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JP6665655B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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JP6665655B2
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和馬 福島
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Description

本発明は、電力変換を行う電力変換装置に関する。
従来より、電力変換装置を構成する半導体モジュールとして、大電流域での性能に優れたＩＧＢＴと低電流域での性能に優れたＭＯＳＦＥＴとを組み合わせた構成のものが知られている。例えば、下記の特許文献１には、半導体モジュールとして、互いに並列接続されたＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴを備えるパワーモジュールが開示されている。このパワーモジュールは、ＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴの双方の良特性を兼ね備え点において有利である。
特許第５８６３５９９号公報
上記のパワーモジュールは、リードフレームのうちヒートシンクに対応した部位にＩＧＢＴを備え、これによりＩＧＢＴを冷却するように構成されている。即ち、ＭＯＳＦＥＴはＩＧＢＴに比べて耐熱性が高いため、上記のパワーモジュールでは、ＩＧＢＴを冷却する一方で、耐熱性の高いＭＯＳＦＥＴを積極的に冷却しない構造が採用されている。この場合、ＭＯＳＦＥＴの温度が高くなり易く、ＭＯＳＦＥＴが高温になることで導通損失（「オン損失」ともいう。）が増大するという問題が生じ得る。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、半導体モジュールの導通損失を低く抑えることができる電力変換装置を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、
電力変換を行う電力変換装置（１，２）であって、
互いに並列接続されたＩＧＢＴ（１４）及びＭＯＳＦＥＴ（１５）が同一のリードフレーム（１６，１７）に設けられた半導体モジュール（１１，１１１）と、
上記半導体モジュールの上記リードフレームに対向して延びる冷媒流路（２４）を有する冷却器（２０）と、
を備え、
上記半導体モジュールは、上記冷却器の上記冷媒流路における冷媒の流れに対して上記ＭＯＳＦＥＴが上記ＩＧＢＴよりも上流側に配置されるように構成されている、電力変換装置（１，２）にある。
上記の電力変換装置において、冷却器の冷媒流路を流れる冷媒は、リードフレームを介してＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴのそれぞれとの間で熱交換を行う。これにより、ＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴの双方が冷却される。このとき、ＭＯＳＦＥＴは、冷却器の冷媒流路における冷媒の流れに対してＩＧＢＴよりも下流側に配置されない。即ち、このＭＯＳＦＥＴは、冷媒流路における冷媒の流れに対してＩＧＢＴよりも上流側に配置されるか、或いはＩＧＢＴと同様の位置に配置される。この場合、ＩＧＢＴに比べてＭＯＳＦＥＴの冷却の優先順位が下がらないため、ＩＧＢＴの冷却状況の影響を殆ど受けることなくＭＯＳＦＥＴの冷却効果を強化することができる。従って、ＭＯＳＦＥＴの温度上昇を確実に抑えることができる。その結果、ＭＯＳＦＥＴが高温になりにくく、ＭＯＳＦＥＴの導通損失の増大が抑えられる。
以上のごとく、上記態様によれば、電力変換装置において、半導体モジュールの導通損失を低く抑えることが可能になる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
実施形態１の電力変換装置の概要を示す平面図。 図１の電力変換装置の斜視図。 図１のIII−III線矢視断面図。 図１中の冷却管の第１方向についての断面図。 図１中の半導体モジュールの厚み方向の側面図。 図５のＶI−ＶI線矢視断面図。 図１の電力変換装置のインバータ回路図。 図５の半導体モジュールの等価回路図。 図８の等価回路の変形例を示す図。 図５の半導体モジュールと冷却器の冷媒流路における冷媒の流れとの関係を示す図。 図１０の変形例を示す図。 図１０の変形例を示す図。 実施形態２の電力変換装置における半導体モジュールの厚み方向の側面図。 図１３のXIV−XIV線矢視断面図。 図１３の半導体モジュールの等価回路図。 図１５の等価回路の変形例を示す図。 図１３の半導体モジュールと冷却器の冷媒流路における冷媒の流れとの関係を示す図。 図１７の変形例を示す図。 図１７の変形例を示す図。
以下、電力変換装置に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
なお、本明細書の図面では、特に断わらない限り、半導体モジュール及び冷却管の積層方向である第１方向を矢印Ｘで示し、冷却管の長手方向である第２方向を矢印Ｙで示し、第１方向及び第２方向の双方と直交する第３方向を矢印Ｚで示すものとする。
本実施形態の電力変換装置は、電力変換を行う装置である。この電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、直流の電源電力を駆動用モータの駆動に必要な交流電力に変換するインバータとして、また直流電力を昇圧或いは降圧された直流電力に変換するコンバータとして用いられる。
（実施形態１）
図１及び図２に示されるように、実施形態１の電力変換装置１は、半導体積層ユニット１０及び制御回路基板３０を含む複数の要素を備えている。これら複数の要素はケース１ａによって区画された空間に収容されている。ケース１ａは、軽量且つ高度な寸法精度が要求される自動車部品であり、アルミニウムを使用したアルミダイカスト製法によって作製されている。
半導体積層ユニット１０は、複数の半導体モジュール１１と、これら複数の半導体モジュール１１を冷却する冷却器２０と、を備えている。第冷却器２０は、第１方向Ｘに延在する流入管（流入ヘッダー）２１と、第１方向Ｘに延在する流出管（流出ヘッダー）２２と、いずれも第２方向Ｙに延在し且つ第１方向Ｘについて所定の間隔を隔てて配置された複数の冷却管２３と、を備えている。
この半導体積層ユニット１０において、複数の半導体モジュール１１と複数の冷却管２３とが第１方向Ｘに交互に積層されている。この場合、半導体モジュール１１は、互いに平行に延在する２つの外表面１１ａ，１１ａを有し、冷却管２３が半導体モジュール１１の２つの外表面１１ａ，１１ａのそれぞれに当接するように設けられている。即ち、各導体モジュール１１は、２つの冷却管２３，２３によって両側から挟持されている。なお、この半導体積層ユニット１０を、「電力変換装置」或いは「半導体モジュール」ということもできる。
半導体モジュール１１の複数の制御端子（後述の複数の制御端子１４ａ，１５ａ）はいずれも、制御回路基板３０に接続されている。半導体モジュール１１の半導体素子のスイッチング動作を制御する制御電流が制御回路基板３０からこれら複数の制御端子を通じて該半導体モジュール１１に入力される。
冷却器２０において、複数の冷却管２３のそれぞれの流入部は流入管２１に連結され、且つ複数の冷却管２３のそれぞれの流出部は流出管２２に連結されている。また、冷却管２３は、管内に冷媒流路２４を有する。従って、流入管２１から冷却管２３の流入部に流入した冷媒は、冷却管２３内の冷媒流路２４を流通するときにこの冷却管２３に当接する半導体モジュール１１を冷却したのちに、冷却管２３の流出部から流出管２２へと排出される。この冷却器２０は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた材料からなる。
図３及び図４に示されるように、冷却管２３は、管内の冷媒流路２４を第１方向Ｘについて２つの空間２４ａ，２４ｂに区画する区画部材２３ａを備えている。２つの空間２４ａ，２４ｂのそれぞれには、冷媒流路２４における冷媒の流れ方向と交差する方向に延在する放熱フィン２５が設けられている。この放熱フィン２５は、冷媒との接触面積を増やすことによって熱交換効率を高めて冷却能力を向上させるのに効果がある。特に、放熱フィン２５が冷媒流路２４における冷媒の流れ方向と垂直な方向に延在する構成の場合に、冷却能力を向上させる効果が高い。
なお、冷却管２３の冷媒流路２４に流す冷媒として、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等を用いることができる。
図５及び図６に示されるように、半導体モジュール１１は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１４と、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）１５と、リードフレーム１６，１７と、を備えている。この半導体モジュール１１は、ＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５からなる半導体素子対を１つ備えており、「１ｉｎ１モジュール」と称呼される。
ＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５は、いずれもスイッチング素子である。本実施形態において、ＩＧＢＴ１４は、Ｓｉ（シリコン）系材料によって構成された絶縁ゲートバイポーラトランジスタであり、ＭＯＳＦＥＴ１５は、ワイドギャップ半導体で構成された電界効果トランジスタである。ＩＧＢＴ１４は、大電流特性に優れ、ＭＯＳＦＥＴ１５よりも安価である。ＭＯＳＦＥＴ１５は、低電流特性及び高速スイッチング特性に優れている。
なお、ワイドギャップ半導体で構成されたＭＯＳＦＥＴ１５として、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）系材料や、ＧａＮ（窒化ガリウム）系材料などによって構成されたワイドギャップ半導体素子を使用するのが好ましい。
図６に示されるように、半導体モジュール１１は、モールド樹脂１１ｂによって成型されている。
ＩＧＢＴ１４は、その一方の素子面がはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１６に接合され、且つその他方の素子面が、別のはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１７に接合されたターミナル１８に接合されている。
ＭＯＳＦＥＴ１５は、その一方の素子面がはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１６に接合され、且つその他方の素子面が、別のはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１７に接合されたターミナル１９に接合されている。
リードフレーム１６，１７は、ＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５の双方を支持固定するとともに、外部からの入力と外部への出力とを行う入出力端子とを構成している。これらリードフレーム１６，１７は、Ｃｕ合金系素材、鉄合金系素材、その他の機械的強度、電気伝導度、熱伝導度、耐食性などの優れた金属素材などの薄板からなる。
半導体モジュール１１は、リードフレーム１６，１７から互いに平行に延出した、パワー端子としてのＰ端子１１ｐ及びＮ端子１１ｎを備えている。Ｐ端子１１ｐがリードフレーム１６から第３方向Ｚに沿って延出し、Ｎ端子１１ｎがリードフレーム１７から第３方向Ｚに沿って延出している。Ｐ端子１１ｐ及びＮ端子１１ｎを介して半導体モジュール１１に直流電圧が印加される。
本実施形態の半導体モジュール１１では、ＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５が同一のリードフレーム１６に設けられている。或いは、ＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５が同一のリードフレーム１７に設けられているということもできる。
また、半導体モジュール１１は、ＩＧＢＴ１４の制御端子１４ａとＭＯＳＦＥＴ１５の制御端子１５ａとがそれぞれ制御回路基板３０に接続されるように構成されている。
図７に示されるように、電力変換装置１のインバータ回路４０は、複数の（図７では８つの）半導体モジュール１１を用いて構成されている。８つの半導体モジュール１１は、電源Ｂの電圧を昇圧する昇圧回路を構成する２つのモジュール１１Ｃ，１１Ｃと、昇圧された直流電力を交流電力に変換する変換回路を構成する６つのモジュールと、に分類される。変換回路の６つのモジュールは、更に電源Ｂの高電位側ラインＬｐに接続された３つの上アームモジュール１１Ｈと、電源Ｂの低電位側ラインＬｎに接続された３つの下アームモジュール１１Ｌとに分類される。
図８の等価回路が参照されるように、半導体モジュール１１において、ＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５が互いに並列接続されている。より具体的には、ＩＧＢＴ１４のコレクタとＭＯＳＦＥＴ１５のドレインが接続され、ＩＧＢＴ１４のエミッタとＭＯＳＦＥＴ１５のソースが接続されている。ＩＧＢＴ１４のゲートとＭＯＳＦＥＴ１５のゲートは、制御回路基板３０に接続されている。このインバータ回路４０で得られた交流電力によって、車両走行用の三相交流モータＭが駆動される。
なお、この等価回路において、ＩＧＢＴ１４と還流のためのＦＷＤ（Free Wheeling Diode）とが同一、または別体の素子によって構成された構造（図９に示されるＦＷＤ１４Ｄを参照）や、ＭＯＳＦＥＴ１５のボディーダイオードや同期整流を採用することもできる。
図１０に示されるように、前記の冷却器２０の冷却管２３は、絶縁体（図示省略）を介して、半導体モジュール１１の外表面１１ａ，１１ａを構成するリードフレーム１６，１７に間接的に当接している。半導体モジュール１１の外表面１１ａ，１１ａが放熱面を形成し、冷却管２３の表面が受熱面を形成する。この場合、冷却管２３の冷媒流路２４は、リードフレーム１６，１７に対向して延びるように配置されている。そして、半導体モジュール１１は、この冷媒流路２４における冷媒の流れＦに対してＭＯＳＦＥＴ１５がＩＧＢＴ１４よりも上流側に配置されるように構成されている。換言すれば、半導体モジュール１１は、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れＦに対してＭＯＳＦＥＴ１５がＩＧＢＴ１４よりも下流側に配置されないように構成されている。本構成は、半導体モジュール１１におけるＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５のそれぞれの配置関係や、冷却器２０における冷媒流路２４の配置などを適宜に調整することによって達成される。本構成によれば、ＩＧＢＴ１４よりも前にＭＯＳＦＥＴ１５が冷却されため、ＭＯＳＦＥＴ１５の冷却を強化できる。
次に、実施形態１の電力変換装置１の作用効果について説明する。
この電力変換装置１によれば、冷却器２０の冷媒流路２４を流れる冷媒は、リードフレーム１６，１７を介してＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５のそれぞれとの間で熱交換を行う。これにより、ＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５の双方が冷却される。このとき、ＭＯＳＦＥＴ１５は、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れに対してＩＧＢＴ１４よりも上流側に配置されており、冷媒流路２４における冷媒の流れに対してＩＧＢＴ１４よりも下流側に配置されていない。この場合、ＩＧＢＴ１４に比べてＭＯＳＦＥＴ１５の冷却の優先順位が下がらないため、ＩＧＢＴ１４の冷却状況の影響を殆ど受けることなくＭＯＳＦＥＴ１５の冷却効果を強化することができる。従って、ＭＯＳＦＥＴ１５の温度上昇を確実に抑えることができる。その結果、ＭＯＳＦＥＴ１５が高温になりにくく、ＭＯＳＦＥＴ１５（半導体モジュール１１）の導通損失（「オン損失」ともいう。）の増大が抑えられる。ここで「導通損失」とは、スイッチング素子のスイッチング時間を除くオン期間における損失（電圧と電流の積）である。
また、ＭＯＳＦＥＴ１５の導通損失の増大を抑えることによって、ＭＯＳＦＥＴ１５の素子サイズを小さくできる。
上記の電力変換装置１によれば、冷却器２０の冷却管２３が半導体モジュール１１の２つの外表面１１ａ，１１ａのそれぞれに当接するため、半導体モジュール１１を冷却する効果を高めることができる。
また、冷却器２０が冷媒流路２４における冷媒の流れ方向と交差する方向に延在する放熱フィン２５を備えるため、半導体モジュール１１の冷却効果を更に高めることができる。この場合、半導体モジュール１１において冷却管２３の下流側に配置されたＩＧＢＴ１４を冷却するための冷媒の温度上昇が抑えられる。その結果、ＩＧＢＴ１４の素子サイズを小さくできる。
なお、図１０に示されるようなスイッチング素子（ＩＧＢＴ１４、ＭＯＳＦＥＴ１５）の配置態様に関連して、図１１及び図１２に示されるようなスイッチング素子の配置態様を採り得る。
図１１に示される半導体モジュール１１は、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れＦに対してＭＯＳＦＥＴ１５がＩＧＢＴ１４と同様の位置に配置されるように構成されている。この場合も、図９の場合と同様に、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れＦに対してＭＯＳＦＥＴ１５はＩＧＢＴ１４よりも下流側に配置されていない。
また、図１２に示される半導体モジュール１１において、冷却器２０の冷却管２３は、冷媒流路２４に異なる４つの冷媒の流れＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄが形成されるように構成されている。この冷媒流路２４において、冷却管２３に流入した冷媒の流れＦａは、２つの流れＦｂ，Ｆｃに分岐してＭＯＳＦＥＴ１５及びＩＧＢＴ１４に対して並列的に流れた後、合流した冷媒の流れＦｄとなって冷却管２３から流出する。このような流れは、冷却管２３の冷媒流路２４に設けられた複数の放熱フィン２６によって形成される。複数の放熱フィン２６は、いずれも第３方向Ｚに互いに平行に延在するように構成されており、前述の放熱フィン２５と同様に、冷媒との接触面積を増やすことによって熱交換効率を高めて冷却能力を向上させるのにも効果がある。この場合も、図１０の場合と同様に、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄに対してＭＯＳＦＥＴ１５はＩＧＢＴ１４よりも下流側に配置されていない。
従って、図１１及び図１２に示されるようなスイッチング素子の配置態様の場合も、ＭＯＳＦＥＴ１５の冷却を強化でき、ＭＯＳＦＥＴ１５の温度上昇を確実に抑えることができる。
（実施形態２）
実施形態２の電力変換装置２は、実施形態１の電力変換装置１に対して、ＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５からなる半導体素子対の数が異なる。即ち、電力変換装置２の半導体モジュール１１１は、ＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５からなる半導体素子対を２つ備えている。この半導体モジュール１１１は、ＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５が互いに並列接続された２つの半導体素子対を備えており、これら２つの半導体素子対が電源Ｂの高電位側ラインＬｐと低電位側ラインＬｎとの間に直列に接続されている。この半導体モジュール１１１は、「２ｉｎ１モジュール」と称呼される。この半導体モジュール１１１は、図７中の１つ上アームモジュール１１Ｈと１つの下アームモジュール１１Ｌとを組み合わせた構成を有する。
なお、必要に応じて、３つ以上の半導体素子対を備えた半導体モジュールを採用することもできる。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
図１３及び図１５に示されるように、半導体モジュール１１１は、パワー端子としての、Ｐ端子１１ｐ、Ｎ端子１１ｎ、Ｏ端子１１ｏを備えている。Ｐ端子１１ｐ及びＮ端子１１ｎを介して半導体モジュール１１１に直流電圧が印加され、Ｏ端子１１ｏを通じて該半導体モジュール１１１から交流電力が出力される。
なお、図１５に示される等価回路において、ＩＧＢＴ１４と還流のためのＦＷＤ（Free Wheeling Diode）とが同一、または別体の素子によって構成された構造（図１６に示されるＦＷＤ１４Ｄを参照）や、ＭＯＳＦＥＴ１５のボディーダイオードや同期整流を採用することもできる。
図１４に示されるように、半導体モジュール１１１は、半導体モジュール１１と同様のモールド樹脂１１ｂによって成型されている。
図１４中の左側のＩＧＢＴ１４は、その一方の素子面がはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１７に接合され、且つその他方の素子面が、別のはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１６に接合されたターミナル１８に接合されている。図１４中の右側のＩＧＢＴ１４は、その一方の素子面がはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１６に接合され、且つその他方の素子面が、別のはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１７に接合されたターミナル１８に接合されている。リードフレーム１７は、２つのフレームがはんだ層１１ｃを介して一体化されている。
図１４中の左側のＭＯＳＦＥＴ１５は、その一方の素子面がはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１７に接合され、且つその他方の素子面が、別のはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１６に接合されたターミナル１９に接合されている。図１４中の右側のＭＯＳＦＥＴ１５は、その一方の素子面がはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１６に接合され、且つその他方の素子面が、別のはんだ層１１ｃを介してリードフレーム１７に接合されたターミナル１９に接合されている。
半導体モジュール１１１において、Ｐ端子１１ｐが一方のリードフレーム１６から第３方向Ｚに沿って延出し、Ｎ端子１１ｎが他方のリードフレーム１６から第３方向Ｚに沿って延出している。
本実施形態の半導体モジュール１１１では、一方の半導体素子対のＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５が同一のリードフレーム１６に設けられ、他方の半導体素子対のＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５が同一のリードフレーム１７に設けられている。
図１７に示されるように、半導体モジュール１１１は、同一のリードフレーム１６において、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れＦに対してＭＯＳＦＥＴ１５がＩＧＢＴ１４よりも上流側に配置され、また同一のリードフレーム１７において、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れＦに対してＭＯＳＦＥＴ１５がＩＧＢＴ１４よりも上流側に配置されるように構成されている。換言すれば、半導体モジュール１１１は、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れＦに対してＭＯＳＦＥＴ１５がＩＧＢＴ１４よりも下流側に配置されないように構成されている。本構成によれば、一方のリードフレーム１６においてＩＧＢＴ１４よりも前にＭＯＳＦＥＴ１５が冷却され、且つ、他方のリードフレーム１７においてＩＧＢＴ１４よりも前にＭＯＳＦＥＴ１５が冷却されるため、ＭＯＳＦＥＴ１５の冷却を強化できる。
この電力変換装置２によれば、電力変換装置１の場合と同様に、ＭＯＳＦＥＴ１５の温度上昇を確実に抑えることができ、ＭＯＳＦＥＴ１５（半導体モジュール１１１）の導通損失の増大が抑えられる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
なお、図１７に示されるようなスイッチング素子（ＩＧＢＴ１４、ＭＯＳＦＥＴ１５）の配置態様に関連して、図１８及び図１９に示されるようなスイッチング素子の配置態様を採り得る。
図１８に示される半導体モジュール１１１は、同一のリードフレーム１６において、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れＦに対してＭＯＳＦＥＴ１５がＩＧＢＴ１４と同様の位置に配置され、また同一のリードフレーム１７において、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れＦに対してＭＯＳＦＥＴ１５がＩＧＢＴ１４と同様の位置に配置されるように構成されている。この場合も、図１７の場合と同様に、同一のリードフレーム１６または１７において、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れＦに対してＭＯＳＦＥＴ１５はＩＧＢＴ１４よりも下流側に配置されていない。
また、図１９に示される半導体モジュール１１１において、スイッチング素子は第２方向Ｙについて図中の左側から順に、ＭＯＳＦＥＴ１５、ＩＧＢＴ１４、ＩＧＢＴ１４、ＭＯＳＦＥＴ１５が配置されている。また、冷却器２０の冷却管２３は、冷媒流路２４に異なる４つの冷媒の流れＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄが形成されるように構成されている。この冷媒流路２４において、冷却管２３に流入した冷媒の流れＦａは、２つの流れＦｂ，Ｆｃに分岐して、２つの半導体素子対に対して並列的に流れた後、合流した冷媒の流れＦｄとなって冷却管２３から流出する。このとき、冷媒の流れＦｂによって一方の半導体素子対のＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５が同じタイミングで冷却される。また、冷媒の流れＦｂによって他方の半導体素子対のＩＧＢＴ１４及びＭＯＳＦＥＴ１５が同じタイミングで冷却される。このような流れは、冷却管２３の冷媒流路２４に前述の放熱フィン２６（図１２参照）と同様の複数の放熱フィン２６を設けることによって形成される。この場合も、図１７の場合と同様に、同一のリードフレーム１６または１７において、冷却器２０の冷媒流路２４における冷媒の流れＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄに対してＭＯＳＦＥＴ１５はＩＧＢＴ１４よりも下流側に配置されていない。
従って、図１８及び図１９に示されるようなスイッチング素子の配置態様の場合も、各ＭＯＳＦＥＴ１５の冷却を強化でき、各ＭＯＳＦＥＴ１５の温度上昇を確実に抑えることができる。
本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
上記の実施形態では、冷却器２０が冷媒流路２４における冷媒の流れ方向と交差する方向に延在する放熱フィン２５，２６を備える場合について例示したが、必要に応じてこれら放熱フィン２５，２６の少なくとも一方を省略することもできる。
上記の実施形態では、冷却管２３が半導体モジュール１１の２つの外表面１１ａ，１１ａのそれぞれに当接するように設けられた冷却器２０について例示したが、この冷却器２０に代えて、半導体モジュール１１の一方の外表面１１ａのみに冷却面が当接するように構成された冷却器を採用することもできる。
上記の実施形態では、Ｓｉ系材料によって構成されたＩＧＢＴ１４と、ＳｉＣ系材料によって構成されたＭＯＳＦＥＴ１５を用いる場合について例示したが、必要に応じて、Ｓｉ系材料以外の材料によって構成されたＩＧＢＴ１４や、ＳｉＣ系材料以外の材料によって構成されたＭＯＳＦＥＴ１５を用いることもできる。
１，２ 電力変換装置
１１，１１１ 半導体モジュール
１１ａ 外表面
１４ ＩＧＢＴ
１５ ＭＯＳＦＥＴ
１６，１７ リードフレーム
２０ 冷却器
２４ 冷媒流路
２５，２６ 放熱フィン
Ｆ，Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄ 冷媒の流れ

Claims (4)

  1. 電力変換を行う電力変換装置（１，２）であって、
    互いに並列接続されたＩＧＢＴ（１４）及びＭＯＳＦＥＴ（１５）が同一のリードフレーム（１６，１７）に設けられた半導体モジュール（１１，１１１）と、
    上記半導体モジュールの上記リードフレームに対向して延びる冷媒流路（２４）を有する冷却器（２０）と、
    を備え、
    上記半導体モジュールは、上記冷却器の上記冷媒流路における冷媒の流れに対して上記ＭＯＳＦＥＴが上記ＩＧＢＴよりも上流側に配置されるように構成されている、電力変換装置（１，２）。
  2. 上記冷却器は、上記冷媒流路における冷媒の流れ方向と交差する方向に延在する放熱フィン（２５，２６）を備える、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 上記半導体モジュールは、互いに平行に延在する２つの外表面（１１ａ）を有し、上記冷却器は、上記冷媒流路を形成する冷却管（２３）を備え、上記冷却管が上記半導体モジュールの上記２つの外表面のそれぞれに当接するように設けられている、請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 上記ＭＯＳＦＥＴは、ワイドギャップ半導体素子である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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