(57)【要約】【課題】複数の素子を接続してスナバ装置を構成する場合には、スナバ装置の組み立てや装着に手間がかかる。【解決手段】半導体モジュールの端子に装着するスナバ装置を構成するスナバモジュールであって、半導体モジュールの正側端子に接続される正側スナバ端子および半導体モジュールの負側端子に接続される負側スナバ端子の間に順に接続される、正側コンデンサ、第１ダイオード、および負側コンデンサと、正側コンデンサおよび第１ダイオードの間の第１ノード、および、負側コンデンサおよび第１ダイオードの間の第２ノードのうちの何れか一方のノードに直接または間接に接続される第１連結端子と、正側コンデンサ、負側コンデンサおよび第１ダイオードを収容し、正側スナバ端子、負側スナバ端子および第１連結端子が外部接続可能に設けられた筐体と、を備えるスナバモジュールが提供される。【選択図】図８
2020150786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体モジュールの端子に装着するスナバ装置を構成するスナバモジュールであって、
前記半導体モジュールの正側端子に接続される正側スナバ端子および前記半導体モジュールの負側端子に接続される負側スナバ端子の間に順に接続される、正側コンデンサ、第１ダイオード、および負側コンデンサと、
前記正側コンデンサおよび前記第１ダイオードの間の第１ノード、および、前記負側コンデンサおよび前記第１ダイオードの間の第２ノードのうちの何れか一方のノードに直接または間接に接続される第１連結端子と、
前記正側コンデンサ、前記負側コンデンサおよび前記第１ダイオードを収容し、前記正側スナバ端子、前記負側スナバ端子および前記第１連結端子が外部接続可能に設けられた筐体と、
を備えるスナバモジュール。
【請求項２】
前記一方のノードと、前記第１連結端子との間に設けられ前記負側端子の側から前記正側端子の側に電流を流す第２ダイオードをさらに備える、請求項１に記載のスナバモジュール。
【請求項３】
前記第１ノード、および、前記第２ノードのうち前記一方のノードとは異なる他方のノードに直接または間接に接続される第２連結端子をさらに備える、請求項１または２に記載のスナバモジュール。
【請求項４】
前記他方のノードと、前記第２連結端子との間に設けられ前記負側端子の側から前記正側端子の側に電流を流す第３ダイオードをさらに備える、請求項３に記載のスナバモジュール。
【請求項５】
前記第１連結端子および前記第２連結端子の少なくとも一方は、前記筐体から電線を介して引き出される、請求項３または４に記載のスナバモジュール。
【請求項６】
前記一方のノードを挟み、前記第１ノードおよび前記第２ノードのうち前記一方のノードとは異なる他方のノードと、前記正側スナバ端子または前記負側スナバ端子とを接続した経路上に設けられ前記負側端子の側から前記正側端子の側に電流を流す第４ダイオードをさらに備える、請求項１または２に記載のスナバモジュール。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のスナバモジュールを少なくとも１つ備えるスナバ装置。
【請求項８】
請求項１または２に記載のスナバモジュールと、
請求項３から５のいずれか一項に記載のスナバモジュールと
をそれぞれ少なくとも１つ備え、
各スナバモジュールは、前記第１連結端子および前記第２連結端子を介して順に接続される、スナバ装置。
【請求項９】
前記スナバ装置は、
前記正側端子側から前記負側端子側へと電流を流す並列な複数の充電パスと、
前記負側端子側から前記正側端子側へと電流を流す並列な複数の放電パスと、
を有し、
各放電パスの配線インダクタンスが、各充電パスの配線インダクタンスよりも大きい、請求項８に記載のスナバ装置。
【請求項１０】
半導体モジュールと、
請求項７から９のいずれか一項に記載のスナバ装置と、
を備える電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スナバモジュール、スナバ装置および電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サージ電圧による素子破壊を防止するための種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。例えば、特許文献１では、複数の素子を接続したスナバ装置が提案されている。
特許文献１  特開２０１６−１４４３４０号公報
特許文献２  特開２０１２−９５４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、複数の素子を接続してスナバ装置を構成する場合には、スナバ装置の組み立てや装着に手間がかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（項目１）
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、半導体モジュールの端子に装着するスナバ装置を構成するスナバモジュールが提供される。スナバモジュールは、半導体モジュールの正側端子に接続される正側スナバ端子および半導体モジュールの負側端子に接続される負側スナバ端子の間に順に接続される、正側コンデンサ、第１ダイオード、および負側コンデンサを備えてよい。スナバモジュールは、正側コンデンサおよび第１ダイオードの間の第１ノード、および、負側コンデンサおよび第１ダイオードの間の第２ノードのうちの何れか一方のノードに直接または間接に接続される第１連結端子を備えてよい。スナバモジュールは、正側コンデンサ、負側コンデンサおよび第１ダイオードを収容し、正側スナバ端子、負側スナバ端子および第１連結端子が外部接続可能に設けられた筐体を備えてよい。
【０００５】
（項目２）
スナバモジュールは、一方のノードと、第１連結端子との間に設けられ負側端子の側から正側端子の側に電流を流す第２ダイオードをさらに備えてよい。
【０００６】
（項目３）
スナバモジュールは、第１ノード、および、第２ノードのうち一方のノードとは異なる他方のノードに直接または間接に接続される第２連結端子をさらに備えてよい。
【０００７】
（項目４）
スナバモジュールは、他方のノードと、第２連結端子との間に設けられ負側端子の側から正側端子の側に電流を流す第３ダイオードをさらに備えてよい。
【０００８】
（項目５）
第１連結端子および第２連結端子の少なくとも一方は、筐体から電線を介して引き出されてよい。
【０００９】
（項目６）
スナバモジュールは、一方のノードを挟み、第１ノードおよび第２ノードのうち一方のノードとは異なる他方のノードと、正側スナバ端子または負側スナバ端子とを接続した経路上に設けられ負側端子の側から正側端子の側に電流を流す第４ダイオードをさらに備えてよい。
【００１０】
（項目７）
本発明の第２の態様においては、スナバ装置が提供される。スナバ装置は、第１の態様のスナバモジュールを少なくとも１つ備えてよい。
【００１１】
（項目８）
本発明の第３の態様においては、スナバ装置が提供される。スナバ装置は、項目１または２のスナバモジュールと、項目３から５の何れか１つのスナバモジュールとをそれぞれ少なくとも１つ備えてよい。各スナバモジュールは、第１連結端子および第２連結端子を介して順に接続されてよい。
【００１２】
（項目９）
スナバ装置は、正側端子側から負側端子側へと電流を流す並列な複数の充電パスを有してよい。スナバ装置は、負側端子側から正側端子側へと電流を流す並列な複数の放電パスを有してよい。各放電パスの配線インダクタンスが、各充電パスの配線インダクタンスよりも大きくてよい。
【００１３】
（項目１０）
本発明の第４の態様においては、電力変換装置が提供される。電力変換装置は、半導体モジュールを備えてよい。電力変換装置は、第２の態様または第３の態様のスナバ装置を備えてよい。
【００１４】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る電力変換装置１の回路図である。
【図２】スイッチング素子１１がターンオフされた場合の電流の流れを示す。
【図３】スイッチング素子１１がターンオンされた場合の電流の流れを示す。
【図４】第１の構成例に係るスナバモジュール７０１を示す。
【図５】第２の構成例に係るスナバモジュール７０２を示す。
【図６】第３の構成例に係るスナバモジュール７０３を示す。
【図７】スナバモジュール７０１〜７０３の外観を示す。
【図８】スナバモジュール７０の接続例を示す。
【図９】電力変換装置１の外観構成を示す。
【図１０】配線バー７９の変形例を示す
【図１１】第１連結端子７５，第２連結端子７６の変形例を示す。
【図１２】スナバモジュール７０１同士の接続例を示す。
【図１３】変形例に係るスナバモジュール７０１Ａを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１７】
［１．半導体装置１の回路構成］
図１は、本実施形態に係る半導体装置１の回路図である。半導体装置１は電力変換装置の一例であり、直流電力を多相（本実施形態では一例として３相）交流電力に変換する。半導体装置１は、コンデンサ１０の各電極と電源出力端子１９との接続を切り替えることで変換した電圧を電源出力端子１９から出力する。なお、出力される交流電流の帰路は他の相の電源出力端子１９であってよい。電源出力端子１９には誘導負荷（図示せず）が接続されてよい。半導体装置１は、コンデンサ１０と、１または複数（本実施形態では一例として相ごとに１つずつの計３つ）のスイッチ回路３と、スナバ回路２とを備える。なお、半導体装置１は直流電力を単相交流電力に変換してもよい。この場合に半導体装置１は、スイッチ回路３を１つのみ備え、直列接続された２つのコンデンサ１０を備えてよく、電源出力端子１９から出力される交流電流の帰路をコンデンサ１０の中点としてよい。
【００１８】
コンデンサ１０は、直流電源として機能する。コンデンサ１０の正極には正側電源線１０１が接続され、負極には負側電源線１０２が接続される。正側電源線１０１および負側電源線１０２には、その配線長に応じて配線インダクタンス１０１１が存在しうる。なお、図１では１つのコンデンサ１０が図示されているが、直列または並列に接続された複数のコンデンサ１０が半導体装置１に具備されてもよい。コンデンサ１０は、正側電源線１０１および負側電源線１０２の間の電圧を平滑化する平滑コンデンサでもよい。この場合には、正側電源線１０１および負側電源線１０２の間には、図示しない電源がさらに接続されてもよい。
【００１９】
［１．１．スイッチ回路３］
各スイッチ回路３は、スイッチング素子１１、１２および環流ダイオード１３，１４を有する。
【００２０】
スイッチング素子１１，１２は、スイッチング素子１１を正側、スイッチング素子１２を負側として正側電源線１０１および負側電源線１０２の間に直列に接続されている。スイッチング素子１１，１２は、半導体装置１における上アームおよび下アームを構成してよい。
【００２１】
スイッチング素子１１，１２は、それぞれ正側電源線１０１の側にドレイン端子が接続され、負側電源線１０２の側にソース端子が接続される。スイッチング素子１１，１２のゲート端子には、図示しないゲート駆動回路が接続され、スイッチング素子１１，１２のオン／オフを制御する。例えば、スイッチング素子１１，１２は、両方がオフとなるデッドタイムを挟んで択一的に接続状態となるよう制御されてよい。スイッチング素子１１，１２はＰＷＭ方式で制御されてよい。スイッチング素子１１およびスイッチング素子１２の中点には電源出力端子１９が接続される。
【００２２】
スイッチング素子１１，１２は、シリコンを基材としたシリコン半導体素子でもよいし、ワイドバンドギャップ半導体素子でもよい。ワイドバンドギャップ半導体素子とは、シリコン半導体素子よりもバンドギャップが大きい半導体素子であり、例えばＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド、窒化ガリウム系材料、酸化ガリウム系材料、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、または、ＺｎＯなどを含む半導体素子である。なお、スイッチング素子１１，１２はＭＯＳＦＥＴでもよいし、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタなど、他構造の半導体素子でもよい。
【００２３】
環流ダイオード１３，１４は、正側電源線１０１の側がカソードとなるようスイッチング素子１１，１２に逆並列に接続される。環流ダイオード１３，１４は、ショットキーバリアダイオードでもよい。また、環流ダイオード１３，１４は、スイッチング素子１１，１２のボディダイオードでもよい。環流ダイオード１３，１４は、シリコン半導体素子でもよいし、ワイドバンドギャップ半導体素子でもよい。
【００２４】
各スイッチ回路３は、半導体モジュール５としてモジュール化されてよい。この場合には、正側のスイッチング素子１１のドレイン端子が半導体モジュール５の正側端子５１であってよく、負側のスイッチング素子１２のソース端子が半導体モジュール５の負側端子５２であってよい。
【００２５】
［１．２．スナバ回路２］
スナバ回路２は、スイッチング素子１１，１２が電流を遮断した場合に生じるサージ電圧を吸収して半導体装置１の各素子を保護する。スナバ回路２は、半導体モジュール５の正側端子５１，負側端子５２に装着されるスナバ装置７として実装されてよい。
【００２６】
スナバ回路２は、並列なｎ個の充電パス２１と、並列なｎ＋１個の放電パス２２とを有する。なお、個数ｎは１以上の整数であり、本実施形態では一例として３である。また、本実施形態では一例として、３つの充電パス２１を図の左側から順に第１の充電パス２１（１），第２の充電パス２１（２），第３の充電パス２１（３）として説明する。また、４つの放電パス２２を図の左側から順に第１の放電パス２２（１），第２の放電パス２２（２），第３の放電パス２２（３），第４の放電パス２２（４）として説明する。
【００２７】
各充電パス２１は、正側端子５１および負側端子５２の間に直列に順に接続される正側コンデンサ２１１、充電パス用ダイオード２１２、および負側コンデンサ２１３を有する。正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３は、それぞれスナバコンデンサとして機能するものであり、スイッチング素子１１，１２の駆動時に生じる瞬時的なサージ電圧（一例として１０ｎｓより大きく１０μｓ未満の期間で素子に印加されるサージ電圧）を吸収してよい。例えば正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３は、１００ｋＨｚより大きく１００ＭＨｚ未満の振動を抑えてよい。正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３は、一例としてフィルムコンデンサまたは積層セラミックコンデンサであってよい。
【００２８】
充電パス用ダイオード２１２は、正側端子５１の側にアノードを向け、負側端子５２の側にカソードを向けて配設される。これにより、各充電パス２１は正側端子５１側から負側端子５２側へと電流を流す。
【００２９】
各放電パス２２は、放電パス用ダイオード２２１を有する。放電パス用ダイオード２２１は、負側端子５２またはｎ個の充電パス２１のうち第Ｎの充電パス２１（但しＮは０≦Ｎ≦ｎの整数）における負側コンデンサ２１３と、ｎ個の充電パス２１のうち第Ｎ＋１の充電パス２１における正側コンデンサ２１１または正側端子５１と、の間に接続される。例えば、第１の放電パス２２（１）の放電パス用ダイオード２２１は、負側端子５２と、第１の充電パス２１（１）の正側コンデンサ２１１との間に接続される。第２の放電パス２２（２）の放電パス用ダイオード２２１は、第１の充電パス２１（１）の負側コンデンサ２１３と、第２の充電パス２１（２）の正側コンデンサ２１１との間に接続される。第３の放電パス２２（３）の放電パス用ダイオード２２１は、第２の充電パス２１（２）の負側コンデンサ２１３と、第３の充電パス２１（３）の正側コンデンサ２１１との間に接続される。第４の放電パス２２（４）の放電パス用ダイオード２２１は、第３の充電パス２１（３）の負側コンデンサ２１３と、正側端子５１との間に接続される。放電パス用ダイオード２２１は、第Ｎの充電パス２１（Ｎ）または負側端子５２の側にアソードを向け、第Ｎ＋１の充電パス２１（Ｎ＋１）または正側端子５１の側にカソードを向けて配設される。これにより、各放電パス２２は、負側コンデンサ２１３および正側コンデンサ２１１の少なくとも一方を介して負側端子５２側から正側端子５１側へと電流を流す。
【００３０】
［１．３．スナバ回路２の動作］
続いて、スナバ回路２の動作について説明する。なお、本実施形態では、説明の簡略化のため、１つのスイッチング素子１１が駆動される場合について説明する。
【００３１】
まず、スイッチング素子１１がオン、スイッチング素子１２がオフの状態から、スイッチング素子１１がターンオフされる場合の動作について説明する。スイッチング素子１１がオン、スイッチング素子１２がオフの状態では、出力電流は、コンデンサ１０、正側電源線１０１、スイッチング素子１１、および、電源出力端子１９の経路で流れる。このとき、配線インダクタンス１０１１には出力電流が流れてエネルギーが蓄積される。
【００３２】
図２は、この状態からスイッチング素子１１がターンオフされた場合の電流の流れを示す。なお、図中の破線の矢印は電流の流れを示し、実線の矢印はコンデンサ１０、正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３の電圧を示す。
【００３３】
スイッチング素子１１がターンオフされると、出力電流は転流して、コンデンサ１０および正側電源線１０１から各充電パス２１の正側コンデンサ２１１、充電パス用ダイオード２１２および負側コンデンサ２１３に流れ、環流ダイオード１４を介して電源出力端子１９から出力される。これにより、配線インダクタンス１０１１の電流エネルギーは、充電パス２１の正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３の充電により吸収される。そして、出力電流は最終的に、コンデンサ１０、負側電源線１０２、環流ダイオード１４、および、電源出力端子１９の経路に全て転流する。これにより、スイッチング素子１１のターンオフ動作に伴う転流が完了する。
【００３４】
図３は、スイッチング素子１１のターンオフ動作が完了した状態から、あらためてスイッチング素子１１がターンオンされた場合の電流の流れを示す。
【００３５】
あらためてスイッチング素子１１がターンオンされると、コンデンサ１０、負側電源線１０２、環流ダイオード１４、および、電源出力端子１９の経路に流れていた出力電流は、コンデンサ１０、負側電源線１０２、各放電パス２２の放電パス用ダイオード２２１、スイッチング素子１１、および、電源出力端子１９の経路に転流し、このとき放電パス用ダイオード２２１のアノード側／カソード側の正側コンデンサ２１１および／または負側コンデンサ２１３に蓄えられていたターンオフ動作時のエネルギーが放出される。そして、出力電流は最終的にコンデンサ１０、正側電源線１０１、スイッチング素子１１、および、電源出力端子１９の経路に全て転流する。これにより、スイッチング素子１１のターンオン動作に伴う転流が完了する。
【００３６】
ここで、スイッチング素子１１のターンオフ及びターンオンの動作時における正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３の電圧について説明する。ターンオフ動作時における各充電パス２１の正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３の電圧の関係は、以下の式（１）で表される。但し、式中、Ｅはコンデンサ１０の電圧、Ｖｄｃ−ｏｆｆはターンオフ動作時の正側端子５１および負側端子５２の間の端子間電圧である。また、Ｖｐ（１）〜Ｖｐ（３）は第１の充電パス２１（１）〜第３の充電パス２１（３）における正側コンデンサ２１１の電圧である。また、Ｖｎ（１）〜Ｖｎ（３）は第１の充電パス２１（１）〜第３の充電パス２１（３）における負側コンデンサ２１３の電圧である。
【００３７】
Ｅ≦（Ｖｐ（１）＋Ｖｎ（１））
＝（Ｖｐ（２）＋Ｖｎ（２））
＝（Ｖｐ（３）＋Ｖｎ（３））
＝Ｖｄｃ−ｏｆｆ                              …（１）
【００３８】
また、ターンオン動作時における各充電パス２１の正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３の電圧の関係は、以下の式（２）で表される。但し、式中、Ｖｄｃ−ｏｎはターンオン動作時の正側端子５１および負側端子５２の間の端子間電圧である。
【００３９】
Ｅ≧Ｖｐ（１）
＝（Ｖｎ（１）＋Ｖｐ（２））
＝（Ｖｎ（２）＋Ｖｐ（３））
＝Ｖｎ（３）
＝Ｖｄｃ−ｏｎ                      …（２）
【００４０】
式（１）及び式（２）により、各正側コンデンサ２１１および各負側コンデンサ２１３の電圧の関係は以下の式（３）で表される（図２、図３に図示した電圧も参照）。但し、式中、Ｖｄｃは定常時の正側端子５１および負側端子５２の間の端子間電圧である。
【００４１】
Ｅ＝Ｖｄｃ≒Ｖｐ（１）
＝Ｖｎ（３）
＝１．５×Ｖｐ（２）
＝１．５×Ｖｎ（２）
＝３×Ｖｎ（１）
＝３×Ｖｐ（３）                            …（３）
【００４２】
式（３）より、コンデンサ電流が遮断される場合の各充電パス２１における充電電圧（図３では一例として４Ｅ／３）は、放電パス２２のそれぞれにおける放電電圧（図３では一例としてＥ）よりも高いことがわかる。なお、出力電流が逆向きの場合でのスイッチング素子１２のターンオンおよびターンオフ動作においても、回路の対称性より同様の効果が得られるため、詳細な説明は省略する。
【００４３】
以上の半導体装置１におけるスナバ回路２によれば、正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３を有するｎ個の並列な充電パス２１が具備される。従って、半導体モジュール５によって電流が遮断されると、配線インダクタンス１０１１に蓄積されたエネルギーは各充電パス２１を通って正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３を正側端子５１および負側端子５２の間の電圧よりも高い電圧に充電する。これにより、サージ電圧による素子破壊が防止される。
【００４４】
また、スナバ回路２には、負側コンデンサ２１３および正側コンデンサ２１１の少なくとも一方を介して負側端子５２側から正側端子５１側へと電流を流すｎ＋１個の放電パス２２が具備される。従って、半導体モジュール５によって電流が流されると、正側コンデンサ２１１や負側コンデンサ２１３に蓄積されたエネルギーが放電され、各放電パス２２の放電電圧は正側端子５１および負側端子５２の間の電圧まで低下する。
【００４５】
ここで、電流が遮断される場合のｎ個の充電パス２１のそれぞれにおける充電電圧は、放電パス２２のそれぞれにおける放電電圧よりも高いため、電流が遮断されて充電パス２１を充電したエネルギーは、放電パス２２によって放電されても充電パス２１をさらに充電することができない。従って、電流が遮断される場合に正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３を充電したエネルギーは、配線インダクタンス１０１１と正側コンデンサ２１１や負側コンデンサ２１３との共振動作により充放電されて回路損失として消費されることなく正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３に蓄えられて回生される。これにより、共振動作による回路損失が低減される。
【００４６】
そして、このように電流遮断時のサージ電圧による素子破壊を防止するとともに、回路損失を低減することができるため、正側端子５１および負側端子５２に接続される配線のインダクタンスの許容量を大きくすることができる。つまり、正側電源線１０１および負側電源線１０２の配線長の自由度を高めることができる。
【００４７】
［２．スナバモジュール７０の回路構成］
図４〜図６は、第１の構成例〜第３の構成例に係るスナバモジュール７０を示す。スナバ装置７は、少なくとも１つのスナバモジュール７０を備えてよい。なお、本実施形態においては、必要に応じ構成例の番号「１」〜「３」を添え字とすることでスナバモジュール７０や、その構成要素を区別して説明する。
【００４８】
［２−１．構成例（１）］
図４は、第１の構成例に係るスナバモジュール７０１を示す。スナバモジュール７０１は、単独でスナバ装置７に用いられるか、或いは、スナバモジュール７０１〜７０３の何れかの上段側（本実施形態では一例として図中の左側）または下段側（本実施形態では一例として図中の右側）に接続される。
【００４９】
スナバモジュール７０１は、正側スナバ端子７１と、負側スナバ端子７２と、正側コンデンサ２１１と、第１ダイオード７１１と、負側コンデンサ２１３と、第１連結端子７５１と、第２連結端子７６と、第２ダイオード７１２と、筐体７００とを有する。
【００５０】
正側スナバ端子７１は、正側端子５１に接続される。負側スナバ端子７２は、負側端子５２に接続される。
【００５１】
正側コンデンサ２１１、第１ダイオード７１１、および負側コンデンサ２１３は、正側スナバ端子７１および負側スナバ端子７２の間に順に接続される。正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３は、それぞれスナバコンデンサとして機能する。第１ダイオード７１１は、正側端子５１の側から負側端子５２の側に電流を流してよく、充電パス用ダイオード２１２として機能する。ここで、正側コンデンサ２１１および第１ダイオード７１１の間を第１ノード７２１とし、負側コンデンサ２１３および第１ダイオード７１１の間を第２ノード７２２とする。
【００５２】
第１連結端子７５１は、本実施形態においては一例として正側コンデンサ２１１および第１ダイオード７１１の間の第１ノード７２１に直接または間接に接続される。第１連結端子７５１は、負側の連結端子であり、負側端子５２に接続されてもよいし、負側スナバ端子７２に接続されてもよい。また、第１連結端子７５１は、複数のスナバモジュール７０を多段に接続する場合には、他のスナバモジュール７０の連結端子（本実施形態では一例としてスナバモジュール７０２の第１連結端子７５２、または、スナバモジュール７０１の第２連結端子７６）に接続されてもよい。
【００５３】
第２連結端子７６は、本実施形態においては一例として負側コンデンサ２１３および第１ダイオード７１１の間の第２ノード７２２に直接または間接に接続される。第２連結端子７６は、正側の連結端子であり、正側端子５１に接続されてもよいし、正側スナバ端子に接続されてもよい。また、第２連結端子７６は、複数のスナバモジュール７０を多段に接続する場合には、他のスナバモジュール７０の連結端子（本実施形態では一例としてスナバモジュール７０３の第１連結端子７５３、または、スナバモジュール７０１の第１連結端子７５１）に接続されてもよい。なお、第１連結端子７５１や第２連結端子７６が第１ノード７２１や第２ノードに間接に接続されるとは、負側端子５２の側から正側端子５１の側に電流を流すダイオードを介して連結されることであってよい。
【００５４】
第２ダイオード７１２は、第１ノード７２１と、第１連結端子７５１との間に設けられる。第２ダイオード７１２は、負側端子５２の側から正側端子５１の側に電流を流してよく、放電パス用ダイオード２２１として機能する。本実施形態では一例として、第２ダイオード７１２は第１連結端子７５１の側から第１ノード７２１の側に電流を流す。
【００５５】
なお、第２ダイオード７１２は必ずしもスナバモジュール７０１に具備されなくてよい。第２ダイオード７１２は、第１連結端子７５１に外部接続されてもよい。
【００５６】
筐体７００は、少なくとも正側コンデンサ２１１、負側コンデンサ２１３および第１ダイオード７１１を収容し、本実施形態では一例としてスナバモジュール７０の各素子を収容する。筐体７００には、少なくとも正側スナバ端子７１、負側スナバ端子７２および第１連結端子７５１が外部接続可能に設けられ、本実施形態では一例としてスナバモジュール７０の各端子が外部接続可能に設けられている。ここで、端子が外部接続可能に設けられるとは、端子が外部に露出されることであってもよいし、外部に引き出されることであってもよい。
【００５７】
［２−２．構成例（２）］
図５は、第２の構成例に係るスナバモジュール７０２を示す。スナバモジュール７０２は、単独でスナバ装置７に用いられるか、或いは、スナバモジュール７０１，７０３の上段側（本実施形態では一例として図中の左側）に接続される。なお、スナバモジュール７０１と同様の構成については適宜、説明を省略する。
【００５８】
スナバモジュール７０２は、第１連結端子７５２と、第４ダイオード７１４２とを有する。
第１連結端子７５２は、本実施形態では一例として負側コンデンサ２１３および第１ダイオード７１１の間の第２ノード７２２に直接または間接に接続される。この第１連結端子７５２は、正側の連結端子であり、正側端子５１に接続されてよい。また、第１連結端子７５２は、複数のスナバモジュール７０を多段に接続する場合には、他のスナバモジュール７０の負側の連結端子（本実施形態では一例として、スナバモジュール７０１の第１連結端子７５１、または、スナバモジュール７０３の第１連結端子７５３）に接続されてもよい。
【００５９】
第４ダイオード７１４２は、第２ノード７２２を挟み、第１ノード７２１と負側スナバ端子７２とを接続した経路上に設けられる。第４ダイオード７１４２は、負側端子５２の側から正側端子５１の側に電流を流してよく、放電パス用ダイオード２２１として機能する。本実施形態では一例として、第４ダイオード７１４２は、負側端子５２の側から正側コンデンサ２１１の側に電流を流す。
【００６０】
なお、第１連結端子７５２と、その接続元の第２ノード７２２との間には、負側端子５２の側から正側端子５１の側に電流を流す第２ダイオード７１２がさらに設けられてもよい。第１連結端子７５２には第２ダイオード７１２が外部接続されてもよい。
【００６１】
［２−３．構成例（３）］
図６は、第３の構成例に係るスナバモジュール７０３を示す。スナバモジュール７０３は、単独でスナバ装置７に用いられるか、或いは、スナバモジュール７０１，７０２の下段側（本実施形態では一例として図中の右側）に接続される。なお、スナバモジュール７０１，７０２と同様の構成については適宜、説明を省略する。
【００６２】
スナバモジュール７０３は、第１連結端子７５３と、第４ダイオード７１４３とを有する。
第１連結端子７５３は、本実施形態では一例として正側コンデンサ２１１および第１ダイオード７１１の間の第１ノード７２１に直接または間接に接続される。本実施形態では一例として、第１連結端子７５３は第２ダイオード７１２を介して第１ノード７２１に間接に接続される。但し、第２ダイオード７１２は必ずしもスナバモジュール７０３に具備されなくてよい。第２ダイオード７１２は、第１連結端子７５３に外部接続されてもよい。
【００６３】
第１連結端子７５３は、負側の連結端子であり、負側端子５２に接続されてよい。また、第１連結端子７５３は、複数のスナバモジュール７０を多段に接続する場合には、他のスナバモジュール７０の正側の連結端子（本実施形態では一例として、スナバモジュール７０１の第２連結端子７６、または、スナバモジュール７０２の第１連結端子７５２）に接続されてもよい。
【００６４】
第４ダイオード７１４３は、第１ノード７２１を挟み、第２ノード７２２と、正側スナバ端子７１とを接続した経路上に設けられる。第４ダイオード７１４３は、負側端子５２の側から正側端子５１の側に電流を流してよく、放電パス用ダイオード２２１として機能する。本実施形態では一例として、第４ダイオード７１４３は、負側コンデンサ２１３の側から正側端子５１の側に電流を流す。
【００６５】
以上のスナバモジュール７０１〜７０３のそれぞれによれば、正側スナバ端子７１および負側スナバ端子７２の間に正側コンデンサ２１１、第１ダイオード７１１、および負側コンデンサ２１３が順に接続される。従って、正側スナバ端子７１を半導体モジュール５の正側端子５１に、負側スナバ端子７２を半導体モジュール５の負側端子５２に接続することで、スナバモジュール７０のそれぞれによって、正側端子５１および負側端子５２から正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３に充電する充電パス２１が形成される。
【００６６】
また、第１ノード７２１または第２ノード７２２に接続される第１連結端子７５１〜７５３が外部接続可能に設けられるので、当該第１連結端子７５１〜７５３を正側端子５１や負側端子５２、或いは、他のスナバモジュール７０の第１連結端子７５１〜７５３、第２連結端子７６に接続することで、スナバモジュール７０のそれぞれによって、正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３の少なくとも一方から正側端子５１および負側端子５２に放電する放電パス２２がスナバモジュール７０の個数より多く形成される。
【００６７】
例えば、スナバモジュール７０２を単独で用い、第１連結端子７５２を正側端子５１に接続すると、負側スナバ端子７２から第４ダイオード７１４、正側コンデンサ２１１を順に通る放電パス２２と、負側スナバ端子７２から負側コンデンサ２１３、第１連結端子７５２を順に通る放電パス２２との２つの放電パスが形成される。また、スナバモジュール７０３を単独で用い、第１連結端子７５３を負側端子５２に接続すると、負側スナバ端子７２から負側コンデンサ２１３、第４ダイオード７１４を順に通る放電パス２２と、第１連結端子７５３から第２ダイオード７１２、正側コンデンサ２１１を順に通る放電パス２２との２つの放電パスが形成される。
【００６８】
従って、１または複数のスナバモジュール７０によってスナバ回路２を構成することができる。よって、複数の素子が接続されたスナバ回路２を容易に組み立てて装着することができる。
【００６９】
また、第１ダイオード７１１は、正側端子５１の側から負側端子５２の側に電流を流すので、半導体モジュール５により電流が遮断されるときに充電パス２１に電流を流し、半導体モジュール５により電流が流されるときに充電パス２１を遮断することができる。
【００７０】
また、負側端子５２の側から正側端子５１の側に電流を流す第２ダイオード７１２が第１ノード７２１と、第１連結端子７５との間に設けられるので、半導体モジュール５により電流が流されるときに放電パス２２に電流を流し、半導体モジュール５により電流が遮断されるときに充電パス２１を遮断することができる。
【００７１】
また、スナバモジュール７０１には第２ノード７２２に直接または間接に接続される第２連結端子７６が具備されるので、当該第２連結端子７６を他のスナバモジュール７０１，７０３の第１連結端子７５と接続することで、任意の数のスナバモジュール７０を多段に連結してスナバ装置７を構成することができる。
【００７２】
また、スナバモジュール７０２には、第２ノード７２２を挟み、第１ノード７２１と負側スナバ端子７２とを接続した経路上に設けられ負側端子５２の側から正側端子５１の側に電流を流す第４ダイオード７１４２が具備され、スナバモジュール７０３には、第１ノード７２１を挟み、第２ノード７２２と、正側スナバ端子７１とを接続した経路上に設けられ負側端子５２の側から正側端子５１の側に電流を流す第４ダイオード７１４３が具備される。従って、半導体モジュール５により電流が流されるときに放電パス２２に電流を流し、半導体モジュール５により電流が遮断されるときに充電パス２１を遮断することができる。
【００７３】
［２−４．スナバモジュール７０の外観構成］
図７は、スナバモジュール７０１〜７０３の外観を示す。なお、図中の上部分，下部分はスナバモジュール７０を別々の方向から見た外観構成を示す。本実施形態では一例として図中の上部分はスナバモジュール７０を側方から見た外観を示し、図中の下部分はスナバモジュール７０を上方から見た外観を示す。
【００７４】
各スナバモジュール７０は、扁平な直方体状の筐体７００を有しており、少なくとも正側コンデンサ２１１、第１ダイオード７１１および負側コンデンサ２１３を筐体７００の内部に有し、正側スナバ端子７１、負側スナバ端子７２、第１連結端子７５を筐体７００の外部に有する。また、スナバモジュール７０１は、第２連結端子７６をさらに有する。
【００７５】
このうち正側スナバ端子７１および負側スナバ端子７２は、筐体７００の一側面から突出して設けられている。正側スナバ端子７１と、負側スナバ端子７２との間隔は、半導体モジュール５における正側端子５１および負側端子５２の間隔と等しくてよい。正側スナバ端子７１および負側スナバ端子７２は、筐体７００の中心点よりも半導体モジュール５に近い側（本実施形態では一例として、図中上部に示した側面図における下側）に設けられてよい。
【００７６】
正側スナバ端子７１および負側スナバ端子７２は、ネジを挿通させる孔部７８を有してよい。孔部７８は切欠部であってもよい。
【００７７】
第１連結端子７５および第２連結端子７６は、筐体７００の側面のうち、正側スナバ端子７１および負側スナバ端子７２とは別の一側面から突出して設けられている。第１連結端子７５および第２連結端子７６は、筐体７００の中心点よりも半導体モジュール５から遠い側（本実施形態では一例として、図中上部に示した側面図における上側）に設けられてよい。これにより、第１連結端子７５２および第１連結端子７５１の間や、第２連結端子７６および第１連結端子７５３の間を接続する場合に正側スナバ端子７１や負側スナバ端子７２との干渉を防止することができる。
【００７８】
第１連結端子７５および第２連結端子７６は、ネジを挿通させる孔部７８を有してよい。孔部７８は切欠部であってもよい。
【００７９】
なお、このようなスナバモジュール７０は、いわゆるインサート成型法によって製造されてよい。この成型法によれば、例えば成型用の金型内に正側コンデンサ２１１、第１ダイオード７１１および負側コンデンサ２１３などの素子や、正側スナバ端子７１、負側スナバ端子７２および第１連結端子７５などの端子を配置した後、樹脂を金型内に注入して固化させることでスナバモジュール７０が製造される。
【００８０】
以上のスナバモジュール７０によれば、端子が孔部７８または切欠部を有するので、スナバモジュール７０を半導体モジュール５や配線バーに容易に固定することができる。
【００８１】
また、正側スナバ端子７１および負側スナバ端子７２が筐体７００の中心点よりも半導体モジュール５に近い側（本実施形態では一例として下側）に設けられるので、半導体モジュール５の正側端子５１および負側端子５２と、正側スナバ端子７１および負側スナバ端子７２との間の配線インダクタンスを小さくすることができる。従って、半導体モジュール５によって電流が遮断される場合に生じるサージ電圧を低減することができる。
【００８２】
［３．スナバモジュール７０の接続例］
図８は、スナバモジュール７０の接続例を示す。
【００８３】
図１に示したスナバ回路２は、スナバモジュール７０１〜７０３をそれぞれ１つ用いて接続することで構成されてよい。例えば、スナバモジュール７０２、スナバモジュール７０１およびスナバモジュール７０３が、第１連結端子７５および第２連結端子７６を介して順に接続されてよい。本実施形態では一例として、スナバモジュール７０２の第１連結端子７５２とスナバモジュール７０１の第１連結端子７５１、スナバモジュール７０１の第２連結端子７６とスナバモジュール７０３の第１連結端子７５３とが接続されることでスナバ回路２が構成されている。なお、スナバモジュール７０２と、スナバモジュール７０３との間には、複数のスナバモジュール７０１が多段に接続されてもよい。
【００８４】
ここで、スナバ回路２における各放電パス２２の配線インダクタンスは、各充電パス２１の配線インダクタンスよりも大きくてよい。また、各放電パス２２の配線長は、各充電パス２１の配線長よりも長くてよい。例えば、正側端子５１および負側端子５２を結ぶ各放電パス２２の配線長は、正側端子５１および負側端子５２を結ぶ各充電パス２１の配線長よりも長くてよい。また、放電パス２２のそれぞれにおける、負側コンデンサ２１３と正側コンデンサ２１１とを結ぶ配線部分の配線長は、各充電パス２１における、正側コンデンサ２１１および負側コンデンサ２１３の間の各配線部分の配線長よりも長くてよい。本実施形態では一例として、各充電パス２１は、正側端子５１および負側端子５２の間に物理的に直線状に配設されてよい。また、放電パス２２のうち、第１連結端子７５２および第１連結端子７５１の間や、第２連結端子７６および第１連結端子７５３の間の部分は、ループ状などに引き回された配線で形成されてよい。
【００８５】
この場合には、半導体モジュール５によって電流が遮断される場合に生じるサージ電圧を低減するとともに、半導体モジュール５によって電流が流される場合に放電電流のピークを抑制することができる。
【００８６】
［４．半導体装置１の外観構成］
図９は、半導体装置１の外観構成を示す。半導体装置１は、３つの半導体モジュール５と、スナバ装置７とを備える。
【００８７】
各半導体モジュール５は、それぞれスイッチング素子１１，１２および環流ダイオード１３，１４を内蔵してよい。また、各半導体モジュール５は、正側端子５１、負側端子５２および電源出力端子１９を外面に有してよい。正側端子５１および負側端子５２には、図示しない１または複数のコンデンサ１０が接続されてよい。各半導体モジュール５は、図示しない１または複数の制御端子をさらに有してよい。
【００８８】
スナバ装置７は、それぞれ半導体モジュール５と１対１で対応付けられた３つのスナバモジュール７０から構成されている。各スナバモジュール７０の正側スナバ端子７１および負側スナバ端子７２は、孔部７８にネジが挿通されることで半導体モジュール５の正側端子５１および負側端子５２に接続される。また、第１連結端子７５２および第１連結端子７５１は、孔部７８にネジが挿通されることで一の配線バー７９に接続される。また、第２連結端子７６および第１連結端子７５３は、孔部７８にネジが挿通されることで他の配線バー７９に接続される。
【００８９】
［５．変形例］
図１０は、配線バー７９の変形例を示す。スナバモジュール７０同士は、ループ状の配線バー７９によって接続されてもよい。この場合には、各放電パス２２の配線インダクタンスを、各充電パス２１の配線インダクタンスよりも確実に大きくすることができる。従って、半導体モジュール５によって電流が流される場合に放電電流のピークを抑制することができる。
【００９０】
図１１は、第１連結端子７５，第２連結端子７６の変形例を示す。第１連結端子７５および第２連結端子７６の少なくとも一方は、筐体７００から電線７７を介して引き出されてよい。例えば、図１１では、第２連結端子７６が電線７７を介して引き出されている。
【００９１】
図１２は、スナバモジュール７０１同士の接続例を示す。第２連結端子７６が電線７７で引き出される場合には、配線バー７９を用いずに当該第２連結端子７６を下段側のスナバモジュール７０１の第１連結端子７５１に接続することができる。従って、スナバモジュール７０同士の接続を容易化することができる。
【００９２】
図１３は、変形例に係るスナバモジュール７０１Ａを示す。スナバモジュール７０１Ａは、スナバモジュール７０１に代えて用いられてよい。スナバモジュール７０１Ａは、第２ダイオード７１２に代えて／加えて、第２ノード７２２と第２連結端子７６との間に設けられた第３ダイオード７１３を有する。第３ダイオード７１３は負側端子５２の側から正側端子５１の側に電流を流してよく、放電パス用ダイオードとして機能する。これにより、半導体モジュール５により電流が流されるときに放電パス２２に電流を流し、半導体モジュール５により電流が遮断されるときに充電パス２１を遮断することができる。なお、スナバモジュール７０１Ａを用いる場合には、当該スナバモジュール７０１Ａと接続されるスナバモジュール７０３は第２ダイオード７１２を有しなくてもよい。
【００９３】
［６．その他の変形例］
なお、上記の実施形態および変形例においては、半導体装置１を直流電力から交流電力への電力変換装置として説明したが、交流電力から直流電力への電力変換装置としてもよいし、周波数や位相、電圧、相数などを変換する電力変換装置としてもよい。また、半導体装置１は、半導体モジュール５でスイッチングを行う限りにおいて、電力変換を行わなくてもよい。
【００９４】
また、半導体モジュール５およびスナバモジュール７０の個数を３として説明したが、それぞれ独立に他の個数としてもよい。半導体装置１が複数の半導体モジュール５を備える場合には、これらの半導体モジュール５は直列に接続されてもよいし、並列に接続されてもよい。スナバモジュール７０は半導体モジュール５よりも少なくてもよいし、多くてもよい。これらの場合には、スナバモジュール７０は半導体モジュール５に直接接続されなくてもよく、例えば、半導体モジュール５の正側端子５１および負側端子５２に接続された配線バーを介して半導体モジュール５に接続されてよい。
【００９５】
また、上記の実施形態においては第１連結端子７５および第２連結端子７６が筐体７００の一側面から突出して設けられることとして説明したが、筐体７００の側面や上面から露出して設けられてもよい。
【００９６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００９７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００９８】
１  半導体装置、２  スナバ回路、３  スイッチ回路、５  半導体モジュール、７  スナバ装置、１０  コンデンサ、１１  スイッチング素子、１２  スイッチング素子、１３  環流ダイオード、１４  環流ダイオード、１９  電源出力端子、２１  充電パス、２２  放電パス、５１  正側端子、５２  負側端子、７０  スナバモジュール、７１  正側スナバ端子、７２  負側スナバ端子、７５  第１連結端子、７６  第２連結端子、７７  電線、７８  孔部、７９  配線バー、１０１  正側電源線、１０２  負側電源線、２１１  正側コンデンサ、２１２  充電パス用ダイオード、２１３  負側コンデンサ、２２１  放電パス用ダイオード、７００  筐体、７０１  スナバモジュール、７０２  スナバモジュール、７０３  スナバモジュール、７１１  第１ダイオード、７１２  第２ダイオード、７１３  第３ダイオード、７１４  第４ダイオード、７２１  第１ノード、７２２  第２ノード、１０１１  配線インダクタンス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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