JPH08140363A

JPH08140363A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH08140363A
Application number: JP6295529A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Hatosaki; 芳久鳩崎
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】電力変換装置における主回路の配線インダク
タンスの減少、均一化を図り、スイッチ素子を保護す
る。素子の定格やスナバコンデンサ容量の増大を防ぎ、
コスト低減、小形化を可能にする。【構成】冷却体上に、複数の半導体スイッチ素子と、
これらのスイッチ素子に接続されたスナバコンデンサ
と、電源となる平滑コンデンサと、この平滑コンデンサ
に接続された正極及び負極の直流母線とが少なくとも配
置される電力変換装置に関する。冷却体１の上面に、ス
イッチ素子２、スナバコンデンサ３、直流母線４，５、
平滑コンデンサ６を積層状に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体スイッチ素子、
スナバコンデンサ、平滑コンデンサ、直流母線等を接続
して構成される主回路の構造を改良した電力変換装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、従来の主回路構造を示すもの
で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図である。
これらの図において、１はフィン１ａを有する冷却体で
あり、その上面には、上下アームを構成する２個の直列
接続されたトランジスタからなる半導体スイッチ素子２
が６個配置されている。４’，５’はそれぞれ負極、正
極の直流母線であり、各スイッチ素子２の負側端子（Ｅ
２）、正側端子（Ｃ１）に短絡バー１４，１３を介して
接続されている。ここで、負側端子（Ｅ２）はスイッチ
素子２内の下アームのトランジスタのエミッタを、正側
端子（Ｃ１）は上アームのトランジスタのコレクタを示
すものである。

【０００３】各スイッチ素子２の負側端子（Ｅ２）、正
側端子（Ｃ１）の間には、それぞれスナバコンデンサ
３’が接続されている。なお、図１３（ａ）では便宜
上、片側の３個のスイッチ素子２にのみスナバコンデン
サ３’が接続されている状態を示してあるが、実際に
は、他側の３個のスイッチ素子２の負側端子、正側端子
間にも接続されている（図１３（ｂ）参照）。

【０００４】直流母線４’，５’の間には、短絡バー
７，８を介して、直流電源となる４個の平滑コンデンサ
６が並列に接続されている。また、図１３（ａ）におい
て、１６は隣合うスイッチ素子２の出力端子（Ｅ１Ｃ
２）を相互に接続した短絡バー１５から引き出された
Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の出力電線であり、図示されていない出
力端子台に接続される。ここで、出力端子（Ｅ１Ｃ２）
は、スイッチ素子２内の上アームのトランジスタのエミ
ッタ及びこのエミッタに接続されている下アームのトラ
ンジスタのコレクタを示している。

【０００５】上記構成から明らかなように、平滑コンデ
ンサ６はスイッチ素子２が配置された冷却体１の側方に
配置されており、このような配置関係上、直流母線
４’，５’や短絡バー１４，１３を介した平滑コンデン
サ６と各スイッチ素子２との間の配線距離は、平滑コン
デンサ６から遠い距離にあるスイッチ素子２と近い距離
にあるスイッチ素子２とで不均一になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】さて、近年ではスイッ
チの高速化にともなって半導体スイッチ素子にＩＧＢＴ
（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を使用する電力
変換装置が増えている。このような電力変換装置では、
スイッチ素子のオン／オフを切り替える時間間隔が短く
なり、配線距離の不均一つまり配線インダクタンスの不
均一が素子の電流負担に大きく影響する。

【０００７】スイッチ素子の電流負担にアンバランスが
生じると、過電流による素子破壊を助長するので、スイ
ッチ素子の定格やスナバ回路容量の増大を招き、ひいて
はコストの上昇や装置の大形化を招くことになる。ま
た、上記従来技術では、スナバコンデンサ３の持つ配線
インダクタンスにより、スイッチング時に電圧が跳上
り、スイッチ素子２に過電圧が印加されるおそれもあっ
た。

【０００８】つまり従来では、配線インダクタンス及び
その不均一に起因して上記種々の問題を生じていた。加
えて、直流母線４’，５’や短絡バー１３，１４，１５
等の配線部品の数が多く、製造工数やコストを増大させ
る原因となっていた。

【０００９】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、配線インダクタ
ンスを均一にすると共にその値自体を小さくしてスイッ
チ素子の定格やスナバ回路容量の増大を防ぎ、コストの
低減や装置の小形化、部品数の削減を図ることができる
電力変換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】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載した本発明は、冷却体上に、複数の
半導体スイッチ素子と、これらのスイッチ素子に接続さ
れたスナバコンデンサと、電源となる平滑コンデンサ
と、この平滑コンデンサに接続された正極及び負極の直
流母線とが少なくとも配置される電力変換装置におい
て、冷却体の上面に、スイッチ素子、スナバコンデン
サ、直流母線、平滑コンデンサを順次、積層状に配置し
たものである。

【００１１】なお、本発明においては、請求項２に記載
したように、正極及び負極の直流母線を絶縁材料を介し
て積層状に配置し、これらの直流母線の下方にスイッチ
素子をほぼ対称的に配置することが望ましい。更に、請
求項３に記載したように、複数のスイッチ素子の出力端
子を短絡して出力端子台との間に接続される各相の出力
バーに、互いに平行な折返し部を備えることが望まし
い。

【００１２】

【作用】本発明では、スイッチ素子、スナバコンデン
サ、直流母線、平滑コンデンサを冷却体の上方に積層状
に配置することにより、平滑コンデンサと各スイッチ素
子との間の配線距離を短くし、ほぼ均一にすることがで
きる。これに加え、必要に応じてスイッチ素子を直流母
線の下方両側に接続するなどの方法によって対称的に配
置し、各相の出力バーに折返し部を設けることにより、
配線インダクタンスの減少及び均一化を図ることができ
る。

【００１３】

【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の第１実施例の構成を示すもので、
図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）
は図１（ｂ）のＡ方向の矢視図である。ここで、図１
（ａ）では、実際には紙面の表側で最も手前に表われる
平滑コンデンサ６を便宜上、省略した状態で図示してあ
る。

【００１４】これらの図において、フィン１ａを有する
冷却体１の上面には、前記同様に上下アームを構成する
２個の直列接続されたトランジスタからなる半導体スイ
ッチ素子２が６個配置されている。なお、図２は図１の
実施例の回路図であり、以下では必要に応じて図２を参
照しつつ説明する。図２から明らかなように、この実施
例は本発明を並列三相二重インバータに適用した場合の
ものである。

【００１５】図１（ａ）の左右に隣合う各２個のスイッ
チ素子２の出力端子（Ｅ１Ｃ２）は、図３に示すよう
に、互いに平行な折返し部３０ａ，３０ｂと折返し部３
０ｂに直交する直線部３０ｃとを有する構造の出力バー
９，１０，１１により接続され、これらの出力バー９，
１０，１１は図示されていない出力端子台に接続されて
いる。すなわち、図１（ａ）の上段の２個のスイッチ素
子２の出力端子（Ｅ１Ｃ２）はＷ相出力バー１１によ
り、図１（ａ）の中段の２個のスイッチ素子２の出力端
子（Ｅ１Ｃ２）はＶ相出力バー１０により、図１（ａ）
の下段の２個のスイッチ素子２の出力端子（Ｅ１Ｃ２）
はＵ相出力バー９により、それぞれ接続される。なお、
図３において、３１は出力端子（Ｅ１Ｃ２）に接続する
ための通孔である。

【００１６】図１（ａ），（ｂ）において、各スイッチ
素子２の正側端子（Ｃ１）、負側端子（Ｅ２）の間には
チップ状のスナバコンデンサ３がそれぞれ接続されてい
る。このスナバコンデンサ３は、スイッチ時の電圧の跳
上りを抑制してスイッチ素子２を保護するためのもので
ある。なお、図２では便宜上、一つのスイッチ素子２に
接続されたスナバコンデンサ３しか図示されていない。

【００１７】また、図１（ａ），（ｂ）において、隣合
う２個のスイッチ素子２にまたがるように、図４に示す
構造の銅板からなる負極、正極の直流母線４，５が接続
されている。負極の直流母線４は、図２に示すごとく各
スイッチ素子２の負側端子（Ｅ２）を接続するものであ
り、正極の直流母線５は、各スイッチ素子２の正側端子
（Ｃ１）を接続するものである。

【００１８】これらの直流母線４，５はほぼ同一の幅と
長さを有しており、機能的には図１３の直流母線４’，
５’及び短絡バー１３，１４を兼用している。図１
（ａ），（ｂ）に示されるように、直流母線４，５は絶
縁板１２を間に介在させて重ね合わせ、負側端子（Ｅ
２）及び正側端子（Ｃ１）に接続される。なお、図４で
は上記絶縁板１２の図示を省略してある。

【００１９】更に、直流母線４，５の各々一方の側部に
は、図４に示すごとくコンデンサ接続部４ａ，５ａが付
設されており、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、４個
の平滑コンデンサが短絡バー７，８及び上記コンデンサ
接続部４ａ，５ａを介して直流母線４，５の間に並列に
接続されている。図２では、便宜上、平滑コンデンサ６
を１個にまとめて示してある。なお、図２において、３
２は出力端子台を示す。

【００２０】本実施例においては、図１（ｂ）に示すよ
うに、下から冷却体１、スイッチ素子２、スナバコンデ
ンサ３、直流母線４，５、平滑コンデンサ６というよう
に順次、積装状に配置したことにより、平滑コンデンサ
６の短絡バー７，８から直流母線４，５までの配線距離
を比較的短く、かつほぼ同じ長さにすることができる。
従って、上記配線距離における配線インダクタンスを従
来よりも小さくし、しかもほぼ均一にすることが可能で
ある。

【００２１】また、直流母線４，５をほぼ同一構造にす
ることにより、これらの配線インダクタンスを概ね等し
くすることができると共に、直流母線４，５を隣合うス
イッチ素子２の中央上方に配置し、これらの直流母線
４，５のほぼＬ字形の接続片にスイッチ素子２が対称的
にぶら下がるような形で接続することにより、直流母線
４，５と各スイッチ素子２との間の配線距離を等しくし
て配線インダクタンスを均一にすることが可能である。
よって、結果的に平滑コンデンサ６から各スイッチ素子
２に至る配線インダクタンスの均一化が図られる。

【００２２】更に、上記ほぼＬ字形の接続片は直流母線
４，５の本体に対し直交しているため電流によって生じ
る磁界の影響を受けにくい。上記実施例において、出力
バー９，１０，１１に折返し部３０ａ，３０ｂを設ける
ことにより、配線距離が延びた分の配線インダクタンス
を相殺することができる。

【００２３】次に、図５ないし図７は本発明の第２実施
例を示すものであり、第１実施例と同一部材には同一符
号を付してある。この実施例は、素子レイアウト上の制
約により、各２個のスイッチ素子２を縦に３段並べられ
ない場合のものであり、図５に示すように、２個のスイ
ッチ素子２の向きを他の４個に対し直交させて配置して
ある。なお、図５は主要部の構成を示しており、実際に
は、以下に述べる直流母線、スナバコンデンサ、平滑コ
ンデンサ等が更に接続される。また、図５において、９
Ａ，１０ＡはそれぞれＵ相，Ｖ相出力バーである。

【００２４】本実施例において、負極の直流母線４Ａに
は図６、正側の直流母線５Ａには図７の構造のものがそ
れぞれ用いられ、両者は正側の直流母線５Ａが上になる
ように絶縁板（図示せず）を介して重ね合わされる。な
お、正側の直流母線５Ａには短絡バー１３を付設するこ
とにより、簡単な加工で配線を行うことができる。図示
しないが、短絡バー１３を一体化して直流母線５Ａを形
成してもよい。

【００２５】次いで、図８ないし図１２は本発明の第３
実施例を示している。この実施例は、図１（ｂ）と対比
した図８から明らかなように、スイッチ素子２を３列に
配置した例である。この図８において、平滑コンデンサ
６は図示を省略してある。

【００２６】本実施例では、図９、図１０に示すような
構造の間座バー１４，１５を形成してこれらにより直流
母線４Ｂ，５Ｂの中央部を支持することとした。図１１
は各相の出力バー９Ｂ，１０Ｂ，１１Ａを示しており、
横方向にスイッチ素子２が３個並ぶことに対応して端子
接続用の通孔３１が３個設けられている。図１２は直流
母線４Ｂ，５Ｂを示すもので、正極及び負極が相互に干
渉する部分には大きな角孔３３を形成して絶縁距離を十
分に確保するようにしてある。

【００２７】上記各実施例は本発明をインバータに適用
した場合のものであるが、本発明の着想は整流回路やチ
ョッパ、サイクロコンバータ等にも適用可能である。ま
た、半導体スイッチ素子の種類はＩＧＢＴに限らず、通
常のバイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、各種のサイリス
タ等であってもよく、その数や電力変換装置の相数、ス
ナバコンデンサや平滑コンデンサの数は何ら限定的なも
のではない。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、スイッチ
素子、スナバコンデンサ、直流母線、平滑コンデンサを
冷却体の上方に順次、積層状に配置したため、平滑コン
デンサと各スイッチ素子との間の配線距離を短くし、ほ
ぼ均一にすることができる。これにより、配線インダク
タンスの減少及び均一化が可能になり、過電流や過電圧
がスイッチ素子等を破壊する恐れがなくなり、素子の定
格やスナバコンデンサの容量増大によるコストの上昇、
装置全体の大形化を防ぐことができる。更に、直流母線
に対しスイッチ素子を対称的に配置したり出力バーの構
造を工夫することにより、配線インダクタンスの減少や
均一化を一層すすめることができ、直流母線の改良によ
って部品数の削減も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示すもので、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ
方向の矢視図である。

【図２】第１実施例における各相出力バーの斜視図であ
る。

【図３】第１実施例における正負直流母線の斜視図であ
る。

【図４】第１実施例の回路図である。

【図５】本発明の第２実施例の主要部の構成を示す平面
図である。

【図６】第２実施例における負極の直流母線の斜視図で
ある。

【図７】第２実施例における正極の直流母線の斜視図で
ある。

【図８】本発明の第３実施例の主要部の構成を示す正面
図である。

【図９】第３実施例における間座バーの正面図及び側面
図である。

【図１０】第３実施例における間座バーの正面図及び側
面図である。

【図１１】第３実施例における出力バーの斜視図であ
る。

【図１２】第３実施例における直流母線の斜視図であ
る。

【図１３】従来技術を示すもので、（ａ）は平面図、
（ｂ）は正面図である。

【符号の説明】

１冷却体１ａフィン２半導体スイッチ素子３スナバコンデンサ４，４Ａ，４Ｂ，５，５Ａ，５Ｂ直流母線４ａ，５ａコンデンサ接続部６平滑コンデンサ７，８，１３短絡バー９，９Ａ，９Ｂ，１０，１０Ａ，１０Ｂ，１１，１１Ａ
出力バー１２絶縁板１４，１５間座バー３０ａ，３０ｂ折返し部３０ｃ直線部３１通孔３２出力端子台３３角孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却体上に、複数の半導体スイッチ素子
と、これらのスイッチ素子に接続されたスナバコンデン
サと、電源となる平滑コンデンサと、この平滑コンデン
サに接続された正極及び負極の直流母線とが少なくとも
配置される電力変換装置において、冷却体の上面に、スイッチ素子、スナバコンデンサ、直
流母線、平滑コンデンサを順次、積層状に配置したこと
を特徴とする電力変換装置。
【請求項２】正極及び負極の直流母線が絶縁材料を介
して積層状に配置され、これらの直流母線の下方にスイ
ッチ素子がほぼ対称的に配置されている請求項１記載の
電力変換装置。
【請求項３】複数のスイッチ素子の出力端子を短絡し
て出力端子台との間に接続される各相の出力バーが、互
いに平行な折返し部を備えてなる請求項１または２記載
の電力変換装置。