブリッジ回路の上アーム用のトランジスタモ
ジュール１００及び下アーム用のトランジスタモジュー
ル１０１の２個を直列に接続した１アーム対１１０が単
位となり、これらが並列に接続されて電力変換装置が構
成される。
〔発明が解決しようとする課題〕
第８図に示すような回路を有するトランジスタモジュー
ルでは、トランジスタ２１のコレクタ（Ｃ）端子と定電
圧ダイオード２３のアノード（Ａ）端子を導体で接続し
、さらに定電圧ダイオード２３のカソード（Ｋ）端子と
トランジスタ２１のエミッタ（Ｅ）端子との間にコンデ
ンサ２４を接続していた。しかし、このような構成にお
いては以下の問題点があった。
（１）定電圧ダイオードが発熱するためこれを放熱させ
なければならないが、一般にスナバ回路はトランジスタ
素子の容器の上部に設置される配線用導体に取り付けら
れるため充分に放熱できず大きなチップサイズの定電圧
ダイオード素子を必要とする。
（２）前記の問題を解決するため、トランジスタ素子と
同一冷却体上に定電圧ダイオード素子を取り付けた場合
、トランジスタ素子の端子との距離が長くなり、接続の
ために別の配線用導体が必要となる。さらにコンデンサ
とトランジスタの端子との間の配線が長くなり、これら
の配線のもつインダクタンス分によりスナバ回路のサー
ジ電圧吸収効果が少なくなる。
（３）トランジスタのコレクタ側に定電圧ダイオードの
アノード端子が接続されているため、エミッタ端子とカ
ソード端子間には、例えば、数百ボルト以上の電圧が印
加され、これら端子が取り付けられた容器はその絶縁耐
圧を満足する絶縁距離を必要として小形化が困難である
。
また、前記トランジスタモジュールを用いて電力変換装
置を構成する場合、例えば、第９図に示すようにブリッ
ジ回路の上アーム用のトランジスタモジュール１００及
び下アーム用のトランジスタモジュール１０１の２個の
モジュールを直列に接続した１アーム１１０を単位とし
てこれらを並列に接続するが、１アーム対を構成する際
、第１Ｏ図に示すように上アーム用のトランジスタモジ
ュール１００のエミッタ端子６１と下アーム用のトラン
ジスタモジュール１０１のコレクタ端子６２を接続する
導体７０が上アーム用のトランジスタモジュールのベー
ス端子６３の上部を通るため、この接続導体を流れるコ
レクタ電流の過渡的変化による電磁誘導が上アーム用の
トランジスタモジュール１００のベース配線に影響を与
え、このトランジスタが誤動作を起こす問題があった。
本発明の課題は前述の問題点を解決して、非対称素子と
コンデンサの直列回路からなるスナバ回路を有する電力
変換装置用トランジスタモジュールにおける配線のもつ
インダクタンス分を低減するのに役立つと共に非対称素
子に発生する熱を充分放熱させることができ、更に、エ
ミッタ端子とカソード端子間に印加される電圧を低下せ
しめたトランジスタモジュールと、このトランジスタモ
ジュールを用いて電力変換装置を構成する場合、ブリッ
ジ回路の上アーム用のトランジスタモジュールのエミッ
タ端子と下アーム用のトランジスタモジュールのコレク
タ端子を接続する導体が上アーム用のトランジスタモジ
ュールのベース端子の上部を通過することを避けた外部
端子の配列とその接続構成提供するものである。
〔課題を解決するための手段〕
前述の課題を解決するために、本発明の電力変換装置用
トランジスタモジュールにおいては、トランジスタと順
方向電圧降下が小で逆方向電圧降下が大である非対称素
子が一つの容器内に収容され、容器底板上の一つの接続
導体に各素子の一つの電極が固定され、各素子の他の電
極はそれぞれ導線を介して他の接続導体と接続され、そ
の接続導体はそれぞれ容器外に引き出されて外部端子を
形成するようにする。更に電力変換装置のブリッジ回路
の上アームを構成するトランジスタモジュールは容器底
板上の一つの接続導体にトランジスタのコレクタと非対
称素子のアノードとが固定され、その接続導体は容器外
に引き出されてコレクタ端子を形成し、トランジスタの
エミッタは他の接続導体と接続され、その接続導体は容
器外に引き出されてエミッタ端子を形成し、非対称素子
のカソードは他の接続導体と接続され、その接続導体は
容器外に引き出されてカソード端子を形成し、また、ブ
リッジ接続の下アームを構成するトランジスタモジュー
ルは容器底板上の一つの接続導体にトランジスタのコレ
クタが固定され、その接続導体は容器外に引き出されて
コレクタ端子を形成し、トランジスタのエミッタと非対
称素子のカソードとが他の接続導体と接続され、その接
続導体は容器外に引き出されてエミッタ端子を形成し、
非対称素子のアノードは他の接続導体に固定され、その
接続導体は容器外に引き出されてアノード端　ｑ 子を形成し、更に、前記上アームを構成するトランジス
タモジュールと下アームを構成するトランジスタモジュ
ールのエミッタ端子及びコレクタ端子の配列を互に勝手
違いとして、上アームを構成するトランジスタモジュー
ルのエミッタ端子と下アームを構成するトランジスタモ
ジュールのコレクタ端子とを隣合わせに配置して接続す
るようにする。
〔作用〕
容器底板上の接続導体に固着される非対称素子に発生す
る熱は、容器底板に冷却体を取付けることにより容易に
放熱させることができる。そして非対称素子はトランジ
スタに接近して固着できるので接続配線が不要で、配線
によるインダクタンス分が省略される。さらに、非対称
素子とコンデンサを接続する端子とトランジスタとコン
デンサを接続する端子を接近して設けることができるの
で、コンデンサの接続配線も短くすることができ、この
部分の配線インダクタンスも低減する。
また、電力変換装置を構成するブリッジ回路の０ 上アーム用のトランジスタモジュールは、トランジスタ
のコレクタに非対称素子のアノードが接続されているの
で、カソード端子とコレクタ端子がほぼ同電位であるた
め、これら端子間の絶縁耐圧は低く抑えられる。下アー
ム用のトランジスタモジュールでは、トランジスタのエ
ミッタに非対称素子のカソードが接続されているので、
アノード端子とエミッタ端子がほぼ同電位であるため、
これら端子間の絶縁耐圧は同様に低く抑えられる。
更にまた、上アーム用トランジスタモジュールの外部端
子の配列と下アーム用トランジスタモジュールの外部端
子の配列を互に勝手違いとして上アーム用トランジスタ
モジュールのエミッタ端子と下アーム用トランジスタモ
ジュールのコレクタ端子が隣合わせに配置されるように
したため、この端子間を直接に接続でき、従来のように
、この接続導体が上アーム用のトランジスタモジュール
のベース端子の上部を通過することが避けられる。
〔実施例〕
第１図は本発明の一実施例における各素子および部品の
配置を示す。例えば、銅からなる容器底板１１の上に絶
縁基板２を介して銅からなる接続導体３１　、３２．３
３．３４が固定されている。接続導体３２の上には、ト
ランジスタチップ４１が下面のコレクタ電極により、ダ
イオードチップ４２が下面のカソード電極により、定電
圧ダイオードチップ４３が下面のアノード電極により固
着されている。図を見やすくするために、詳細な図示は
省略したが、トランジスタチップ４１の上面のエミッタ
電極は接続導体３１と、ベース電極は接続導体３３と、
ダイオードチップ４２の上面のアノード電極は接続導体
３１と、また定電圧ダイオードチップ４３の上面のカソ
ード電極は接続導体３４とそれぞれ金属細線５によって
接続されている。
第２図は第１図に示した底板１１上に側壁１２および上
蓋１３を組み立ててなるトランジスタモジュールの外観
を示す。上蓋１３上には、外部端子、すなわちエミッタ
（Ｅ）端子６１、コレクタ（Ｃ）端子６２ベース（Ｂ）
端子６３およびカソード（Ｋ）端子６４が設けられてい
る。図示されない立上り部を介して、エミッタ端子６１
は接続導体３１と、コレクタ端子６２は接続導体３２と
、ベース端子６３は接続導体３３と、そしてカソード端
子６４は接続導体３４とそれぞれ接続されている。スナ
バ回路用のコンデンサ７は、エミッタ端子６１とカソー
ド端子６４との間に接続さればよく、極めて簡単で接続
のための配線の長さも短い。なお、定電圧ダイオード４
３で発生する熱は絶縁基板２と容器底板１１を介して放
熱される。
これによって第３図に示す回路を有するトランジスタモ
ジュールができる。
第４図は本発明の異なる実施例を示す。第４図（ａｌは
電力変換装置を構成する際、ブリッジ回路の上アームに
使用するトランジスタモジュールで、Ｃｂ）は下アーム
に使用するトランジスタモジュールである。第４図（ａ
ｌＯ上アーム用トランジスタモジュールは第５図（８１
に示すごとくトランジスタ４１のコレクタに定電圧ダイ
オード４３のアノード（Ａ）が接続され、その外部端子
の配列は、図の如く左側よりエミッタ端子６１．コレク
タ端子６２．カソード端子６４の順となっている。第５
図（ａｌの回路から明３ らかなようにコレクタ端子６２とカソード端子６４はほ
ぼ同一の電位であり、隣接するコレクタ端子６２とカソ
ード端子６４の間の絶縁耐圧は低くてよく、その絶縁距
離は短く装置の小形化ができる。同様に、第４図（ｂｌ
の下アーム用トランジスタモジュールは第５図＋ｂｌに
示すごとくトランジスタ４１のコレクタに定電圧ダイオ
ード４３のカソード（Ｋ）が接続され、その外部端子の
配列は図の如く左側よりコレクタ端子６２．エミッタ端
子６１．アノード端子６５の順となっている。第５図（
ｂｌの回路から明らかなようにエミッタ端子６１とアノ
ード端子６５はほぼ同一の電位であり、隣接するアノー
ド端子６５とエミッタ端子６１の間の絶縁耐圧は低くて
よく、その絶縁距離は短く装置の小形化ができる。
更に、これらのトランジスタモジュールを用いてブリッ
ジ回路を構成する単位の１アーム対１１０を作る場合、
第６図に示すように、上アーム用トランジスタモジュー
ル１０２〔第５図（８）と同じ〕と下アーム用トランジ
スタモジュール１０３〔第５図（ｂｌと同じ〕を直列に
接続するが、この場合、実際４ の端子配列は第７図のトランジスタモジュールの実体配
置に示すごとく、上アーム用と下アーム用のトランジス
タモジュールのエミッタ端子６１及びコレクタ端子６２
は互にトランジスタモジュールのエミッタ端子６１及び
コレクタ端子６２は互に勝手違いで、上アーム用のトラ
ンジスタモジュール１０２のエミッタ端子６１と下アー
ム用のトランジスタモジュール１０３のコレクタ端子６
２とが隣合わせになっておりこの間を導体で直接に接続
することにより、従来のように、この接続導体７０が上
アーム用のトランジスタモジュールのベース端子６３の
上部を通ることはなく、この接Ｖｔｓ体７０を流れるコ
レクタ電流の過渡的変化による電磁誘導が上アーム用の
トランジスタモジュール１０２のベース配線に影響を与
えこのトランジスタが誤動作する問題がなくなる。
前述の、実施例ではトランジスタを用いているが、ＭＯ
ＳＦＥＴあるいは絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ
　（ＩＧＢＴ）等の自己消弧形半導体素子を用いた場合
も同様に実施できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、一つの容器の底板上にトランジスタと
それを保護するスナバ回路のうちの非対称素子を固定す
ることにより、画素子接続のための配線インダクタンス
を小さくすると共に、非対称素子で発生する熱を容器底
板から冷却体を通して充分に放熱させることが可能とな
るので、非対称素子のチップ寸法を小さくすることがで
きる。
また、非対称素子とコンデンサからなるスナバ回路を構
成するには、トランジスタモジュールの外扉端子の間に
コンデンサを接続するだけでよいので、スナバ回路のイ
ンダクタンス分も低減でき、サージ電圧吸収効果を高め
ることが可能になる。
更に、電力変換装置を構成する場合、ブリッジ回路の上
アーム用のトランジスタモジュールはトランジスタのコ
レクタに非対称素子のアノードを接続し、下アーム用の
トランジスタモジュールはトランジスタのエミッタに非
対称素子のカソードを接続するようにして、カソード端
子とコレクタ端子、あるいはアノード端子とエミッタ端
子がほぼ同電位にあるようにしてこれら端子間の絶縁耐
圧を低く抑えて、その絶縁距離を短くしたので装置が小
形化できる。
更にまた、上アーム用と下アーム用のトランジスタモジ
ュールのエミッタ端子及びコレクタ端子を互に勝手違い
に配列し、上アーム用のトランジスタモジュールのエミ
ッタ端子と下アーム用のトランジスタモジュールのコレ
クタ端子とが隣合わせになるように配置することにより
、この接続導体による上アーム用のトランジスタモジュ
ールのベース配線への影響を除き、そのトランジスタの
誤動作を防止できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の電力変換装置用トランジス
タモジュールにおける容器底板上の素子および部品の配
置を示す斜視図、第２図は第１図の容器底板上に組み立
てられた電力変換装置用トランジスタモジュールの斜視
図、第３図は第２図に示した電力変換装置用トランジス
タモジュールの回路図、第４図は第１図の容器底板上に
組み立７ てられたトランジスタモジュールの異なる例の斜視図で
、（ａｌは電力変換装置のブリッジ回路の上アーム用の
電力変換装置用トランジスタモジュールの斜視図、（ｂ
ｌはブリッジ回路の下アーム用の電力変換装置用トラン
ジスタモジュールの斜視図、第５図は第４図に示した電
力変換装置用トランジスタモジュールの回路図で、（ａ
ｌは第４図［８）の電力変換装置用トランジスタモジュ
ールの回路図、（ｂｌは第４図（ｂｌの電力変換装置用
トランジスタモジュールの回路図、第６図は第４図＋ａ
ｌの上アーム用の電力変換装置用トランジスタモジュー
ルと第４図（ｂｌＯ下アーム用の電力変換装置用トラン
ジスタモジュールをブリッジ回路の１アーム対に接続し
た場合の回路図、第７図は第６図の回路における上アー
ム用電力変換装置用トランジスタモジュールと下アーム
用電力変換装置用トランジスタモジュールの端子配列を
示す平面図、第８図は本発明者等の提案に係るトランジ
スタの端子間に非対称素子とコンデンサの直列回路を並
列接続する方法（平成元年電気学会全国大会で発表及び
特願平１−８３１１８ 号明細書に記載）を示す回路図、第９図は第２図の電力
変換装置用トランジスタモジュールを用いて電力変換装
置を構成した場合の一例の回路図、第１０図は第２図の
電力変換装置用トランジスタモジュール２個をブリッジ
回路の１アーム対に接続した場合の端子配列を示す平面
図である。 １１：容器底板、１２：容器側壁、１３：容器上蓋、２
：絶縁基板、３Ｌ３２，３３．３４　：接続導体、４１
：Ｉ−ランジスタチソプ、４３：定電圧ダイオードチッ
プ（非対称素子チップ）　　５：金属細線、６１：エミ
ッタ端子（外部端子＞、６２：コレクタ端子（外部端子
）、６３：ベース端子（外部端子）、６４：カソード端
子（外部端子）、６５ニアノード端子（外部９ （Ｑ’） （ｂ’） 第４飼 ダ３ （Ｑ） （１）） 第５図 ３２２

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）トランジスタと順方向電圧降下が小で逆方向電圧降
    下が大である非対称素子が一つの容器内に収容され、容
    器底板上の一つの接続導体に各素子の一つの電極が固定
    され、各素子の他の電極はそれぞれ導線を介して他の接
    続導体と接続され、その接続導体はそれぞれ容器外に引
    き出されて外部端子を形成することを特徴とする電力変
    換装置用トランジスタモジュール。 ２）電力変換装置のブリッジ回路の上アームを構成する
    トランジスタモジュールは容器底板上の一つの接続導体
    にトランジスタのコレクタと非対称素子のアノードとが
    固定され、その接続導体は容器外に引き出されてコレク
    タ端子を形成し、トランジスタのエミッタは他の接続導
    体と接続され、その接続導体は容器外に引き出されてエ
    ミッタ端子を形成し、非対称素子のカソードは他の接続
    導体と接続され、その接続導体は容器外に引き出されて
    カソード端子を形成し、また、ブリッジ接続、の下アー
    ムを構成するトランジスタモジュールは容器底板上の一
    つの接続導体にトランジスタのコレクタが固定され、そ
    の接続導体は容器外に引き出されてコレクタ端子を形成
    し、トランジスタのエミッタと非対称素子のカソードと
    が他の接続導体と接続され、その接続導体は容器外に引
    き出されてエミッタ端子を形成し、非対称素子のアノー
    ドは他の接続導体に固定され、その接続導体は容器外に
    引き出されてアノード端子を形成し、更に、前記上アー
    ムを構成するトランジスタモジュールと下アームを構成
    するトランジスタモジュールのエミッタ端子及びコレク
    タ端子の配列を互に勝手違いとして、上アームを構成す
    るトランジスタモジュールのエミッタ端子と下アームを
    構成するトランジスタモジュールのコレクタ端子とを隣
    合わせに配置して接続することを特徴とする電力変換装
    置用トランジスタモジュール。
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