JPH11146633A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、相互インダクタンスの性質を利用
し、単位回路の分担電流を簡単に平均化できる半導体装
置を提供することにある。 【解決手段】少なくても２個以上の半導体素子を並列に
接続導体で接続し、並列接続導体と電源又は負荷との間
を接続導体で接続する回路で、接続導体の一部に絶縁材
を介して平行に密接した接続導体を配置し、平行に密接
した接続導体のインダクタンスは不平行又は密接してい
ない接続導体のインダクタンスよりも長さ当たりの実効
インダクタンスが小さくして、分担電流の平均化を図
る。 【効果】本発明によれば、分担電流の平均化を図ること
により、半導体装置の利用効率が向上し、装置の大容量
化，小型化，長寿命化に効果があると共に、分担電流の
均等化を目的とした設計を容易に行うことが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、並列に接続された
半導体装置の分担電流を均等化する半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来用いられている主回路素子を４直列
に接続した、いわゆる３レベル直列多重電力変換器の構
成を図７に示す。

【０００３】図７において、Ｑ１〜Ｑ４は半導体素子、
１Ａ〜１Ｃは主回路１相分を構成する単位回路、Ｐ，
Ｃ，Ｎは電極、Ｕ，Ｖ，Ｗは変換器出力である。

【０００４】電力変換器において、大電流を流す場合に
半導体素子単体では、電流容量に限界があるため半導体
素子を並列に接続して使用する。半導体素子を並列接続
する場合、図７の点線で囲まれた１Ａ〜１Ｃを１つの単
位回路とすることで、並列接続を容易に行うことが出来
る。さらに、単位回路の中に複数の半導体素子を並列接
続したものが用いられている。単位回路を図８で表すこ
ととする。

【０００５】並列接続された半導体素子を効率良く使用
するためには、分担電流を平均化する必要がある。分担
電流を平均化するためには、半導体素子の特性を揃える
と共に、接続導体のインダクタンスを均等化する必要が
ある。

【０００６】単位回路を並列接続することを考えた場
合、インダクタンスを均等化するため図９のような構成
が一般的であった。図９は図面の複雑化を避けるため
に、電極Ｐの接続導体だけを示したものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、距
離を等しくするという考えを基に、図９に示す２つの分
岐点の位置により、各単位回路の分担電流の平均化を図
るものであるが、相互インダクタンスの影響のため、各
単位回路の接続導体のインダクタンスを等しくすること
が困難である。これを図１０に示す等価回路を用いて説
明する。図１０は、図面の複雑化を避けるために、電極
Ｐと電極Ｕに接続される導体についての等価回路であ
る。実際には電極Ｃと電極Ｎにも同様な構成の接続導体
が接続される。図１０中に示されるインダクタンスにお
いて、平行に配置された接続導体には相互インダクタン
スが作用する。

【０００８】この従来方式では、各電極の２つの分岐点
の位置により、単位回路間での相互インダクタンスを等
しくしなければならない。実際の構成では、電極Ｃと電
極Ｎとの間の相互インダクタンスも考慮しなければなら
ず、１つの電極の分岐点を動かすと、全体のインダクタ
ンスに影響を与えることになり、複雑な相互インダクタ
ンスの関係が問題となる。このような理由から、２つの
分岐点を利用する従来の方式では、全てのインバータの
動作モードを考慮した場合、単位回路の分担電流を平均
化することは困難であった。

【０００９】そこで本発明の目的は、上記欠点を解決す
るために相互インダクタンスの性質を利用し、単位回路
の分担電流を簡単に平均化できる半導体装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、少なくても２個以上の半導体素子の陽極端子同士ま
たは陰極端子同士を各々並列に接続導体で接続し、前記
並列接続導体と電源又は負荷との間を接続導体で接続さ
れる半導体装置において、前記接続導体の一部に絶縁材
を介して平行に密接した接続導体を持たせたものであ
る。このため平行に密接した接続導体のインダクタンス
は不平行又は密接していない接続導体のインダクタンス
よりも長さ当たりの実効インダクタンスが小さくなる。
この作用を利用して、不平行又は密接していない接続導
体のインダクタンスによって、平行に密接した接続導体
でのインダクタンスの差を補うことにより、接続導体部
分でのインダクタンスを平均化し、半導体素子の分担電
流を均等化を図ることが出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を説明す
る。図１に本発明の実施例を示す。図１において１〜３
２は接続導体、２Ａ〜２Ｃは単位回路、Ｚ１〜Ｚ９は絶
縁材である。次に、このような接続導体の構成を取るこ
とによって単位回路の分担電流の平均化が実現できる理
由を等価回路図を用いて説明する。

【００１２】図１の構成において、接続導体のインダク
タンスは図２に示す等価回路におくことが出来る。図２
において、図１の接続導体１，２のインダクタンスをＬ
１，Ｌ２、接続導体５，６のインダクタンスをＬ５，Ｌ
６、接続導体９，１０のインダクタンスをＬ９，Ｌ１
０、接続導体１３，１４のインダクタンスをＬ１３，Ｌ
１４、接続導体１７，１８のインダクタンスをＬ１７，
Ｌ１８、接続導体２１，２２のインダクタンスをＬ２
１，Ｌ２２、接続導体２５のインダクタンスをＬ２５
１，Ｌ２５２、接続導体２６のインダクタンスをＬ２６
１，Ｌ２６２、接続導体２９のインダクタンスをＬ２９
１〜Ｌ２９３、接続導体３０のインダクタンスをＬ３０
１〜Ｌ３０３とする。ここで、Ｌ３０２＝Ｌ２６２，Ｌ
２９２＝Ｌ２５２，Ｌ３０１＝Ｌ２６１＝Ｌ２２，Ｌ２
９１＝Ｌ２５１＝Ｌ２１の関係にある。ただし、電極
Ｃ，Ｎついても電極Ｐ，Ｕと同様な構成をとるが図面の
複雑化を防ぐために省略している。以下、電極Ｐ−Ｕ間
に電流が流れる場合を例にとり説明を行う。本実施例に
おいては、単位回路間の相互インダクタンスの影響は小
さいことから除外して説明する。

【００１３】ここで、図１の接続導体１〜１２において
は、同じ電極に接続する導体は、同じ構成を持たせる。
つまり、Ｌ１＝Ｌ５＝Ｌ９，Ｌ２＝Ｌ６＝Ｌ１０のよう
に同じ大きさのインダクタンスとする。

【００１４】単位回路２Ａと２Ｂの縦方向のインダクタ
ンスを比較すると、電極Ｐ側でL303がインダクタンスの
差となる。しかし、本発明では、Ｌ３０３とＬ２９３
は、平行・密接した構成になっており、さらに３レベル
変換装置であるから、Ｌ３０３とＬ２９３には往復電流
が流れるため相互インダクタンスの作用により、L313及
びＬ２９３のインダクタンスの実効分は減少する。平行
に密接した接続導体を用いた縦方向の電極間のインダク
タンスと不平行又は密接していない横方向の接続導体の
インダクタンスを比較した時、その長さ当たりのインダ
クタンスは平行に密接した縦方向の接続導体の電極間の
インダクタンスの方が小さくなることを意味する。この
作用を利用することにより、平行に密接した縦方向の接
続導体よりも不平行又は密接していない短い横方向の接
続導体Ｌ１３，Ｌ１４により、単位回路２Ａと２Ｂのイ
ンダクタンスを等しくすることが出来る。つまり、単位
回路２Ｂにおいては、Ｌ１３とＬ１４をＬ３０３とＬ２
９３の実効分のインダクタンスに等しくすることが可能
である。同様に、単位回路２Ｃに関しても、単位回路２
Ａのインダクタンスと等しくなる様に、Ｌ１７，Ｌ１８
により平行に密接した縦方向のインダクタンスの差を吸
収することが可能である。

【００１５】このように、平行に密接した接続導体と不
平行又は密接していない接続導体の長さ当たりのインダ
クタンス比を利用することにより、平行に密接した接続
導体のインダクタンスの差を、不平行又は密接していな
い接続導体のインダクタンスにより補い、各単位回路の
分担電流を平均化する事が出来る。本発明によれば、単
位回路間の相互インダクタンスの干渉が少ないため簡単
にインダクタンスを等しくすることが可能であり、単位
回路Ａの接続導体を最初に設計し、次に単位回路Ｂ，Ｃ
の不平行又は密接していない横方向の接続導体をトータ
ルで単位回路Ａの接続導体のインダクタンスに等しくす
ることにより、簡単に単位回路の分担電流を平均化する
ことが出来る利点がある。

【００１６】次に、図３の実施例について説明する。図
３において、３３から４８は接続導体、Ｚ１０〜Ｚ１２
は絶縁材である。図３は電極から各単位回路に接続導体
を立ち上げる際、図１では各単位回路毎に分割していた
縦方向の接続導体を一つにまとめた構成である。この時
の電気的な等価回路を図５に示す。図５において、接続
導体３３，３４のインダクタンスをＬ３３，Ｌ３４、接
続導体３７，３８のインダクタンスをＬ３７，Ｌ３８、
接続導体４１，４２のインダクタンスをＬ４１，Ｌ４
２、接続導体４５，４６のインダクタンスをＬ４５１〜
Ｌ４５３，L461〜Ｌ４６３とした。

【００１７】単位回路２Ｂでの電極Ｐ−Ｕ間のインダク
タンスが単位回路２Ａのインダクタンスと等しくするた
めには、前記実施例で示したＬ１３，Ｌ１４に相当する
インダクタンス分が必要となる。これを図５においてＬ
３７２，Ｌ３８２とＬ４１２，Ｌ４２２として図示し
た。

【００１８】インダクタンスを等しくするために不平行
又は密接していない横方向の接続導体を図４に示すよう
な構成とし、距離を長くすることでインダクタンスの増
加を図り、平行に密接された縦方向の接続導体のインダ
クタンスの差を補う。

【００１９】図６に示す構成も図３と同じ効果により単
位回路の分担電流の平均化を図ることが出来る。図３と
図６の違いは、インダクタンスを等しくするため、単位
回路の配置により縦方向の接続導体との距離を単位回路
Ａ，Ｂ，Ｃで異なるようにした点である。等価回路は図
５と同様に表せ、単位回路の配置をインダクタンスを等
しくするようにすることで分担電流の平均化を図ること
が出来る。

【００２０】以上述べた実施例の効果は、３レベル電力
変換器に限定するものではない。３レベル以外の多レベ
ル電力変換器に広く適用することが出来る。また、単位
回路について説明を行ってきたが、この構成方法は、往
復電流が流れる接続導体を使用する回路・素子に適用す
ることができる。例えば、単位回路内の半導体素子の並
列接続やコンデンサの並列接続に対しても有効である。

【００２１】さらに、本実施例では３並列接続を例に取
り説明を行ってきたが、２並列以上の並列接続に対して
広く拡張することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係る半導体装置は、少なくても
２個以上の半導体素子の陽極端子同士または陰極端子同
士を各々並列に接続導体で接続し、前記並列接続導体と
電源又は負荷との間を接続導体で接続される半導体装置
において、前記接続導体の一部に絶縁材を介して平行に
密接した接続導体を持たせたものである。このため平行
に密接した接続導体のインダクタンスは不平行又は密接
していない接続導体のインダクタンスよりも長さ当たり
の実効インダクタンスが小さくなる。この作用を利用し
て、不平行又は密接していない接続導体のインダクタン
スによって、平行に密接した接続導体でのインダクタン
スの差を補うことにより、接続導体部分でのインダクタ
ンスを平均化し、半導体素子の分担電流を均等化を図り
並列半導体素子の利用効率が向上するので、大容量化，
小型化に効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１の等価回路図である。

【図３】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図４】接続導体の一構成を示した図である。

【図５】図３，図６の等価回路図である。

【図６】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図７】一般的な３レベル直列多重電力変換器の構成図
である。

【図８】単位回路の模式図である。

【図９】従来例の構成を示す構成図である。

【図１０】図９の等価回路図である。

【符号の説明】

Ｑ１〜Ｑ４…半導体素子、１Ａ〜１Ｃ，２Ａ〜２Ｃ…単
位回路、Ｐ，Ｃ，Ｎ…電極、Ｕ，Ｖ，Ｗ…変換器出力、
１〜７５…接続導体、Ｚ１〜Ｚ１５…絶縁材、Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ９，Ｌ１０，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１
７，Ｌ１８，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ３３，Ｌ３４，Ｌ２５
１，Ｌ２５２，Ｌ２６１，Ｌ２６２，Ｌ２９１〜Ｌ２９
３，Ｌ３０１〜Ｌ３０３，Ｌ３７１，Ｌ３７２，Ｌ３８
１，Ｌ３８２，Ｌ４１１，Ｌ４１２，Ｌ４２１，Ｌ４２
２，Ｌ４５１〜Ｌ４５３，Ｌ４６１〜Ｌ４６３，Ｌ６６
１，Ｌ６６２，Ｌ６７１，Ｌ６７２，Ｌ６８１，Ｌ６８
２，Ｌ６９１，Ｌ６９２，Ｌ７０１，Ｌ７０２，Ｌ７１
１，Ｌ７１２，Ｌ７２１，Ｌ７２２，Ｌ７３１，Ｌ７３
２，Ｌ７４１，Ｌ７４２，Ｌ７５１，Ｌ７５２…自己イ
ンダクタンス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくても２個以上の半導体素子の陽極端
   子同士または陰極端子同士を各々並列に接続導体で接続
   し、前記並列接続導体と電源又は負荷との間を接続導体
   で接続される半導体装置において、 前記接続導体の一部に絶縁材を介して平行に密接した接
   続導体を持つことを特徴とする半導体装置。