JPH0965662A - パワーモジュール - Google Patents

パワーモジュール

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JPH0965662A
JPH0965662A JP7218436A JP21843695A JPH0965662A JP H0965662 A JPH0965662 A JP H0965662A JP 7218436 A JP7218436 A JP 7218436A JP 21843695 A JP21843695 A JP 21843695A JP H0965662 A JPH0965662 A JP H0965662A
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JP
Japan
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power module
power
converter
semiconductor element
shunt resistor
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Takashi Aihara
隆司 藍原
Yoshihiro Matsumoto
吉弘 松本
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力用半導体素子を用いた装置の小形化，低
コスト化を図る。 【解決手段】 従来の電力用半導体素子を用いた装置の
ように、そこに流れる電流を検出するための電流センサ
を外付けとするのではなく、パワーモジュール１ａ，１
ｂ，１ｃ（３相の場合）の内部にＣＴｕ，ＣＴｖ，ＣＴ
ｗの如く設けることで、電力変換器（装置）全体を小形
にしコストダウンを図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、直流電力と直流
または交流電力相互の変換が可能な電力変換器のパワー
モジュールの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７はパワーモジュールの従来例を示す
構成図である。従来のパワーモジュールは図７（ａ），
（ｂ）に示すように、冷却体１１と、絶縁体１２と、こ
の絶縁体１２の上に形成された銅パターン１３ａ〜１３
ｄと、この銅パターン１３ａ〜１３ｄの上に実装される
パワートランジスタチップ１４ａ，１４ｂと、ダイオー
ドチップ１５ａ，１５ｂと、ケース１８および端子台１
９ｂ〜１９ｄなどからなっている。端子台１９ｂ〜１９
ｄは、銅パターン１３ａ〜１３ｄの斜線部のパッド
（Ｐ：正極，Ｎ：負極，ＯＵＴ：出力と記入されている
部分）と接続されている。
【０００３】図８はインバータのような直流／交流変換
器の１例を示すもので、図７の如きパワーモジュール１
ａ〜１ｃと、電流センサ２ａ〜２ｃと、端子台３と、バ
ー配線４ａ〜４ｅと、冷却フィン５とから構成される。
このように、従来の変換器では交流側の出力電流を検出
するため、パワーモジュール１ａ〜１ｃの出力端子か
ら、一度バー配線４ｃ〜４ｅを経由して電流センサ２ａ
〜２ｃを通過した後、再び端子台３へと接続されてい
る。
【０００４】図９はパワーモジュールおよび変換器の各
例を示す回路図である。すなわち、同図（ａ）のように
パワーモジュールをＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラ
トランジスタ）の如きパワートランジスタＴ１，Ｔ２と
ダイオードＤ１，Ｄ２との逆並列回路の２個組で構成
し、これを同図（ｂ）のように３相構成（６個組）とし
てインバータのような変換器とした例を示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来の変換
器では、パワーモジュールの端子台から変換器の端子台
までの間が、電流センサを通過させるためにだけ設けら
れることになり、寸法が大きくなってコスト高になると
いう問題がある。したがって、この発明の課題は、装置
の小型化と低コスト化とを図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、電流センサをパワーモジュールの中に入れて一
体化することにより、パワーモジールの出力端子を直流
と交流の相互変換が可能な変換器一般の出力端子として
そのまま使用できるようにし、バー配線を不要とする。
その結果、寸法を小さくでき低コスト化を図ることがで
きる。また、電流センサとしてはシャント抵抗を用い、
モジールの冷却体の上におくことで、特に電流センサの
小形化と低コスト化を図る。また、シャント抵抗をモジ
ールの冷却体の絶縁体の上に直接形成することで、より
小形化と低コスト化を図る。さらに、電流センサとして
はシャント抵抗を用いた場合は、シャント抵抗出力を絶
縁する絶縁アンプを内蔵することにより、ノイズの影響
を受け難くする。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す構成図である。すなわち、この発明によるパワ
ーモジールは、電流検出器としての電流センサ１６を端
子台１９ｄの前段に挿入し、その電流検出信号を端子１
９ａ（ＣＴ）に出力するようにした点が特徴である。か
かるパワーモジールを用いた変換器の例を図２に示す
が、これは図８に示すものと比べれば明らかなように、
バー配線４ｃ〜４ｅと端子台３を省略できることが分か
る。
【０００８】図３はこの発明の第２の実施の形態を示す
構成図である。この例は、電流センサとしてシャント抵
抗１６を用いた点が特徴である。このシャント抵抗１６
は大電流が流れるときは発熱が問題となるが、これをパ
ワーモジールの冷却体１１の上に搭載することにより、
放熱効率を飛躍的に向上させ、シャント抵抗を小型化す
るものである。
【０００９】図４はこの発明の第３の実施の形態を示す
構成図である。これは、図３に示すものに対し、さらに
アイソレーションアンプ１７を付加して構成した点が特
徴である。すなわち、出力電流の検出は、通常は電位絶
縁して行なわれ、また、シャント抵抗の出力電圧は微小
であるのが普通である。このため、微小信号をパワーモ
ジール外に引き出して電位絶縁するようにすると、その
間で信号がノイズの影響を受け易くなってしまう。そこ
で、この例のようにアイソレーションアンプ１７をパワ
ーモジールに内蔵させることで、微小信号の部分を最短
距離にすることができる。また、モジールから引き出さ
れたところでは、すでに電位絶縁されているため、信号
パターンの絶縁距離等を考慮する必要は無い。
【００１０】図５にシャント抵抗の具体例を示す。１６
１は銅ベース、１６２は絶縁体、１６３は電極、１６４
はシャント抵抗をそれぞれ示している。ここでは、シャ
ント抵抗１６４の放熱を良くするために、絶縁体１６２
を間にはさんで銅ベース１６１に載せるようにしてい
る。また、モジールへの実装時には、この銅ベース１６
１がモジールの銅パターン１３ｃ，１３ｄへ半田付けさ
れる。このように構成する理由は、シャント抵抗が薄膜
となるため、銅ベースの上に絶縁して形成する必要があ
ることによる。
【００１１】しかし、モジールに実装した状態で見る
と、２つの絶縁体は明らかに重複している。そこで、図
６のように、シャント抵抗１６４をモジールの絶縁体１
２の上に直接形成するようにする。こうすれば、機械的
強度不足を補いつつ、図５のような銅ベース１６１およ
び絶縁体１６２を不要とすることができる。その結果、
コストダウンだけでなく、冷却体１１までの熱抵抗が下
がるため、より一層の小形化が可能となる。
【００１２】以上では、主として２個組パワーモジール
について説明したが、この発明は６個組パワーモジール
（図２または図８に示すようなパワーモジール１ａ，１
ｂ，１ｃを組にしたもの）についても、同様にして適用
することができる。また、パワートランジスタの代わり
に、ＭＯＳＦＥＴなどの電力用半導体素子を用いること
ができるのは言う迄もない。さらに、変換器はＰＷＭコ
ンバータを含む順変換器でも、インバータのような逆変
換器でも良いのも勿論である。
【００１３】
【発明の効果】この発明によれば、電流センサをパワー
モジュール内に内蔵させるようにしているため、モジュ
ールの出力端子を直接変換器出力端子として使用できる
ので、変換器の構成が簡単となりコストダウンができ、
小形にできる。また、電流センサとしてシャント抵抗を
使用し、モジュール上に実装して冷却することで、シャ
ント抵抗の特に小形化が可能となり、さらにアイソレー
ションアンプを内蔵させることで、ノイズの影響を受け
難くすることができる。加えて、シャント抵抗をモジュ
ールの絶縁体の上に直接形成することで、より低コスト
となり、しかも低熱抵抗とすることができるため、一層
の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による第１の実施の形態を示す構成図
である。
【図２】図１のモジュールを使用した変換器の例を示す
構成図である。
【図３】この発明による第２の実施の形態を示す構成図
である。
【図４】この発明による第３の実施の形態を示す構成図
である。
【図５】図３のシャント抵抗の具体例を示す構成図であ
る。
【図６】図５の変形例を示す構成図である。
【図７】パワーモジュールの従来例を示す構成図であ
る。
【図８】図７のモジュールを使用した変換器の例を示す
構成図である。
【図９】パワーモジュールおよび変換器の各例を示す回
路図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ…パワーモジュール、２ａ〜２ｃ…電流セン
サ（電流検出器）、３，１９…端子台、４ａ〜４ｃ…バ
ー配線、５…冷却フィン、１１…冷却体、１２，１６２
…絶縁体、１３ａ〜１３ｄ…銅パターン、１４ａ，１４
ｂ…パワートランジスタチップ、１５ａ，１５ｂ…ダイ
オードチップ、１６…電流センサ、１７…アイソレーシ
ョンアンプ、１８…ケース、１６１…銅ベース、１６３
…電極、１６４…シャント抵抗。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電力用半導体素子と、この電力用半導体
    素子を流れる電流を検出する電流センサと、電力用半導
    体素子を用いた装置の出力端子としての端子台とを一体
    型にしたことを特徴とするパワーモジュール。
  2. 【請求項２】 電力用半導体素子と、この電力用半導体
    素子を流れる電流を検出する電流センサと、電力用半導
    体素子を用いた装置の出力端子としての端子台とを一体
    型にし、直流電源と可変電圧・可変周波数の交流とを相
    互に変換する変換器の構成要素として用いることを特徴
    とするパワーモジュール。
  3. 【請求項３】 前記電流センサとしてシャント抵抗を用
    い、このシャント抵抗を冷却体の上に配置することを特
    徴とする請求項１または２のいずれかに記載のパワーモ
    ジュール。
  4. 【請求項４】 前記シャント抵抗の出力電圧を絶縁する
    絶縁アンプを内蔵することを特徴とする請求項３に記載
    のパワーモジュール。
  5. 【請求項５】 前記シャント抵抗をパワーモジュールの
    冷却体の絶縁体の上に直接形成することを特徴とする請
    求項３に記載のパワーモジュール。
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