JP3793700B2

JP3793700B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP3793700B2
Application number: JP2001200289A
Authority: JP
Inventors: 和久森; 高志伊君; 哲福田; 岸川　　孝生; 友治迫田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Building Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Building Systems Co Ltd
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2021-07-02
Also published as: US6795324B2; US20030002311A1; JP2003018860A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体スイッチング装置を用いた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(ＩＧＢＴ(Insulated Gate BipolarTransistorの略））等の高速半導体スイッチング装置を用いた電力変換装置が様々な分野で使われている。大容量の電力変換装置においては、通電電流が大きいため、大容量の半導体スイッチング装置を用いており、さらにそれらを並列または直列に接続することもある。スイッチング時の跳ね上がり電圧抑制のために、主回路配線のインダクタンスを低減することが必要で、導体をできるだけ短くしたり、板状導体を用いて導体の幅をできるだけ広くする。さらには幅広の薄板導体間に絶縁物を挟む積層導体を用いることが多い。
【０００３】
一方、半導体スイッチング装置のオンオフ動作を制御するための制御信号を発生する駆動回路においては、ＩＧＢＴの場合、ゲート−エミッタ間に所定の電圧を印加することでオン、電圧を除去及び逆電圧印加によりオフ動作を行う。ゲート−エミッタ間にはゲート駆動回路内の電源からゲート抵抗を介して充放電が行われることでゲート−エミッタ間電圧を制御している。ゲート配線が主回路導体の近傍にある場合は、主回路電流の変化による磁場変動によりスイッチング動作が影響を受け、並列接続されているスイッチング素子間の電流アンバランスを引き起こしたり、誤動作の要因となり半導体スイッチング装置の破損を引き起こす可能性もある。
【０００４】
例えば、特開平９−２６１９４８号公報に記載の電力変換装置おいては、２個並列接続されたＩＧＢＴのゲート配線をそれぞれの主回路配線に隣接して敷設することで、ゲート配線が主回路導線に流れる電流から受ける影響を均等にすることで並列ＩＧＢＴ間のアンバランスを抑制している。
【０００５】
また、特開平７−１７０７２３号公報に記載の半導体スタックおいては、積層導体を構成する絶縁板の端部を折り曲げた部分にゲート抵抗を実装することで、ゲート配線がつくるループ面積を小さくして主回路電流の影響を低減している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の前者の例では、主回路配線インダクタンスを低減するために、板状導体から成る主回路配線を用いると、ゲート配線が並列接続の各素子から均等に影響を受けるような構造は困難となる。ＩＧＢＴモジュールが線対称の構造ならば対称な位置にゲート配線を敷設すれば良いが、ＩＧＢＴモジュール端子が対称でないことが多く、線対称の構造にできないことが多い。そのため、ゲート配線が均等に影響を受けるようにするのが難しく、電流アンバランスが起きる。
【０００７】
また、後者の例では、絶縁板を折り曲げる加工が必要であり、製作が困難となるためコスト上昇が懸念される。また、主回路インダクタンスを低減するために板状導体から成る主回路配線を用いると、ＩＧＢＴのゲート端子が主回路配線領域に入ることがある。この場合、ゲート配線が主回路電流の影響を受ける。
【０００８】
本発明の目的は、板状導体を含む主回路配線を用いながらも、制御信号配線への主回路電流の影響を低減できる電力変換装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための一手段は、次のとおりである。
【００１０】
半導体スイッチング装置の制御端子に制御信号を供給する制御信号配線が、主回路配線や主回路電流との位置関係において、次のような部分を含む。すなわち、主回路配線において主回路電流が流れかつ複数の板状導体が互いに重なる領域に対向する部分と、主回路配線において主回路電流が流れない領域に対向する部分と、主回路配線の端部よりも外側に位置する部分である。そして、これらの部分の各配線長を合わせた配線長を制御信号配線の全配線長に略等しくする。
【００１１】
このような手段によれば、制御信号配線の略全体において、主回路電流の影響が抑制される。このため、半導体スイッチング装置が誤動作が防止できる。また、複数の半導体スイッチング装置が互いに電気的に接続される場合には、各半導体スイッチング装置への制御信号のアンバランスやスイッチングのタイミングのずれを防止できる。
【００１２】
上記の課題を解決するための他の手段は次のとおりである。
【００１３】
制御信号配線が主回路配線の端部近くを通るとき、すなわち主回路配線に対して、半導体スイッチング装置が位置する側と、その反対側との間において、制御信号配線が、主回路配線において主回路電流が流れる領域の端部と交差するとき、前記主回路配線に対して、半導体スイッチング装置が位置する側と、複数の板状導体が互いに重なる領域の端部と交差するようにする。
【００１４】
これにより、本来は主回路電流の影響を受けやすい主回路配線の板状導体の端部近くであっても、制御信号配線に対する主回路電流の影響を緩和し半導体スイッチング装置の誤動作が防止される。
【００１５】
上記の各手段は、インバータ，コンバータ，半導体バルブ，各種スイッチング電源など、各種の電力変換装置に適用できる。
【００１６】
また、半導体スイッチング装置としては、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ（MetalOxide Field Effect Transistor)，ＧＴＯ(Gate Turn Off Thyristor）などや、それらと他の電気・電子部品を容器に収納したスイッチングモジュールといった、各種の半導体装置を適用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図を用いて説明する。なお、以下の実施例において、スイッチングモジュールは、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴとIGBTに逆並列に接続される還流ダイオードとを内蔵している場合で説明するが、IGBT以外の他のスイッチング素子でも構わない。
【００１８】
図４は、本発明の第１の実施例である三相電力変換装置のインバータ部分の半導体回路を示す。本回路は、平滑コンデンサ７を直流電源として、スイッチングモジュール１Ｕ〜２Ｗをオン・オフさせることによって交流出力端子６Ｕ〜６Ｗに所望の三相電力を供給する。平滑コンデンサ７の正極に接続される正極側の板状導体３は、各相の正極側スイッチングモジュール１Ｕ〜１Ｗの正極端子にそれぞれ導体３Ｕ〜３Ｗにて接続される。各相において、正極側スイッチングモジュール１Ｕ〜１Ｗの負極端子、負極側スイッチングモジュール２Ｕ〜２Ｗの正極端子及び交流出力端子６Ｕ〜６Ｗとが中間板状導体５Ｕ〜５Ｗによって接続される。各相の負極側スイッチングモジュール２Ｕ〜２Ｗの負極端子は、負極側の板状導体４Ｕ〜４Ｗ及び４を介して平滑コンデンサ７の負極に接続される。なお、図４では、スイッチングモジュールを駆動するためのゲート回路については省略しており、また必要に応じて接続されるスナバ回路についても省略している。
【００１９】
図４の電力変換装置においては、扱う電流を大きくするために、各相のスイッチングモジュール１Ｕ〜２Ｗは複数のスイッチングモジュールを並列接続している。
【００２０】
図５は、図４においてスイッチングモジュールを２並列接続した場合の１相分の回路を示している。正極側スイッチングモジュール１Ａと１Ｂが並列に接続され、負極側スイッチングモジュール２Ａと２Ｂが並列に接続されている。なお図５では、正極側の板状導体３０，負極側の板状導体４０及び交流出力板状導体６０を左側に記述したが、並列接続されたスイッチングモジュールのインダクタンスが均等になるように実装される。正極側スイッチングモジュール１Ａ及び１Ｂは、それぞれゲート抵抗基板９１Ａ及び９１Ｂに装着されたゲート抵抗901とゲート配線８１を介して、共通ゲート駆動回路基板８により駆動される。負極側スイッチングモジュール２Ａ及び２Ｂも同様に、それぞれゲート抵抗基板92Ａ及び９２Ｂに装着されたゲート抵抗９０１とゲート配線８２を介して、共通ゲート駆動回路８により駆動される。なお、ここでは正極側スイッチングモジュール１Ａ及び１Ｂのゲート駆動と負極側スイッチングモジュール２Ａ及び２Ｂのゲート駆動とを共通のゲート駆動回路基板８で表記しているが、回路としてはそれぞれ独立した構成である。なお、基板としても分離した構成としても良い。ただし、並列接続したスイッチングモジュールのゲート駆動回路は、別々にすると駆動回路の個体差によるアンバランスが生じるので共通にしている。
【００２１】
図６は、ゲート抵抗基板９１Ａ〜９２Ｂの概略構造を示している。すなわち、プリント基板９に、ゲート抵抗９０１と配線コネクタ９０２及び９０３が実装されている。ゲート配線とプリント基板との接続は、着脱可能なコネクタを用いることで配線作業の効率向上が図れる。なお、ゲート抵抗９０１について、最も簡単な例を示しており、この例だけでなく、容量に応じて複数で構成したり、場合によってはダイオードと組み合わせて、ターンオンとターンオフとでゲート回路の抵抗値を変えてもよい。また、ＩＧＢＴは、ゲート端子とエミッタ端子に規定（一般的には２０Ｖ程度）を超える電圧が印加されると破壊する恐れがあるので、過電圧抑制のためにツェナーダイオードを接続するために、ゲート抵抗基板９にツェナーダイオード９０４を実装している。
【００２２】
図１は、図５における回路構成の実装構造を示す。なお、ここでは端子及びコネクタの詳細な構造やネジなどについては略記あるいは省略してある。図１において、４個のＩＧＢＴモジュール１Ａ〜２Ｂがヒートシンク１００に取り付けられている。ここでは、ヒートシンク１００として、ヒートパイプ式を用いており、ＩＧＢＴモジュールの発熱がヒートシンク１００内のパイプにより上方に輸送され、放熱部において冷却用のファン１０１及び１０２で冷却される。ここでは、ヒートシンクを垂直に立てて置き、図示していないが、平滑コンデンサ７が下方に置かれる。ヒートシンク１００及び冷却ファン１０１，１０２は、支持体１２０及び１２１で支持されている。なお、ここでは冷却ファンを片側（図中の右側面）のみとしたが、反対側（図中の左側面）にも設けることで冷却性能を上げることができる。
【００２３】
ゲート駆動回路８は、ＩＧＢＴモジュール１Ａ〜２Ｂ及び主回路配線を構成する板状導体３０，４０，５０及び６０と（図面上で）重ならない位置に配置され、支持体１０５に取り付けられている。ゲート駆動回路８を主回路配線から離して配置することで、主回路電流による誘導などの影響が抑制され、またＩＧＢＴモジュールの発熱による温度上昇を抑えることができる。図１では、ゲート駆動回路８は、発熱体であるＩＧＢＴモジュールの上方に位置しているが、ファン１０１及び１０２によって冷却しているために、対流によるゲート駆動回路８近傍の温度上昇を低減できる。
【００２４】
正極側ＩＧＢＴモジュール１Ａ及び１Ｂのコレクタ端子は正極側の板状導体３０と接続される。正極側ＩＧＢＴモジュール１Ａ及び１Ｂのエミッタ端子と負極側ＩＧＢＴモジュール２Ａ及び２Ｂのコレクタ端子とが中間板状導体５０で接続される。またこの中間板状導体５０は交流出力板状導体６０と一体となっている。ここでは、図３に示すように、正極側の板状導体３０，中間板状導体５０及び負極側の板状導体４０を分離した構成としたが、絶縁物を介して一体構造となった積層導体で構成しても構わない。なお、図１では、導体間の絶縁板は省略して記載している。ＩＧＢＴモジュールのスイッチング時の跳ね上がり電圧に影響するのは、正極側及び負極側のＩＧＢＴと図示していない平滑コンデンサ７から構成される一巡回路のインダクタンスである。図１における上下方向に電流が流れて、これがＩＧＢＴモジュールに近い、負極側の板状導体４０及び中間板状導体５０とこれらに覆い被さって配置された正極側の板状導体３０とで往復電流を形成することで、インダクタンスの低減が図られている。さらに、図１における横幅が、ＩＧＢＴモジュール２Ａ，２Ｂを覆うように広くなっているため一層インダクタンスは低減されている。
【００２５】
ゲート抵抗基板９１Ａ〜９２Ｂが各ＩＧＢＴモジュール１Ａ〜２Ｂにそれぞれ隣接し、かつ、板状導体３０，４０，５０及び６０で構成される主回路配線と重ならない位置に配置されている。このため、ゲート抵抗９０１（図６）と各IGBTモジュール１Ａ〜２Ｂとの間の配線８１２Ａ〜８２２Ｂが極端に長くなることはない。また、ゲート抵抗基板のコネクタ９０２及び９０３（図６）が主回路配線の各板状導体と干渉することはなく、容易にゲート配線の接続が可能である。さらに、ゲート配線の分岐点よりもＩＧＢＴモジュールに近い部分にゲート抵抗が接続されているため、並列間のアンバランスを引き起こす誘導電流が低減されている。なお、図示したゲート抵抗基板９１Ａ〜９２Ｂの位置は一例にすぎず、ゲート抵抗基板取り付け用のボルトがヒートシンク内のヒートパイプに接触しなければよく、ここで示した限りではない。また、ゲート抵抗基板９１Ａ〜９２Ｂをヒートシンク１００に取り付けたが、支持体１０５あるいは１２０，１２１などに取り付けても構わない。
【００２６】
図１からわかるように、板状導体３０，４０，５０及び６０で構成される主回路配線の表面上には、部品が配置されていないので、導体の着脱作業が容易に行える。
【００２７】
ゲート駆動のための制御信号配線（ゲート配線）については、図２を用いて説明する。
【００２８】
図２は、図１の構成において、破線で示した導体を取り去った状態を示しており、また支持体１２０及び１２１や冷却用ファン１０１及び１０２については省略した。ゲート駆動回路８に接続されたゲート配線８１は、途中で分岐し、811Aと８１１Ｂとに分かれ、それぞれゲート抵抗基板９１Ａ及び９１Ｂの一方のコネクタに接続される。ゲート抵抗基板９１Ａ及び９１Ｂの他方のコネクタに接続されたゲート配線８１２Ａ及び８１２ＢはそれぞれＩＧＢＴモジュール１Ａ及び１Ｂのゲート端子に接続される。なお、ゲート配線８１１Ａと８１１Ｂは、配線長がほぼ同じ長さである。このため、これらゲート配線のインピーダンスは、ほぼ同じ大きさである。ゲート配線８１２Ａと８１２Ｂについても同様に、配線長がほぼ同じ長さであるため、インピーダンスがほぼ同じ大きさである。なお、ゲート配線８１が８１１Ａと８１１Ｂとに分岐するところは、圧着や半田付けなどにより実現される。同じくゲート駆動回路８に接続されているゲート配線８２についても同様に、ゲート配線８２１Ａと８２１Ｂとに分岐して、ゲート抵抗基板９２Ａ及び９２Ｂを介してそれぞれゲート配線８２２Ａ及び８２２Ｂに接続された後にＩＧＢＴモジュール２Ａ及び２Ｂのゲート端子にそれぞれ接続されている。
【００２９】
図１，図２では、ゲート配線としてゲート側とエミッタ側とをツイストした構造として、主回路電流による誘導を抑制している。また、正極側ＩＧＢＴモジュール１Ａ及び１Ｂを駆動するゲート配線８１１Ａ，８１１Ｂ，８１２Ａ及び812Bは、板状導体３０，４０及び５０から離れた位置に敷設することで主回路電流の影響を低減している。すなわち、ゲート駆動回路８が発生するゲート制御信号を各ＩＧＢＴモジュール１Ａ,１Ｂのゲート端子に供給する各ゲート配線(８１１Ａと８１２Ａを合わせたゲート配線、８１１Ｂと８１２Ｂを合わせたゲート配線）は、それらの全長にわたって、板状導体３０〜６０を有する主回路配線の外周端部よりも外側に位置する。すなわち、ゲート配線８１１Ａ，８１２Ａ，８１１Ｂ，８１２Ｂは、主回路配線における主回路電流が流れている領域から離れている。このため、ゲート配線８１１Ａ，８１２Ａ，８１１Ｂ，８１２Ｂは主回路電流の影響を受けにくく、各ＩＧＢＴモジュール１Ａ，１Ｂへのゲート制御信号がアンバランスになることが防止される。
【００３０】
一方、負極側ＩＧＢＴモジュール２Ａ及び２Ｂは、それぞれのゲート端子が負極側の板状導体４０及び正極側の板状導体３０で覆われている。そこで、ゲート配線８２２Ａ，８２２Ｂは、負極側の板状導体４０のＩＧＢＴモジュール側の領域で、かつ、負極側の板状導体４０と正極側の板状導体３０とが互いに近距離で積層されている部分に敷設している。すなわち、ゲート配線８２２Ａ，８２２Ｂは、板状導体４０と板状導体３０とが互いに重なる領域に対向する部分を有する。導体４０と導体３０とが重なる領域では往復電流が流れるので、外部に出る磁場が打ち消され、このため、ゲート配線８２２Ａ，８２２Ｂに対する主回路電流の影響は小さい。また、ゲート駆動回路８に接続されるゲート配線８２は、ゲート抵抗基板９２Ａに接続されるゲート配線８２１Ａとゲート抵抗基板９２Ｂに接続されるゲート配線８２１Ｂとに分岐されており、主回路配線と重なる範囲を横断する。これらゲート配線８２１Ａ，８２１Ｂは、図２に示すように、板状導体からなる中間板状導体５０と正極側の板状導体３０とが互いに重なる領域と対向する領域を有し、この領域とヒートシンク表面との間に敷設している。
【００３１】
ゲート駆動回路８から各ＩＧＢＴモジュール２Ａ，２Ｂのゲート端子に至るゲート配線８２１Ａ，８２１Ｂ,８２２Ａ,８２２Ｂは、前述したように、板状導体が互いに重なる領域に対向する部分を有するが、ゲート抵抗基板９２Ａ，９２Ｂの近くの部分は各導体から離れた部分すなわち主回路配線の外周端部の外側に位置する。従って、各ゲート配線（８２１Ａと８２１Ｂを合わせたゲート配線、８２２Ａと８２２Ｂを合わせたゲート配線）において、板状導体が互いに重なり往復電流が流れる主回路配線領域に対向する部分と、主回路配線の端部の外側に位置し主回路電流から離れた部分とで、各ゲート配線の全長が占められている。このため、ＩＧＢＴモジュール１Ａ，１Ｂと同様に、各ＩＧＢＴモジュール２Ａ，２Ｂへのゲート制御信号が主回路電流の影響によりアンバランスになることが防止される。
【００３２】
なお、ゲート配線において、主回路配線において主回路電流が流れかつ複数の板状導体が互いに重なる領域に対向する部分および主回路配線の端部よりも外側に位置する部分の配線長が、全配線長の６割以上好ましくは８割以上を占めていれば、実質的に全配線長を占めている場合と同等にゲート制御信号のアンバランスを防止できる。
【００３３】
また、本実施例においては、ゲート駆動回路８からゲート配線の分岐点までのゲート配線においても、同様に、板状導体が互いに重なる領域に対向する部分および主回路配線の端部から外側に位置する部分の配線長が、全配線長を占めているので、主回路電流の影響によりゲート制御信号がノイズを受け、ＩＧＢＴが誤スイッチングすることが防止される。
【００３４】
なお、ゲート配線の一部（全体の２〜４割以下）が、主回路配線における主回路電流が流れる一つの板状導体のみと対向する場合でも、ゲート配線をツイスト線またはシールド線にすれば、主回路電流の影響を低減できる。しかし、主回路電流の影響を受け易いゲート配線の分岐点やゲート端子との接続部など回路部分との接続個所は、前述したような、板状導体が互いに重なる領域に対向していることが好ましい。
【００３５】
本実施例によれば、互いに並列接続されたＩＧＢＴモジュール（１Ａと１Ｂ，２Ａと２Ｂ）の各ゲート制御信号が主回路電流の影響によりアンバランスになることが防止される。従って、並列接続された各ＩＧＢＴモジュールのスイッチング速度が均一になるので、大電流をスイッチングできる。また、互いに直列接続されたＩＧＢＴモジュール（１Ａと２Ａ，１Ｂと２Ｂ）の各ゲート制御信号への主回路電流の影響によるノイズが防止できるので、誤ったタイミングでスイッチング動作することが防止され、アーム短絡などの異常動作を防止できる。並列数，直列数は本実施例のように２個に限らず、３個以上の複数でも良い。本実施例においては、交流一相分において、並列動作が均一になり、かつ直列動作タイミングが安定しているので、大電力かつ信頼性の高いインバータ装置を実現できる。なお、本実施例は、半導体スイッチング装置の直並列接続回路を含む半導体回路を有する各種の電力変換装置（コンバータ，インバータ，半導体バルブ，スイッチング電源など）に適用できる。
【００３６】
なお、ゲート配線は、主回路配線において主回路電流が流れていない領域に対向する部分を有しても良い。そのような部分は、板状導体と対向していても主回路電流による影響を受けない。また、板状導体が互いに重なる領域は、往復電流が流れる領域に限らず、一方の板状導体に主回路電流が流れ、他方の板状導体がフローティング状態あるいは電位が固定され（例えば接地電位に固定され）主電流が流れないような領域であっても良い。これは、一方の板状導体における主回路電流の変化により、他方の板状導体に誘導電流が流れ、往復電流と同様に外部磁場を打ち消す効果があるためである。従って、ゲート配線における、主回路配線において主回路電流が流れかつ複数の板状導体が互いに重なる領域に対向する部分と、主回路配線において主回路電流が流れない領域に対向する部分と、主回路配線の端部よりも外側に位置する部分の各ゲート配線長を合わせたゲート配線長が、全ゲート配線長の６割ないし８割以上すなわち全配線長に略等しければ、前述の実施例と同等の効果を有する。
【００３７】
ゲート駆動回路８からゲート配線の分岐点までのゲート配線８２の一部分は、導体面に関して、ヒートシンク側と反対側と両方の範囲に敷設されるが、その境界面と交差するのは、板状導体３０，５０が積層され対向している部分である。すなわち、主回路配線に対して、ＩＧＢＴモジュールが位置する側とその反対側（板状導体の上方）との間において、ゲート配線が、主回路配線における板状導体３０，５０が互いに重なる領域の端部と交差する。このため、ゲート配線８２への主回路電流の影響を抑制できる。さらに、ゲート配線８２は、導体の端部から離れた領域を通るため、なおいっそう主回路電流の影響を低減できる。
【００３８】
なお、ゲート配線は振動などで動くと、コネクタ部分の接触不良を引き起こしたり、誘導電流が流れる原因になる可能性があるので、固定する。そのため図１中のゲート配線固定具８００により、主回路配線と重ならない位置で固定している。そのため、配線の固定作業が容易であり、またゲート配線を固定したまま積層導体を脱着できる。なお、図示した固定具８００は、ここで示した以外の場所でも良く、また構造は簡略化して示している。通常は絶縁物でできたバンドのようなものが用いられる。
【００３９】
図３に、正極側の板状導体３０，負極側の板状導体４０，中間板状導体５０及び交流出力端子６０の形状を示す。ここではＩＧＢＴとして定格最大電圧1200Ｖ，定格最大電流１０００Ａのものを想定しており、図２に示したような端子構造になっている。ＩＧＢＴモジュールの端子位置が対称になっていないので、図２に示すようにモジュールを整列配置すると、板状導体は図３に示すように非対称な形状となる。ただし、並列接続された各回路のインダクタンスが不均等では、スイッチング時の電流分担にアンバランスが生じるので、できるだけ均等にしてある。図３の導体形状では、正極側の板状導体３０のＩＧＢＴ接続端子部で、ＩＧＢＴ１Ａ（左側）接続部がＩＧＢＴ１Ｂ（右側）接続部よりも細くなっているが、インダクタンス増加は５％程度である。
【００４０】
ここでは、並列接続されたＩＧＢＴモジュールの端子、すなわち１Ａと１Ｂ及び２Ａと２Ｂが対称に配置できないため、正極側の板状導体３０，負極側の板状導体４０，中間板状導体５０及び交流出力端子６０の形状も非対称であり、またゲート配線８１２Ａと８１２Ｂ及び８２２Ａと８２２Ｂも非対称となっているが、端子が対称配置できれば、導体及びゲート配線も対称にすることができる。
【００４１】
本発明の第２の実施例を図７に示す。図７は、図１の例とはゲート駆動回路８，ファン１０１及び１０２の位置が変わった例である。図１では、ヒートシンクの放熱部を通る風の向きは図１（ａ）において横方向、図１（ｂ）において紙面に垂直方向であった。それに対して図７では、風向きが図７（ａ）で紙面に垂直方向、図７（ｂ）で横方向であり、風向きと平行な放熱部の長さが短いので圧力損失は小さく冷却性能が向上できる。
【００４２】
本発明の第３の実施例を図８，図９に示す。図８は、三相インバータを構成しており、正極側ＩＧＢＴモジュール１Ｕ〜１Ｗ及び負極側ＩＧＢＴモジュール２Ｕ〜２Ｗがヒートシンク１１０に取り付けられている。図８（ａ）が装置を上から見た上面図で、（ｂ）が側面図を示している。ここではヒートシンク１１０はとくに冷媒を用いない強制空冷ヒートシンクを用いて、冷却ファン１０１〜１０３により冷却している。今度の場合は、図示していない平滑コンデンサ７に近い位置に正極側ＩＧＢＴモジュール１Ｕ〜１Ｗを取り付けている。この場合も、正極側の板状導体３と負極側の板状導体４とが積層され、また中間板状導体５Ｕ〜５Ｗと負極側の板状導体４とが積層された構造となっている。また、交流出力端子６Ｕ〜６Ｗは、正極側ＩＧＢＴモジュールのエミッタ端子から導線で引き出している。
【００４３】
図９は、破線で示した正極側の板状導体３，負極側の板状導体４及び中間板状導体５を透かして見える図を表し、図８におけるゲート配線実装を示す。IGBTモジュール１Ｕ〜２Ｗは、ゲート駆動回路８に各々ゲート配線８１Ｕ〜８２Ｗを介して接続されている。図８及び図９では正確な形状は示していないが、ゲート配線は、配線固定具８００によりヒートシンク１１０に固定されている。この場合では、負極側ＩＧＢＴモジュールのゲート配線８２Ｕ〜８２Ｗは、主回路配線から離れて敷設することで、主回路電流の影響を抑制している。一方正極側IGBTモジュールについては、ＩＧＢＴモジュール１Ｕでは、中間板状導体５Ｕと負極側の板状導体４とが積層されている部分の下側に敷設され、同様にＩＧＢＴモジュール１Ｗでも、中間板状導体５Ｗと負極側の板状導体４とが積層されている部分の下側に敷設されている。また、ＩＧＢＴモジュール１Ｖでは、中間板状導体５Ｖと負極側の板状導体４とが対向している部分と中間板状導体５Ｗと負極側の板状導体４とが対向している部分との間では、積層していない部分の下側を通っている。しかし、主電流が図９の上下方向に流れるのに対してゲート配線８２Ｖが横方向にあり、主電流の影響が低減される。
【００４４】
図８，図９の実施例においては、ゲート駆動回路８からＩＧＢＴモジュール２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの各ゲート端子に至る各ゲート配線８２Ｕ，８２Ｖ，８２Ｗは、その全長にわたって、板状導体４，５Ｕ，５Ｖ，５Ｗを含む主回路配線の外周端部よりも外側に位置する。すなわち、ゲート配線８２Ｕ，８２Ｖ，８２Ｗは、主回路電流が流れる領域から離れているので、主回路電流の影響によりノイズが低減される。ゲート駆動回路８からＩＧＢＴモジュール１Ｕ，１Ｗの各ゲート配線８１Ｕ，８１Ｗにおいては、主回路配線端部から外側に位置して主回路電流から離れている部分と、主回路配線において板状導体４と５Ｕ，５Ｗとが重なり往復電流が流れる領域に対向する部分とが、ゲート配線の全長を占める。このため、ゲート配線８１Ｕ，８１Ｗは主回路電流の影響を受けにくい。ゲート配線81Ｖは、主回路配線端部から外側に位置して主回路電流から離れている部分と、主回路配線において板状導体４と５Ｖとが重なり往復電流が流れる領域に対向する部分とが板状導体４のみが設けられる領域に対向する部分とが、ゲート配線の全配線長の６〜８割以上すなわち略全配線長を占める。従って、ＩＧＢＴモジュール１Ｖに与えられるゲート制御信号が主回路電流から受けるノイズが低減される。ゲート配線８１Ｖの２〜４割の部分は、主回路電流が流れる板状導体４のみが設けられる領域に対向する。しかしながら、その部分はツイスト線であるため、ゲート配線に対する板状導体４を流れる主回路電流の影響が緩和されている。
【００４５】
図８，図９の実施例によれば、１相分として直列接続されたＩＧＢＴモジュール（１Ｕと２Ｕ，１Ｖと２Ｖ，１Ｗと２Ｗ）が主回路電流により誤スイッチング動作することが防止される。従って、アーム短絡のような、異常動作が防止される。さらに、ゲート制御信号が主回路電流からのノイズを受けにくいので、各ＩＧＢＴモジュールの正常なタイミングでのスイッチング動作が維持される。従って、インバータ装置全体の動作が安定する。なお、前実施例と同様に、ゲート配線としては、ツイスト線に限らず、シールド線を用いても良い。また、本実施例は、インバータに限らず、コンバータなどの他の電力変換装置にも適用できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、板状導体を含む主回路配線を用いながらも、主回路電流による制御信号への影響を抑制でき、安定に動作する信頼性の高い電力変換装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の実装構造を示す。
【図２】本発明の第１の実施例におけるゲート配線を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施例における半導体回路を示す。
【図４】本発明の第１の実施例の半導体回路を示す。
【図５】本発明の第１の実施例においてスイッチングモジュールを２並列とした場合を示す。
【図６】ゲート抵抗基板の概略構造を示す。
【図７】本発明の第２の実施例を示す。
【図８】本発明の第３の実施例を示す。
【図９】本発明の第３の実施例におけるゲート配線実装を示す。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｕ，１Ｖ，１Ｗ…正極側ＩＧＢＴモジュール、２Ａ，２Ｂ，２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ…負極側ＩＧＢＴモジュール、３，３０，３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ…正極側の板状導体、４，４０，４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ…負極側の板状導体、５，５０，５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ…中間板状導体、６Ｕ，６Ｖ，６Ｗ…交流出力端子、７…平滑コンデンサ、８…ゲート駆動回路、６０…交流出力板状導体、８００…ゲート配線固定具、８１，８１１Ａ，８１１Ｂ，８１２Ａ，８１２Ｂ，８１Ｕ，８１Ｖ，８１Ｗ，８２，８２１Ａ，８２１Ｂ，８２２Ａ，８２２Ｂ，８２Ｕ，８２Ｖ，８２Ｗ…負極側ゲート配線、９１Ａ，９１Ｂ，９２Ａ，９２Ｂ…ゲート抵抗基板、９０１…ゲート抵抗、９０２，９０３…コネクタ、９０４…ゲート−エミッタ保護用ツェナーダイオード、１００，１１０…ヒートシンク、１０１，１０２，１０３…冷却ファン、１０５，１２０，１２１…支持体。

Claims

それぞれ主端子および制御端子を有し、互いに電気的に接続される第１および第２の半導体スイッチング装置を含む半導体回路と、
少なくとも部分的に互いに重なるように配置される複数の板状導体を含み、前記半導体回路における主回路電流が流れる主回路配線と、
前記第１の半導体スイッチング装置の前記制御端子に第１の制御信号を供給する第１の制御信号配線と、
前記第２の半導体スイッチング装置の前記制御端子に第２の制御信号を供給する第２の制御信号配線と、
を備え、
前記第１および第２の半導体スイッチング装置は互いに並列に接続され、
前記第１の制御信号配線と前記第２の制御信号配線のそれぞれにおいては、前記主回路配線において前記主回路電流が流れかつ前記複数の板状導体が互いに重なる領域に覆われる部分の配線長が、前記第１および前記第２の制御信号配線のそれぞれの全配線長に略等しい電力変換装置。
請求項１において、前記第１および第２の制御信号配線のそれぞれにおいて、前記第１および第２の制御信号配線と前記半導体回路中の回路部分とのそれぞれの接続個所が、前記主回路配線において前記主回路電流が流れかつ前記複数の板状導体が互いに重なる領域または前記主回路配線において前記主回路電流が流れない領域に対向するか、あるいは前記主回路配線の端部よりも外側に位置する電力変換装置。