JPH04117162A

JPH04117162A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH04117162A
Application number: JP23234790A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Nokita; 昭浩軒田; Takeyoshi Ando; 武喜安藤; Toshiaki Kurosawa; 黒沢　俊明; Kiyoshi Nakamura; 清中村; Hiromi Inaba; 博美稲葉; Shunsuke Mitsune; 俊介三根; Masahiro Sakamoto; 坂本　正広
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Building Systems Engineering and Service Co Ltd; Hitachi Building Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Building Systems Engineering and Service Co Ltd; Hitachi Building Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1990-09-04
Publication date: 1992-04-17
Anticipated expiration: 2015-01-11
Also published as: JP2997025B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、電力変換装置に係り、特に、装置内の各アー
ムを構成するスイッチング素子として、単位半導体スイ
ッチング素子を並列接続して使用する場合に用いて好適
な配線の実装構造を有する電力変換装置に関する。

［従来の技術］電力変換装置に関する従来技術として、例えば、特開昭
６０−１０２８８３号公報等に記載された技術が知られ
ている。

この従来技術は、ｌアームを複数個の単位半導体スイッ
チング素子を並列接続して構成することにより、単体の
素子では電流容量に限りのある半導体素子を使用して、
より大きな電流容量の電力変換装置を得ようとするもの
であり、例えば、電流容量３００Ａの単位半導体素子を
２個並列接続する二とにより、６００Ａの電流容量の電
力変換装置を得ることができるようにしたものである。

［発明が解決しようとする課題］前記従来技術は、各単位半導体スイッチング素子、例え
ば、トランジスタのベースに対する配線をどのように行
うかについて考慮されておらず、トランジスタを駆動す
るベース電流が、出力電流による磁界の影響を受け、並
列接続された各トランジスタに対するベース電流が不均
一となり、並列接続されたトランジスタの電流分担が不
均一となり、並列接続されたトランジスタの性能を充分
に発揮させた電力変換装置を得ることができないという
問題点を有している。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、各単
位半導体素子の電流分担を均一にし、半導体素子の性能
を充分に発揮できるようにすると共に、電流分担の安定
化を図ることができ、信頼性を向上させた電力変換装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明によれば前記目的は、１つのアームが複数個の単
位半導体スイッチング素子を並列接続して構成された電
力変換装置において、前記単位半導体スイッチング素子
の制御端子及び補助制御端子と、そのドライブ回路との
間の配線を、前記単位半導体スイッチング素子毎にその
配線長、周囲の磁界による影響が同一となるように、ツ
イストペア線を前記単位半導体スイッチング素子相互の
中央から互いに撚り合わせて配置して行い、また、その
途中を固定用具で固定することにより、また、ツイスト
ペア線に代わり同軸ケーブルを使用することにより達成
される。

すなわち、本発明は、単位半導体スイッチング素子とし
て、補助エミッタを有するトランジスタを使用する場合
、前記単位トランジスタのベース端子及び補助エミッタ
端子と、ベースドライブ回路との間の配線を、前記単位
トランジスタ個別に、ベース端子と補助エミッタ端子と
の間の中央から撚り合わせたツイストペア線で構成し、
このツイストペア線を前記単位トランジスタ相互の中央
から互いに撚＋）合わせて配置し、固定用具で固定して
構成される。

［作　用］単位トランジスタのベース端子及び補助エミッタ端子と
、ベースドライブ回路との間の配線を、各単位トランジ
スタ個別に、ベース端子と補助エミッタ端子との間の中
央から撚り合わせたツイストペア線により同一長さに構
成し、ツイストペア線を単位トランジスタ相互の中央か
ら互いに撚り合わせて構成しているので、ベース及び補
助エミッタ配線が、出力電流による磁界の影響を受けに
くくなり、たとえ、磁界の影響を受けた場合にも、各ト
ランジスタ毎のベース及び補助エミッタ配線が受ける磁
界の影響を均一にすることができるため、ベース電流が
不均一となることを防止することができ、各単位トラン
ジスタの電流分担を均一にすることができる。

また、ベース端子及び補助エミッタ端子と、ベースドラ
イブ回路との間の配線を、固定用具（東線バンド等）で
固定することにより、前述の作用が安定化されるため、
信頼性の向上を図ることができる。

［実施例］以下、本発明による電力変換装置の実施例を図面により
詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における１アームの実装
状態を示す正面図、第２図は第１図の■■視図、第３図
はその特性を説明する図、第４図は電力変換装置全体の
実体図、第５図は電力変換装置による電動機の制御回路
図である。第１図〜第５図において、１．２は単位トラ
ンジスタ、３〜５は主端子、６はベースドライブ回路、
７はベース端子、８は補助エミッタ端子、９はアームで
ある。

まず、本発明が適用される電力変換装置の全体の構成を
説明する。以後説明する本発明の実施例は、星位スイッ
チング素子として、補助エミッタを持つトランジスタを
使用したものである。

第１図、第２図及び第４図に示す単位トランジスタ１．
２は、第５図に示すように主トランジスタＴと逆阻止ダ
イオードＤを内蔵したトランジスタモジュールであり、
各単位トランジスタ１．２のそれぞれは、同一主端子を
２個ずつ有し、単位トランジスタの主端子を相互に接続
する配線体Ａによって並列接続され、電力変換器の１ア
ームを構成している。

各アームは、アーム相互間を配線体Ｂにより接続するこ
とにより、第４図、第５図に示すように、三相ブリッジ
の電力変換器であるコンバータ回路１０を構成している
。このコンバータ回路１ｏと同様に構成されたインバー
タ回路１１は、前記コンバータ回路１ｏに接続され、交
流に変換した電力を出力することにより、例えば、誘導
電動機ＩＭの制御を行う。

第１図、第２図において、単位トランジスタ１．２は、
ベース端子７、補助エミッタ端子８、主端子３〜５を備
えて構成され、主端子３は主エミッタ端子、主端子４は
コレクタ端子、主端子５は逆阻止ダイオードのアノード
端子である。

トランジスタ１．２の主端子３は、出力電流を、取り出
す端子であり、相互に配線体Ａにより接続され、さらに
、他のアームとの接続を行うための配線体Ｂが、配線体
Ａの中央部に接続される。

単位トランジスタｌ、２は、そのベース端子７と補助エ
ミッタ端子８から、ベースドライブ回路６までの間がツ
イストペア線ＴＰ、、ＴＰ、で接続され、ベース端子か
ら流入するベース電流ＩＢＩ、ＩＢ２に従って、スイッ
チング動作を行なう。

ベース端子７及びエミッタ端子８からベースドライブ回
路６までの配線は、撚り合わせられたツイストペア線Ｔ
Ｐ、、ＴＰ、により構成され、該ツイストペア線ＴＰ、
、ＴＰ、は、さらに相互に撚り合わせられて構成されて
いる。

次に、ツイストペア線ＴＰ、、ＴＰ、について詳細に説
明する。

前記ツイストペア線ＴＰ、、ＴＰ、は、その撚り合わせ
開始部Ｐ２が、ベース端子７からの距離αと補助エミッ
タ端子８からの距離Ｑ、とを等しく（］＝４□）したベ
ース端子７と補助エミッタ端子８の中央部に設けられ、
この撚り合わせ開始部Ｐ２が、固定用具Ｓで固定されて
構成される。

また、ツイストペア線ＴＰ、、ＴＰ、は、単位トランジ
スタ１．２に対して等距離Ｑ、＝　Ｑ、にある部分（ｐ
＋部）から相互に撚り合わせを開始し、この撚り合わせ
開始部Ｐ、　　を固定用具Ｓで固定し、さらに、ベース
ドライブ回路６に至るまでの要所を固定用具Ｓで固定し
て、配線長も同一となるように構成される。

第１図、第２図に示す本発明の第１の実施例は、ベース
端子７、補助エミッタ端子８と、ベースドライブ回路６
との間の配線を、前述したように実装することにより、
トランジスタ１．２の出力電流によって受ける磁界の影
響を均一に、がっ、小さくすることができ、２つのトラ
ンジスタのベース電流にアンバランスが生じることがな
く、並列接続されたトランジスタの電流分担を均一にす
ることができる。

すなわち、ツイストペア線ＴＰ、の距離Ｑ、の部分が受
ける出力電流■１　による磁界の影響と、ツイストペア
線ＴＰ、の距離℃、の部分が受ける出力電流■３　によ
る磁界の影響とが、同様になものとなるため、ベース電
流ＩＡＩ、ＩＢ２の変化も同様になり、また、ツイスト
ペア線ＴＰ、、ＴＰ、相互のより合わせによって前記磁
界の影響自体が総合的に低減されるため、ベース電流Ｉ
ＢＩ、ＩＢ２の変化量も小さくなる。

この結果、両者のベース電流は、ＩＢＩ＝ｕ２となるた
め、単位トランジスタの出力電流■１、■。

も等しくなり、トランジスタ１．２の電流分担を均一に
することができる。

第３図（ａ）、第３図（ｂ）は、従来技術と前述した本
発明の実施例とにおける、トランジスタ１．２の電流特
性をそれぞれ示すものであり、両者を比較すると、本発
明の実施例の場合には、ベース電流ｒａｔ、Ｘａａ及び
出力電流１１、■、が均一になっていることが分かる。

また、前述の実施例によれば、ツイストペア線ＴＰ、、
ＴＰ、が、固定用具Ｓによって要所を適度に固定されて
いるので、トランジスタの出力電流による磁界の影響が
安定に保たれるため、電力変換装置の信頼性の向上を図
ることができる。

前述した本発明の第１の実施例は、１つのアームを、２
つのトランジスタを並列に接続して構成した例であるが
、本発明は、さらに、多数のトランジスタを並列に接続
して１つのアームを構成する場合にも適用することがで
きる。

第６図は本発明の第２の実施例を示す正面図であり、こ
の実施例は、トランジスタを４個並列接続して１つのア
ームを構成した例である。

この本発明の第２の実施例は、単位トランジスタ１．２
のベース及び補助エミッタが前述した本発明の第１の実
施例の場合と同様に、ツイストペア線ＴＰ、、ＴＰ、に
より接続され、また、単位トランジスタ１′、２′のベ
ース及び補助エミッタが前述した本発明の第１の実施例
の場合と同様に、ツイストペア線ＴＰ、’、ＴＰ２°に
より接続されて構成され、さらに、ツイストペア線ＴＰ
、、ＴＰ、、ＴＰ、″、ＴＰ２″が、対になった二組の
トランジスタ対の中央部からさらにより合わされてベー
スドライブ回路６に接続されて構成されている。

この場合、対となったトランジスタの主端子３相互間を
接続する配線体Ａ、Ａ’　は、その中央部で配線体Ｃに
より相互接続され、さらに、その中央部で、他のアーム
に接続するための配線体Ｂに接続されている。

このように構成される本発明の第２の実施例によっても
、全てのツイストペア線ＴＰ、、ＴＰ、、ＴＰ、’、Ｔ
　Ｐ　ｚ’は、同一の長さとなり、トランジスタの出力
電流による磁界の影響も同一となるので、前述した本発
明の第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

前述した本発明の実施例は、ベースドライブ回路と、ベ
ース端子及び補助エミッタ端子との間をツイストペア線
により接続するものであったが、ツイストペア線の代わ
りに同軸ケーブルを使用することもできる。

第７図は本発明の第３の実施例の構成を示す正面図であ
る。第７図において、６′はゲートドライブ回路、１２
．１３は単位ＩＧＢＴ、１４はゲート端子、ＤＣＩ、Ｄ
Ｃ２は同軸ケーブルであり、他の符号は第１図の場合と
同一である。

この本発明の第３の実施例は、半導体スイッチング素子
としてＩＧ、Ｅ３Ｔを使用し、ゲート端子及び補助エミ
ッタ端子と、ゲートドライブ回路６との間の配線に同軸
ケーブルを使用したものである。

すなわち、この実施例は、単位Ｉ　ＧＢＴ　１２のゲー
ト端子１４及び補助エミッタ端子８と、ゲートドライブ
回路６′　との間を１本の同軸ケーブルＤＣＩにより、
また、同様に単位ＩＧＢＴ１３のゲート端子及び補助エ
ミッタ端子と、ゲートドライブ回路６′　との間を１本
の同軸ケーブルＤＣ２により接続して構成されている。

そして、この同軸ケーブルＤＣＩ、ＤＣ２は、２つの単
位ＩＧＢＴ１２．１３の中央部から束ねられ、ゲートド
ライブ回路６′　まで配線される。

また、同軸ケーブルの中心導体と外部導体とは、第７図
に示すように、ゲート端子１４と補助エミッタ端子８と
の中央部で前記２つの導体に分離されて、それぞれ、ゲ
ート端子１４及び補助エミッタ端子８に接続される。こ
の構成は、Ｉ　ＧＢＴ　１３の側も同一である。

本発明の第３の実施例における他の構成は、本発明の第
１の実施例の場合と同一であり、このような本発明の実
施例によっても、前述した第１の実施例と同様な効果を
得ることができる。

前述により説明した実施例は、アームを構成する複数の
スイッチング素子として、バイポーラトランジスタ、Ｉ
ＧＢＴを使用したものであるが、本発明は、これ以外の
他の半導体スイッチング素子を使用する電力変換装置に
適用することができる。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、ベース電流が受け
る出力電流による磁界の影響を除去できるため、出力電
流の電流分担が均一になる。そのため、トランジスタの
電流利用率を均一にすることができ、トランジスタの経
済的な使用ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるｌアームの実装
状態を示す正面図、第２図は第１図の■■視図、第３図
はその特性を説明する図、第４図は電力変換装置全体の
実体図、第５図は電力変換装置による電動機の制御回路
図、第６図は本発明の第２の実施例を示す正面図、第７
図は本発明の第３の実施例の構成を示す正面図である。ｌ、２・・・・・・単位トランジスタ、３〜５・・・・
・・主端子、６・・・・・・ベースドライブ回路、７・
・・・・・ベース端子、８・・・・・・補助エミッタ端
子、９・・・・・・アーム、Ａ、Ｂ・・・・・・配線体
、Ｓ・・・・・・固定用具、ＴＰ、、ＴＰ、・・・・・
・ツイストペア線。＊／図Ｎ− 鑓〜ミ第６因

Claims

【特許請求の範囲】１、各アームが、複数個の単位半導体スイッチング素子
を並列接続して構成される電力変換装置において、前記
単位半導体スイッチング素子の制御端子及び補助制御端
子と、制御回路との間の配線を、出力電流による磁界の
影響を受けないか、あるいは、均等に受けるように配置
したことを特徴とする電力変換装置。２、各アームが、複数個の単位半導体スイッチング素子
を並列接続して構成される電力変換装置において、前記
単位半導体スイッチング素子の制御端子及び補助制御端
子と、制御回路との間の配線を、全て同一長さとなるよ
うに構成し、互いに撚りあわせたことを特徴とする電力
変換装置。３、各アームが、複数個の単位半導体スイッチング素子
を並列接続して構成される電力変換装置において、前記
単位半導体スイッチング素子の制御端子及び補助制御端
子と、制御回路との間の配線を、前記単位半導体スイッ
チング素子個別に、制御端子及び補助制御端子の中央か
ら撚り合わせたツイストペア線により構成し、さらに、
これらのツイストペア線を前記単位半導体スイッチング
素子相互の中央から互いに撚り合わせて構成したことを
特徴とする電力変換装置。４、各アームが、複数個の単位半導体スイッチング素子
を並列接続して構成される電力変換装置において、前記
単位半導体スイッチング素子の制御端子及び補助制御端
子と、制御回路との間の配線を、前記単位半導体スイッ
チング素子個別に、１本の同軸ケーブルにより構成し、
これらの同軸ケーブルを前記単位半導体スイッチング素
子相互の中央から互いに束ねて構成したことを特徴とす
る電力変換装置。５、前記単位半導体スイッチング素子がトランジスタで
あり、前記制御端子及び補助制御端子が、それぞれベー
スまたはゲート端子及び補助エミッタ端子であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のうち１
項記載の電力変換装置。６、前記ツイストペア線、同軸ケーブルは、固定用具に
より固定されることを特徴とする特許請求の範囲第３項
、第４項または第５項記載の電力変換装置。