JP2000295835A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】配置を工夫することによって、３つの保護素子
を並列接続する回路構成を採用しても電流不平衡の少な
いようにして３つの保護素子を使用したことによる許容
電流の増加を確保する。 【解決手段】半導体素子２Ａに直列接続される保護装置
を構成する３つのヒューズ１Ａ１，１Ａ２，１Ａ３を三
角形状又は正三角形状に配置することによって、それぞ
れのヒューズと半導体素子２Ａとの間のインダクタンス
を略同じにして、それぞれのヒューズ１Ａ１，１Ａ２，
１Ａ３の分担電流の不平衡率を小さくする。

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、電力変換装置、
特に電力変換装置を構成する複数の半導体素子のそれぞ
れに直列接続される保護装置における保護素子の配置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】整流装置やインバータなどの電力変換装
置は、ダイオード、サイリスタ、ＧＴＯあるいはＩＧＢ
Ｔなどの半導体素子が複数個使われて、ブリッジ回路な
どそれぞれの用途に応じた適切な回路が採用される。電
力変換装置の運転中にそれぞれの半導体素子のうちの一
つが万一破壊するようなことがあると、その回路は導通
状態になって電源を短絡して電力変換装置全体の破壊に
まで発展する危険性があるために、それぞれの半導体素
子に保護素子としてのヒューズを直列に挿入した回路構
成が採用される。このような回路構成では半導体素子が
短絡状態になるとこの半導体素子に流れる電流が増大す
るので、ヒューズに設定された電流に達したときにこの
ヒューズが電流を遮断してしまうことによって電力変換
装置の熱的、電磁力的な破壊が回避される。また、半導
体素子自体を保護するために、上記と同様な、それぞれ
の半導体素子に保護素子としてのヒューズを直列に挿入
した回路構成が採用されることもある。

【０００３】図２は電力変換装置の一つである整流装置
の回路図であり、単相ブリッジ結線からなっている。周
知のように、単相ブリッジの場合には図示のように４つ
のアーム１１，１２，２１，２２からなっている。

【０００４】アーム１１は一つの半導体素子２と、並列
接続された２つのヒューズ１からなる保護装置とが直列
接続されて構成されており、半導体素子２とヒューズ１
とは接続導体３で接続されている。他のアーム１２，２
１，２２も同様である。

【０００５】この保護装置において、保護素子である２
つのヒューズ１を並列接続しているのは、半導体素子２
の電流容量に対して１つのヒューズでは許容電流が足り
ないからである。

【０００６】半導体素子は、改良開発が続けられて１つ
の半導体素子でより大きな電流を負担できるようになっ
てきている。一方、これに対して保護素子であるヒュー
ズはそれほど大きな電流容量を持つものがないことか
ら、半導体素子２の電流容量に対して１つのヒューズで
は許容電流が足りないためにこのように２つのヒューズ
１を並列接続した回路構成が採用される。

【０００７】図３は一つのアームの２面図であり、
（ａ）は立面図、（ｂ）は平面図である。この図におい
て、半導体素子２は接続導体３（図２の接続線３に相
当）を介して２つのヒューズ１に接続されている。２つ
のヒューズ１は図示のように半導体素子２と同じ直線上
に配置されている。このような、半導体素子２と同じ直
線上に配置されるヒューズ１の並列接続数が２の場合
は、接続導体の反半導体２側に２つのヒューズ１を近接
して配置することにより、半導体素子２と２つのヒュー
ズ１との間のそれぞれのインダクタンスをほぼ等しくす
ることができることから、２つのヒューズ１の電流分担
を概ね平衡させて、それぞれのヒューズ１に半導体素子
２の半分の電流が流れるようにすることができる。

【０００８】図４は図２とは別の電力変換装置の回路図
であり、図２と異なる点はヒューズ１Ａが３つ並列接続
されてなる点であり、図２と類似の回路要素には添字Ａ
を付けて重複する説明を省く。

【０００９】図５は図４の一つのアームの２面図であ
り、（ａ）は立面図、（ｂ）は平面図である。この図に
おいても図３の場合と同様に３つのヒューズ１Ａは半導
体素子２Ａと１直線になるように接続導体３Ａの上に配
置されている。このような、半導体素子２Ａと同じ直線
上に配置されるヒューズ１Ａの並列数が３つの場合は、
接続導体３Ａの反半導体素子２Ａ側に３つのヒューズ１
Ａを近接させて配置しようとしても、半導体素子２Ａと
３つのヒューズ１Ａとの間のそれぞれのインダクタンス
を並列接続数が２の場合ほどには等しくすることができ
ないため、半導体素子２Ａから最も遠い位置にあるヒュ
ーズ１Ａの電流分担が小さくなることから、２つのヒュ
ーズの場合の許容電流を２としたとき、図５の場合のヒ
ューズ１Ａの許容電流は３にはならず２に近い値にしか
ならないという現象がある。そのため、実際には図４、
図５のような３つのヒューズを並列接続する回路構成は
採用されず、代わりに、図２、図３の回路構成で２つの
ヒューズでは許容電流が足りない場合には、半導体素子
の数を２にしてそれぞれの半導体素子に２つのヒューズ
を設けるという回路構成が採用されるのが実際である。
この場合、半導体素子の負担電流は１つの場合に比べて
半分になるので、その電流に対応した定格電流の小さな
半導体素子が使用される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、１つの
アームの電流が１つの半導体素子で十分のときでも２つ
のヒューズの並列接続ではヒューズの許容電流が足りな
い場合には、１つのアームの半導体素子を２つにしてそ
れぞれの半導体素子に２つのヒューズを並列にして接続
する回路構成が採用されるのであるが、半導体素子２の
定格電流は小さくてよいとは言いながらその数が倍にな
ることは、半導体素子の装置全体の価格は高くなるとい
う問題がある。すなわち、１つの半導体素子と定格電流
がその半分の２つの半導体素子との価格は前者の方が安
価なのである。また、半導体素子の数が倍になることに
よって接続導体の数も増えて装置全体の構成が複雑にな
るという問題もある。

【００１１】この発明の目的はこのような問題を解決
し、配置を工夫することによって、３つの保護素子を並
列接続する回路構成を採用しても電流不平衡の少ないよ
うにして３つの保護素子を使用したことによる許容電流
の増加を確保することのできる電力変換装置を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明によれば、電力変換装置を構成する複数の半
導体素子のそれぞれに保護装置が直列接続されるととも
に、この保護装置が３つの保護素子を並列接続したもの
からなる電力変換装置において、３つの保護素子を三角
形の頂点に配置することによって、それぞれの保護素子
と半導体素子との間のインダクタンスが略同じになっ
て、それぞれの保護素子の分担電流の不平衡率が小さく
なってより平衡に近くなる。

【００１３】また、かかる構成において、３つの保護素
子を正三角形の頂点に配置することによって、それぞれ
の保護素子と半導体素子との間のインダクタンスがより
均等になり、それぞれの保護素子の分担電流の不平衡率
がより小さくなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下この発明を実施例に基づいて
説明する。図１はこの発明の実施例を示す図４の一つの
アームの２面図で、（ａ）は立面図、（ｂ）は平面図で
あり、図５と異なる点は保護素子である３つのヒューズ
１Ａ１，１Ａ２，１Ａ３を図のように三角形の頂点に配
置した点である。すなわち、接続導体３Ｂの半導体素子
２Ａとは反対側の端部にＹ字状の接続導体３Ｃを取り付
け、この接続導体３Ｃの３本の分岐部のそれぞれの端部
にヒューズ１Ａ１，１Ａ２，１Ａ３を取り付けたもので
ある。

【００１５】ヒューズ１Ａ１，１Ａ２，１Ａ３がこのよ
うに配置されているので、図５のように直線上に配置さ
れている場合に比べてそれぞれのヒューズと半導体素子
２Ａとの間ののインダクタンスが近くなって電流分担の
不平衡率が小さくなり、その結果、ヒューズの数を２つ
から３つに増やして許容電流を大きくすることが可能に
なる。したがって、１つのアームの電流が１つの半導体
素子で充分のときでも、２つのヒューズの並列接続では
ヒューズの許容電流が足りない場合でも、ヒューズだけ
を３つに増やした回路を構成することができる。

【００１６】図１では、ヒューズ１Ａ２，１Ａ３の配置
を接続導体３Ｂの長さ方向に対して斜め方向の位置に、
ヒューズ１Ａ１を直角の位置に配置した構成としている
が、これにこだわるものではなく、紙面に平行に回転さ
せた配置を採用してもよい。いずれにしてもヒューズ１
Ａ１，１Ａ２，１Ａ３と半導体素子２Ａとの間のそれぞ
れのインダクタンスをなるべく同じ値にするような構成
であればよい。

【００１７】また、図示しないＰ端子とヒューズ１Ａ
１，１Ａ２，１Ａ３との間の接続部のインダクタンスを
も考慮して、例えば、図１の接続導体３Ｃと同じＹ字状
の接続導体をヒューズ１Ａ１，１Ａ２，１Ａ３のＰ端子
側にも接続して、この接続導体の中心部とＰ端子とを接
続する構成とすれば、ヒューズ１Ａ１，１Ａ２，１Ａ３
のリードインダクタンスがより均等化され、電流分担の
不平衡率がより小さくなるので、ヒューズ１Ａ１，１Ａ
２，１Ａ３の利用率がより向上し、許容電流をより大き
くすることができる。

【００１８】なお、ヒューズ１Ａ１，１Ａ２，１Ａ３の
配置は、三角形状の中でも特に図示のように正三角形状
とすれば、ヒューズ１Ａ１，１Ａ２，１Ａ３と半導体素
子２Ａとの間のそれぞれのインダクタンスをより均等に
することができるが、これについても必ずしも正三角形
状にこだわるものではなく、３本の分岐部を有する接続
導体３Ｃの各分岐部の長さが等しくなっていればよい。

【００１９】なお、上述の実施例では保護素子としてヒ
ューズを用いる構成について説明したが、この発明はこ
のような構成に限定されるものではなく、一般に過電流
保護素子が半導体素子に直列接続される構成に適用する
ことができる。

【００２０】

【発明の効果】この発明は前述のように、例えばヒュー
ズからなる３つの保護素子を三角形の頂点位置に配置す
ることによって、それぞれの保護素子と半導体素子との
間のインダクタンスが略同じになって、それぞれの保護
素子の分担電流の不平衡率が小さくなる。その結果、１
つのアームに１つの半導体素子で電流容量が充分である
が、２つの保護素子では許容電流が足りないときに、保
護素子を３つに増やして必要とする許容電流を確保する
ことができることから、特に高価な半導体素子の数を増
やす必要がなくなって、装置のコストダウンに資すると
いう効果が得られる。

【００２１】なお、半導体素子としてダイオードを例と
して示してあるが、これにこだわるものではなく、他の
半導体素子であるサイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴなどで
あっても前述と同じの効果を得ることができる。

【００２２】また、３つの保護素子を正三角形の頂点位
置に配置することによって、それぞれの保護素子と半導
体素子との間のインダクタンスがより均等になり、それ
ぞれの保護素子の分担電流の不平衡率がより小さくなる
ので、許容電流をより大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す電力変換装置の、１つ
の半導体素子に、並列接続された３つの保護素子からな
る保護装置が直列接続されてなる１つのアームの２面図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は立面図である。

【図２】従来の電力変換装置の、１つの半導体素子に、
並列接続された２つの保護素子からなる保護装置が直列
接続されてなる単相ブリッジ結線の回路図

【図３】図２の１つのアームの２面図で、（ａ）は立面
図、（ｂ）は平面図である。

【図４】図２とは異なる電力変換装置の、一つの半導体
素子に、並列接続された３つの保護素子からなる保護装
置が直列接続されてなる単相ブリッジ結線の回路図

【図５】図４の１つのアームの２面図で、（ａ）は立面
図、（ｂ）は平面図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ａ１，１Ａ２，１Ａ３…ヒューズ（保護素
子）、２，２Ａ…半導体素子、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…
接続導体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電力変換装置を構成する複数の半導体素子
   のそれぞれに保護装置が直列接続されるとともに、この
   保護装置が３つの保護素子を並列接続したものからなる
   電力変換装置において、３つの保護素子が三角形の頂点
   に配置されてなることを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】３つの保護素子が正三角形の頂点に配置さ
   れてなることを特徴とする請求項１記載の電力変換装
   置。