(57)【要約】【課題】ゲート駆動回路を接続する配線処理のために費やす手間を省くことができるゲート駆動基板及び電力変換装置を提供する。【解決手段】ゲート駆動基板１２は、電力変換装置を構成し、電力変換装置の電力変換回路にゲート信号を与える。ゲート駆動基板１２は、配線網８が形成されたプリント板１２ａと、ゲート信号を発生する複数のゲート駆動回路とを備えている。複数のゲート駆動回路は、プリント板１２ａに実装され、配線網８に接続されている。【選択図】図５
2010252490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置を構成し、前記電力変換装置の電力変換回路にゲート信号を与えるゲート駆動基板において、
配線網が形成されたプリント板と、
前記プリント板に実装され、前記配線網に接続され、前記ゲート信号を発生する複数のゲート駆動回路と、を備えたゲート駆動基板。
【請求項２】
配線網が形成されたプリント板と、前記プリント板に実装され、前記配線網に接続され、ゲート信号を発生する複数のゲート駆動回路と、を有したゲート駆動基板と、
前記ゲート駆動基板から与えられるゲート信号に基づき直流電力から交流電力、又は交流電力から直流電力に変換する電力変換部と、を備えた電力変換装置。
【請求項３】
前記電力変換部が取付けられ、前記電力変換部を冷却する冷却部と、
前記冷却部に取付けられ、前記冷却部の温度を検出する温度センサと、をさらに備え、
前記ゲート駆動基板は、前記プリント板上に設けられ、前記配線網が集約して接続された１個又は複数個のコネクタをさらに有し、
前記温度センサは、前記１個又は複数個のコネクタに電気的に接続されている請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電力変換部は、第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールを含み、互いに並列に接続された３個の半導体モジュール群で形成された２レベルインバータ回路を有し、
各半導体モジュール群の前記第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールは、負電位及び正電位間に直列に接続され、前記複数のゲート駆動回路に一対一で接続され、対応するゲート駆動回路から与えられる前記ゲート信号に基づいて駆動し、
前記複数のゲート駆動回路は、前記負電位側の３個の第１半導体モジュールに接続され、互いに隣合って並べられた３個の第１ゲート駆動回路と、前記正電位側の３個の第２半導体モジュールに接続された３個の第２ゲート駆動回路と、を含み、
前記第１ゲート駆動回路同士の間隔は、前記第２ゲート駆動回路同士の間隔、並びに前記第１ゲート駆動回路及び第２ゲート駆動回路の間隔より短い請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電力変換部は、第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールを含み、互いに並列に接続された２個の半導体モジュール群で形成された２レベルコンバータ回路を有し、
各半導体モジュール群の前記第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールは、負電位及び正電位間に直列に接続され、前記複数のゲート駆動回路に一対一で接続され、対応するゲート駆動回路から与えられる前記ゲート信号に基づいて駆動し、
前記複数のゲート駆動回路は、前記負電位側の２個の第１半導体モジュールに接続され、互いに隣合って並べられた２個の第１ゲート駆動回路と、前記正電位側の２個の第２半導体モジュールに接続された２個の第２ゲート駆動回路と、を含み、
前記第１ゲート駆動回路同士の間隔は、前記第２ゲート駆動回路同士の間隔、並びに前記第１ゲート駆動回路及び第２ゲート駆動回路の間隔より短い請求項２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ゲート駆動基板及びゲート駆動基板を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両には、電動機電力を供給する電力変換装置が搭載され、この電力変換装置は接地されている（例えば、特許文献１参照）。電力変換装置は、通常、鉄道車両の床下に設置され、交流架線から交流電力が供給される。電力変換装置は、変圧器、電力変換回路及び３個のゲート駆動基板が実装された複数のマザーボードを備えている。電力変換回路は、コンバータ回路及びインバータ回路を有している。コンバータ回路及びインバータ回路は、複数個の半導体モジュールで形成されている。各ゲート駆動基板は、２個のゲート駆動回路が形成されている。１個の半導体モジュールを駆動するため、１個のゲート駆動回路を用いている。
【０００３】
交流架線から供給された交流電力は、変圧器等を介してコンバータ回路に入力される。コンバータ回路は、交流電力を直流電力に変換し、インバータ回路に出力する。インバータ回路は、直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電動機に供給する。
【０００４】
ここで、マザーボードについて説明する。  
マザーボード上に、２つのコネクタが設けられている。各コネクタと、マザーボード上の６個のゲート駆動回路とはケーブルにて接続されている。このように、各コネクタにケーブルが集約されている。マザーボード上には、３個のゲート駆動基板を実装している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４４１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ゲート駆動回路を接続する場合、マザーボード上に３個のゲート駆動基板を実装しているため、３個のゲート駆動基板をマザーボード上に実装した後、コネクタと、ゲート駆動回路とをケーブルにて接続する必要がある。このため、ゲート駆動回路を接続する配線処理に手間がかかる問題があった。ゲート駆動回路を接続する配線処理のために費やす手間を省くことができる技術が望まれている。  
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、ゲート駆動回路を接続する配線処理のために費やす手間を省くことができるゲート駆動基板及び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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の態様に係るゲート駆動基板は、
電力変換装置を構成し、前記電力変換装置の電力変換回路にゲート信号を与えるゲート駆動基板において、
配線網が形成されたプリント板と、
前記プリント板に実装され、前記配線網に接続され、前記ゲート信号を発生する複数のゲート駆動回路と、を備えている。
【０００８】
また、本発明の他の態様に係る電力変換装置は、
配線網が形成されたプリント板と、前記プリント板に実装され、前記配線網に接続され、ゲート信号を発生する複数のゲート駆動回路と、を有したゲート駆動基板と、
前記ゲート駆動基板から与えられるゲート信号に基づき直流電力から交流電力、又は交流電力から直流電力に変換する電力変換部と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、ゲート駆動回路を接続する配線処理のために費やす手間を省くことができるゲート駆動基板及び電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力変換装置を示す概略図であり、特に、電力変換回路を示す回路図である。
【図２】図１に示した２レベルインバータ回路を示す回路図である。
【図３】図１に示した電力変換装置の一部を示す平面図であり、特に、上記２レベルインバータ回路を形成する複数の第１半導体モジュール及び複数の第２半導体モジュール、複数の第１半導体モジュール及び複数の第２半導体モジュールにゲート信号を与えるゲート駆動基板、並びに冷却器を示す概略図である。
【図４】図３の線Ａ−Ａに沿って示す概略断面図である。
【図５】上記ゲート駆動基板を示す概略平面図である。
【図６】図１に示した２レベルコンバータ回路を示す回路図である。
【図７】図１に示した電力変換装置の一部を示す平面図であり、特に、上記２レベルコンバータ回路を形成する複数の第１半導体モジュール及び複数の第２半導体モジュール、複数の第１半導体モジュール及び複数の第２半導体モジュールにゲート信号を与えるゲート駆動基板、並びに冷却器を示す概略図である。
【図８】図７の線Ｂ−Ｂに沿って示す概略断面図である。
【図９】上記電力変換装置の変形例を示す図であり、特に、図３に示した冷却器に取付けられ、ゲート駆動基板に接続された温度センサを示す図。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る電力変換装置を示す概略図であり、特に、電力変換回路を示す回路図である。
【図１１】図１０に示した３レベルインバータ回路を示す回路図である。
【図１２】図１０に示した電力変換装置の一部を示す平面図であり、特に、上記３レベルインバータ回路を形成する複数の第１半導体モジュール、複数の第２半導体モジュール、複数の第３半導体モジュール及び複数の第４半導体モジュールの一部、複数の第１乃至第４半導体モジュールにゲート信号を与える複数のゲート駆動基板、並びに冷却器を示す概略図である。
【図１３】図１０に示した３レベルコンバータ回路を示す回路図である。
【図１４】図１０に示した電力変換装置の一部を示す平面図であり、特に、上記３レベルコンバータ回路を形成する複数の第１半導体モジュール、複数の第２半導体モジュール、複数の第３半導体モジュール及び複数の第４半導体モジュールの一部、複数の第１乃至第４半導体モジュールにゲート信号を与える複数のゲート駆動基板、並びに冷却器を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る電力変換装置について詳細に説明する。ここでは、鉄道車両に電力を供給する電力変換装置について説明する。電力変換装置は、鉄道車両の床下に設置されている。
【００１２】
図１乃至図８に示すように、電力変換装置は、電力変換部としての電力変換回路６と、冷却部としての冷却器１０と、ゲート駆動基板１２、１３と、支持部材１６とを備えている。電力変換回路６は、２レベルインバータ回路３ａ及び２レベルコンバータ回路４ａを有している。
【００１３】
図１及び図３乃至図５に示すように、ゲート駆動基板１２は、２レベルインバータ回路３ａにゲート信号を与えるものである。ゲート駆動基板１２は、配線網８が形成されたプリント板１２ａと、ゲート信号を発生する複数のゲート駆動回路２１、２２、３１、３２、４１、４２とを備えている。複数のゲート駆動回路２１、３１、４１は複数の第１ゲート駆動回路として機能し、複数のゲート駆動回路２２、３２、４２は複数の第２ゲート駆動回路として機能する。ゲート駆動回路２１、２２、３１、３２、４１、４２は、プリント板１２ａに実装され、配線網８に接続されている。ゲート駆動回路を実装する前に、プリント板１２ａには、ゲート駆動回路実装領域Ｒに繋がった配線網８が予め形成されている。
【００１４】
ゲート駆動基板１２は、２個のコネクタ１４をさらに備えている。コネクタ１４は、プリント板１２ａ上に設けられている。コネクタ１４には、配線網８が集約して接続されている。また、ゲート駆動基板１２は、プリント板１２ａ上に形成された端子１８と、端子１８及びコネクタ１４を接続した配線１９とを有していても良い。図示しないが、コネクタ１４は、プリント板１２ａ上に設けられたソケットと、ソケットに挿入されるプラグとを有している。
【００１５】
冷却器１０には２レベルインバータ回路３ａが取付けられている。冷却器１０は、２レベルインバータ回路３ａが発する熱を外部に放出することにより、２レベルインバータ回路３ａを冷却するものである。冷却器１０は、熱を伝導するアルミブロック１０ａと、アルミブロック１０ａに取付けられた複数のヒートパイプ１０ｂと、ヒートパイプ１０ｂに取付けられた複数の放熱フィン１０ｃと、ヒートパイプ１０ｂ及び放熱フィン１０ｃを覆った網カバー１０ｄとを有している。このため、冷却器１０は、ヒートパイプ方式及び空冷式により放熱するものである。  
上記ゲート駆動基板１２は、支持部材１６を介して冷却器１０に固定されている。
【００１６】
図１乃至図４に示すように、２レベルインバータ回路３ａは、３個の半導体モジュール群２０、３０、４０で形成されている。半導体モジュール群２０、３０、４０は、互いに並列に接続されている。
【００１７】
２レベルインバータ回路３ａは、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐから入力される直流電力を交流電力に変換し、交流電力を出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから電動器５に供給するものである。
【００１８】
半導体モジュール群２０は、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐ間に直列に接続された第１半導体モジュール２１ａ及び第２半導体モジュール２２ａを含んでいる。半導体モジュール群３０は、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐ間に直列に接続された第１半導体モジュール３１ａ及び第２半導体モジュール３２ａを含んでいる。半導体モジュール群４０は、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐ間に直列に接続された第１半導体モジュール４１ａ及び第２半導体モジュール４２ａを含んでいる。  
第１半導体モジュール２１ａ、３１ａ、４１ａ及び第２半導体モジュール２２ａ、３２ａ、４２ａは、アルミブロック１０ａに取付けられている。第１半導体モジュール２１ａ、３１ａ、４１ａ及び第２半導体モジュール２２ａ、３２ａ、４２ａは、導体１１で外部と電気的に接続されている。
【００１９】
第１半導体モジュール２１ａは、スイッチング素子としてのＩＧＢＴ（絶縁ゲート型トランジスタ）２１ｂ及びダイオード７を有している。第２半導体モジュール２２ａは、ＩＧＢＴ２２ｂ及びダイオード７を有している。第１半導体モジュール３１ａは、ＩＧＢＴ３１ｂ及びダイオード７を有している。第２半導体モジュール３２ａは、ＩＧＢＴ３２ｂ及びダイオード７を有している。第１半導体モジュール４１ａは、ＩＧＢＴ４１ｂ及びダイオード７を有している。第２半導体モジュール４２ａは、ＩＧＢＴ４２ｂ及びダイオード７を有している。
【００２０】
各半導体モジュール群２０、３０、４０の第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールは、複数のゲート駆動回路に一対一で接続され、対応するゲート駆動回路から与えられるゲート信号に基づいて駆動する。より詳しくは、各半導体モジュール群２０、３０、４０の第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールのＩＧＢＴは、これらの各ゲートに、対応するゲート駆動回路からゲート信号が与えられ、導通状態又は非導通状態に切替える。
【００２１】
ここでは、第１半導体モジュール２１ａはゲート駆動回路２１に接続されている。第２半導体モジュール２２ａはゲート駆動回路２２に接続されている。第１半導体モジュール３１ａはゲート駆動回路３１に接続されている。第２半導体モジュール３２ａはゲート駆動回路３２に接続されている。第１半導体モジュール４１ａはゲート駆動回路４１に接続されている。第２半導体モジュール４２ａはゲート駆動回路４２に接続されている。
【００２２】
上述したように、３個のゲート駆動回路２１、３１、４１は、負電位側の３個の第１半導体モジュール２１ａ、３１ａ、４１ａに接続されている。ゲート駆動回路２１、３１、４１は、互いに隣合って並べられている。  
ゲート駆動回路２１、３１、４１同士の間隔ｗ１は、ゲート駆動回路２２、３２、４２同士の間隔ｗ２、並びにゲート駆動回路２１及びゲート駆動回路４２の間隔ｗ３より短い。
【００２３】
図１、図７及び図８に示すように、ゲート駆動基板１３は、２レベルコンバータ回路４ａにゲート信号を与えるものである。ゲート駆動基板１３は、図示しない配線網が形成されたプリント板１３ａと、ゲート信号を発生する複数のゲート駆動回路５１、５２、６１、６２とを備えている。複数のゲート駆動回路５１、６１は複数の第１ゲート駆動回路として機能し、複数のゲート駆動回路５２、６２は複数の第２ゲート駆動回路として機能する。ゲート駆動回路５１、５２、６１、６２は、プリント板１３ａに実装され、配線網に接続されている。ゲート駆動回路を実装する前に、プリント板１３ａには、配線網が予め形成されている。
【００２４】
ゲート駆動基板１３は、２個のコネクタ１４をさらに備えている。コネクタ１４は、プリント板１３ａ上に設けられている。図示しないが、コネクタ１４には、配線網が集約して接続されている。
【００２５】
冷却器１０には２レベルコンバータ回路４ａが取付けられている。冷却器１０は、２レベルコンバータ回路４ａが発する熱を外部に放出することにより、２レベルコンバータ回路４ａを冷却するものである。上記ゲート駆動基板１３は、支持部材１６を介して冷却器１０に固定されている。
【００２６】
この実施の形態において、２レベルインバータ回路３ａが取付けられている冷却器１０と、２レベルコンバータ回路４ａが取付けられている冷却器１０とは、一体に形成されているが、これに限らず、２レベルインバータ回路３ａが取付けられている冷却器１０と、２レベルコンバータ回路４ａが取付けられている冷却器１０とは、独立していても良い。
【００２７】
図１及び図６乃至図８に示すように、２レベルコンバータ回路４ａは、２個の半導体モジュール群５０、６０で形成されている。半導体モジュール群５０、６０は、互いに並列に接続されている。
【００２８】
２レベルコンバータ回路４ａは、鉄道架線１から変圧器２等を介して入力端子Ｕ´、Ｖ´から入力される交流電力を直流電力に変換し、直流電力を端子Ｎ、Ｐに供給するものである。または、２レベルコンバータ回路４ａは、鉄道架線１から変圧器２等を介して入力端子Ｕ´、Ｖ´から入力される直流電力を、直流電力のまま端子Ｎ、Ｐに供給するものである。
【００２９】
半導体モジュール群５０は、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐ間に直列に接続された第１半導体モジュール５１ａ及び第２半導体モジュール５２ａを含んでいる。半導体モジュール群６０は、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐ間に直列に接続された第１半導体モジュール６１ａ及び第２半導体モジュール６２ａを含んでいる。
【００３０】
第１半導体モジュール５１ａ、６１ａ及び第２半導体モジュール５２ａ、６２ａは、アルミブロック１０ａに取付けられている。第１半導体モジュール５１ａ、６１ａ及び第２半導体モジュール５２ａ、６２ａは、導体１１で外部と電気的に接続されている。
【００３１】
第１半導体モジュール５１ａは、スイッチング素子としてのＩＧＢＴ５１ｂ及びダイオード７を有している。第２半導体モジュール５２ａは、ＩＧＢＴ５２ｂ及びダイオード７を有している。第１半導体モジュール６１ａは、ＩＧＢＴ６１ｂ及びダイオード７を有している。第２半導体モジュール６２ａは、ＩＧＢＴ６２ｂ及びダイオード７を有している。
【００３２】
各半導体モジュール群５０、６０の第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールは、複数のゲート駆動回路に一対一で接続され、対応するゲート駆動回路から与えられるゲート信号に基づいて駆動する。より詳しくは、各半導体モジュール群５０、６０の第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールのＩＧＢＴは、これらの各ゲートに、対応するゲート駆動回路からゲート信号が与えられ、導通状態又は非導通状態に切替える。
【００３３】
ここでは、第１半導体モジュール５１ａはゲート駆動回路５１に接続されている。第２半導体モジュール５２ａはゲート駆動回路５２に接続されている。第１半導体モジュール６１ａはゲート駆動回路６１に接続されている。第２半導体モジュール６２ａはゲート駆動回路６２に接続されている。
【００３４】
上述したように、２個のゲート駆動回路５１、６１は、負電位側の２個の第１半導体モジュール５１ａ、６１ａに接続されている。２個のゲート駆動回路５２、６２は、正電位側の２個の第２半導体モジュール５２ａ、６２ａに接続されている。ゲート駆動回路５１、６１は、互いに隣合って並べられている。  
ゲート駆動回路５１、６１同士の間隔ｗ４は、ゲート駆動回路５２、６２同士の間隔ｗ５、並びにゲート駆動回路５１及びゲート駆動回路６２の間隔ｗ６より短い。
【００３５】
上記実施の形態に係るゲート駆動基板１２、１３及び電力変換装置によれば、次に挙げる効果を得ることができる。  
（１）ゲート駆動基板１２は、配線網８が形成されたプリント板１２ａと、プリント板１２ａに実装され、配線網８に接続された複数のゲート駆動回路２１、２２、３１、３２、４１、４２と、を備えている。このため、複数のゲート駆動回路２１、２２、３１、３２、４１、４２をケーブルにて接続する必要はない。ゲート駆動基板１３もゲート駆動基板１２と同様に形成されている。ゲート駆動基板１３においても、複数のゲート駆動回路５１、５２、６１、６２をケーブルにて接続する必要はない。
【００３６】
これにより、マザーボード上にゲート駆動基板を実装し、ゲート駆動回路をケーブルにて接続する場合に比べ、ゲート駆動回路を接続する配線処理のために費やす手間を省くことができる。  
また、ゲート駆動基板を実装するためのマザーボード無しに電力変換装置を形成することができる。
【００３７】
（２）ゲート駆動基板１２上に６個のゲート駆動回路２１、２２、３１、３２、４１、４２が形成されている。ゲート駆動基板１３上に４個のゲート駆動回路５１、５２、６１、６２が形成されている。  
これにより、ゲート駆動基板上に２個のゲート駆動回路を形成した場合に比べ、ゲート駆動基板の個数を削減することができる。
【００３８】
（３）ゲート駆動回路２１、３１、４１は、互いに隣合って並べられている。第１半導体モジュール２１ａ、３１ａ、４１ａは、負電位側の端子Ｎに接続されている。このため、ゲート駆動基板１２におけるゲート駆動回路間の電位差において、ゲート駆動回路２１、３１、４１間の電位差は、ゲート駆動回路２１及びゲート駆動回路４２間の電位差や、ゲート駆動回路２２及びゲート駆動回路３２間の電位差等より小さい。ゲート駆動回路間の絶縁状態を維持するために必要な間隔において、間隔ｗ１は、間隔ｗ２及び間隔ｗ３より短い。  
これにより、間隔ｗ１を間隔ｗ２及び間隔ｗ３より短くできるため、ゲート駆動基板１２の小型化を図ることができる。
【００３９】
（４）ゲート駆動回路５１、６１は、互いに隣合って並べられている。第１半導体モジュール５１ａ、６１ａは、負電位側の端子Ｎに接続されている。このため、ゲート駆動基板１３におけるゲート駆動回路間の電位差において、ゲート駆動回路５１、６１間の電位差は、ゲート駆動回路５１及びゲート駆動回路６２間の電位差や、ゲート駆動回路５２及びゲート駆動回路６２間の電位差等より小さい。ゲート駆動回路間の絶縁状態を維持するために必要な間隔において、間隔ｗ４は、間隔ｗ５及び間隔ｗ６より短い。  
これにより、間隔ｗ４を間隔ｗ５及び間隔ｗ６より短くできるため、ゲート駆動基板１３の小型化を図ることができる。
【００４０】
次に、上記電力変換装置の変形例について説明する。  
図９に示すように、変形例の電力変換装置は、上記電力変換装置と同様に形成されている。変形例の電力変換装置は、温度センサ１７をさらに備えている。温度センサ１７は、冷却器１０のアルミブロック１０ａに取付けられている。温度センサ１７は、冷却器１０の温度を検出するものである。
【００４１】
図５及び図９に示すように、温度センサ１７は、コネクタ１４に電気的に接続されている。詳しくは、温度センサ１７は、一旦ゲート駆動基板１２の端子１８に接続され、配線１９を介してコネクタ１４に電気的に接続されている。  
このため、温度センサ１７専用のコネクタを別途使用場合に比べ、使用するコネクタの個数を削減でき、更には配線の数を削減することができる。
【００４２】
次に、この発明の他の実施の形態に係る電力変換装置について詳細に説明する。  
図１０乃至図１４に示すように、電力変換装置は、電力変換部としての電力変換回路９と、冷却部としての冷却器１０と、ゲート駆動基板７１、７２、８１、８２とを備えている。電力変換回路９は、３レベルインバータ回路３ｂ及び３レベルコンバータ回路４ｂを有している。
【００４３】
図１０乃至図１２に示すように、ゲート駆動基板７１、７２は、３レベルインバータ回路３ｂにゲート信号を与えるものである。  
ゲート駆動基板７１は、図示しない配線網が形成されたプリント板７１ａと、ゲート信号を発生する複数のゲート駆動回路２１、２２、２３、２４、４１、４２とを備えている。複数のゲート駆動回路２１、２２、２３、２４は複数の第１ゲート駆動回路として機能し、複数のゲート駆動回路４１、４２は複数の第２ゲート駆動回路として機能する。
【００４４】
ゲート駆動回路２１、２２、２３、２４、４１、４２は、プリント板７１ａに実装され、配線網に接続されている。ゲート駆動回路を実装する前に、プリント板７１ａには、配線網が予め形成されている。
【００４５】
ゲート駆動基板７１は、２個のコネクタ１４をさらに備えている。コネクタ１４は、プリント板７１ａ上に設けられている。コネクタ１４には、配線網が集約して接続されている。
【００４６】
ゲート駆動基板７２は、図示しない配線網が形成されたプリント板７２ａと、ゲート信号を発生する複数のゲート駆動回路３１、３２、３３、３４、４３、４４とを備えている。複数のゲート駆動回路３１、３２、３３、３４は複数の第３ゲート駆動回路として機能し、複数のゲート駆動回路４３、４４は複数の第４ゲート駆動回路として機能する。
【００４７】
ゲート駆動回路３１、３２、３３、３４、４３、４４は、プリント板７２ａに実装され、配線網に接続されている。ゲート駆動回路を実装する前に、プリント板７２ａには、配線網が予め形成されている。
【００４８】
ゲート駆動基板７２は、２個のコネクタ１４をさらに備えている。コネクタ１４は、プリント板７２ａ上に設けられている。コネクタ１４には、配線網が集約して接続されている。
【００４９】
冷却器１０には３レベルインバータ回路３ｂが取付けられている。冷却器１０は、３レベルインバータ回路３ｂが発する熱を外部に放出することにより、３レベルインバータ回路３ｂを冷却するものである。冷却器１０は、熱を伝導するアルミブロック１０ａ等を有している。冷却器１０は、ヒートパイプ方式及び空冷式により放熱するものである。  
上記ゲート駆動基板７１、７２は、図示しない支持部材を介して冷却器１０に固定されている。
【００５０】
３レベルインバータ回路３ｂは、３個の半導体モジュール群２０、３０、４０及び複数のダイオード７で形成されている。半導体モジュール群２０、３０、４０は、互いに並列に接続されている。
【００５１】
３レベルインバータ回路３ｂは、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐから入力される直流電力を交流電力に変換し、交流電力を出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから電動器５に供給するものである。
【００５２】
半導体モジュール群２０は、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐ間に直列に接続された第１半導体モジュール２１ａ、第２半導体モジュール２２ａ、第３半導体モジュール２３ａ及び第４半導体モジュール２４ａを含んでいる。半導体モジュール群３０は、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐ間に直列に接続された第１半導体モジュール３１ａ、第２半導体モジュール３２ａ、第３半導体モジュール３３ａ及び第４半導体モジュール３４ａを含んでいる。半導体モジュール群４０は、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐ間に直列に接続された第１半導体モジュール４１ａ、第２半導体モジュール４２ａ、第３半導体モジュール４３ａ及び第４半導体モジュール４４ａを含んでいる。
【００５３】
第１半導体モジュール２１ａ、３１ａ、４１ａ、第２半導体モジュール２２ａ、３２ａ、４２ａ、第３半導体モジュール２３ａ、３３ａ、４３ａ及び第４半導体モジュール２４ａ、３４ａ、４４ａは、アルミブロック１０ａに取付けられている。第１半導体モジュール２１ａ、３１ａ、４１ａ、第２半導体モジュール２２ａ、３２ａ、４２ａ、第３半導体モジュール２３ａ、３３ａ、４３ａ及び第４半導体モジュール２４ａ、３４ａ、４４ａは、導体１１で外部と電気的に接続されている。
【００５４】
第１半導体モジュール２１ａは、ＩＧＢＴ２１ｂ及びダイオード７を有している。第２半導体モジュール２２ａは、ＩＧＢＴ２２ｂ及びダイオード７を有している。第３半導体モジュール２３ａは、ＩＧＢＴ２３ｂ及びダイオード７を有している。第４半導体モジュール２４ａは、ＩＧＢＴ２４ｂ及びダイオード７を有している。
【００５５】
第１半導体モジュール３１ａは、ＩＧＢＴ３１ｂ及びダイオード７を有している。第２半導体モジュール３２ａは、ＩＧＢＴ３２ｂ及びダイオード７を有している。第３半導体モジュール３３ａは、ＩＧＢＴ３３ｂ及びダイオード７を有している。第４半導体モジュール３４ａは、ＩＧＢＴ３４ｂ及びダイオード７を有している。
【００５６】
第１半導体モジュール４１ａは、ＩＧＢＴ４１ｂ及びダイオード７を有している。第２半導体モジュール４２ａは、ＩＧＢＴ４２ｂ及びダイオード７を有している。第３半導体モジュール４３ａは、ＩＧＢＴ４３ｂ及びダイオード７を有している。第４半導体モジュール４４ａは、ＩＧＢＴ４４ｂ及びダイオード７を有している。
【００５７】
各半導体モジュール群２０、３０、４０の第１半導体モジュール、第２半導体モジュール、第３半導体モジュール及び第４半導体モジュールは、複数のゲート駆動回路に一対一で接続され、対応するゲート駆動回路から与えられるゲート信号に基づいて駆動する。より詳しくは、各半導体モジュール群２０、３０、４０の第１半導体モジュール、第２半導体モジュール、第３半導体モジュール及び第４半導体モジュールのＩＧＢＴは、これらの各ゲートに、対応するゲート駆動回路からゲート信号が与えられ、導通状態又は非導通状態に切替える。
【００５８】
ここでは、第１半導体モジュール２１ａはゲート駆動回路２１に接続されている。第２半導体モジュール２２ａはゲート駆動回路２２に接続されている。第３半導体モジュール２３ａはゲート駆動回路２３に接続されている。第４半導体モジュール２４ａはゲート駆動回路２４に接続されている。
【００５９】
第１半導体モジュール３１ａはゲート駆動回路３１に接続されている。第２半導体モジュール３２ａはゲート駆動回路３２に接続されている。第３半導体モジュール３３ａはゲート駆動回路３３に接続されている。第４半導体モジュール３４ａはゲート駆動回路３４に接続されている。
【００６０】
第１半導体モジュール４１ａはゲート駆動回路４１に接続されている。第２半導体モジュール４２ａはゲート駆動回路４２に接続されている。第３半導体モジュール４３ａはゲート駆動回路４３に接続されている。第２半導体モジュール４４ａはゲート駆動回路４４に接続されている。
【００６１】
ゲート駆動回路２１及びゲート駆動回路２２、ゲート駆動回路２２及びゲート駆動回路２３、並びにゲート駆動回路２３及びゲート駆動回路２４は、互いに隣合って並べられている。  
ゲート駆動回路２１、２２、２３、２４同士の間隔ｗ７は、ゲート駆動回路４１、４２同士の間隔ｗ８、並びにゲート駆動回路２４及びゲート駆動回路４１の間隔ｗ９より短い。
【００６２】
ゲート駆動回路３１及びゲート駆動回路３２、ゲート駆動回路３２及びゲート駆動回路３３、並びにゲート駆動回路３３及びゲート駆動回路３４は、互いに隣合って並べられている。  
ゲート駆動回路３１、３２、３３、３４同士の間隔ｗ１０は、ゲート駆動回路４３、４４同士の間隔ｗ１１、並びにゲート駆動回路３４及びゲート駆動回路４３の間隔ｗ１２より短い。
【００６３】
図１０、図１３及び図１４に示すように、ゲート駆動基板８１、８２は、３レベルコンバータ回路４ｂにゲート信号を与えるものである。  
ゲート駆動基板８１は、図示しない配線網が形成されたプリント板８１ａと、ゲート信号を発生する複数のゲート駆動回路５１、５２、５３、５４とを備えている。複数のゲート駆動回路５１、５２、５３、５４は複数の第１ゲート駆動回路として機能する。
【００６４】
ゲート駆動回路５１、５２、５３、５４は、プリント板８１ａに実装され、配線網に接続されている。ゲート駆動回路を実装する前に、プリント板８１ａには、配線網が予め形成されている。
【００６５】
ゲート駆動基板８１は、２個のコネクタ１４をさらに備えている。コネクタ１４は、プリント板８１ａ上に設けられている。図示しないが、コネクタ１４には、配線網が集約して接続されている。
【００６６】
ゲート駆動基板８２は、図示しない配線網が形成されたプリント板８２ａと、ゲート信号を発生する複数のゲート駆動回路６１、６２、６３、６４とを備えている。複数のゲート駆動回路６１、６２、６３、６４は複数の第２ゲート駆動回路として機能する。
【００６７】
ゲート駆動回路６１、６２、６３、６４は、プリント板８２ａに実装され、配線網に接続されている。ゲート駆動回路を実装する前に、プリント板８２ａには、配線網が予め形成されている。
【００６８】
ゲート駆動基板８２は、２個のコネクタ１４をさらに備えている。コネクタ１４は、プリント板８２ａ上に設けられている。コネクタ１４には、配線網が集約して接続されている。
【００６９】
冷却器１０には３レベルコンバータ回路４ｂが取付けられている。冷却器１０は、３レベルコンバータ回路４ｂが発する熱を外部に放出することにより、３レベルコンバータ回路４ｂを冷却するものである。冷却器１０は、熱を伝導するアルミブロック１０ａ等を有している。冷却器１０は、ヒートパイプ方式及び空冷式により放熱するものである。  
上記ゲート駆動基板８１、８２は、図示しない支持部材を介して冷却器１０に固定されている。
【００７０】
この実施の形態において、３レベルインバータ回路３ｂが取付けられている冷却器１０と、３レベルコンバータ回路４ｂが取付けられている冷却器１０とは、一体に形成されているが、これに限らず、３レベルインバータ回路３ｂが取付けられている冷却器１０と、３レベルコンバータ回路４ｂが取付けられている冷却器１０とは、独立していても良い。
【００７１】
３レベルコンバータ回路４ｂは、２個の半導体モジュール群５０、６０で形成されている。半導体モジュール群５０、６０は、互いに並列に接続されている。  
３レベルコンバータ回路４ｂは、鉄道架線１から変圧器２等を介して入力端子Ｕ´、Ｖ´から入力される交流電力を直流電力に変換し、直流電力を端子Ｎ、Ｐに供給するものである。または、３レベルコンバータ回路４ｂは、鉄道架線１から変圧器２等を介して入力端子Ｕ´、Ｖ´から入力される直流電力を、直流電力のまま端子Ｎ、Ｐに供給するものである。
【００７２】
半導体モジュール群５０は、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐ間に直列に接続された第１半導体モジュール５１ａ、第２半導体モジュール５２ａ、第３半導体モジュール５３ａ及び第４半導体モジュール５４ａを含んでいる。半導体モジュール群６０は、負電位側の端子Ｎ及び正電位側の端子Ｐ間に直列に接続された第１半導体モジュール６１ａ、第２半導体モジュール６２ａ、第３半導体モジュール６３ａ及び第４半導体モジュール６４ａを含んでいる。
【００７３】
第１半導体モジュール５１ａ、６１ａ、第２半導体モジュール５２ａ、６２ａ、第３半導体モジュール５３ａ、６３ａ及び第４半導体モジュール５４ａ、６４ａは、アルミブロック１０ａに取付けられている。第１半導体モジュール５１ａ、６１ａ、第２半導体モジュール５２ａ、６２ａ、第３半導体モジュール５３ａ、６３ａ及び第４半導体モジュール５４ａ、６４ａは、導体１１で外部と電気的に接続されている。
【００７４】
第１半導体モジュール５１ａは、ＩＧＢＴ５１ｂ及びダイオード７を有している。第２半導体モジュール５２ａは、ＩＧＢＴ５２ｂ及びダイオード７を有している。第３半導体モジュール５３ａは、ＩＧＢＴ５３ｂ及びダイオード７を有している。第４半導体モジュール５４ａは、ＩＧＢＴ５４ｂ及びダイオード７を有している。
【００７５】
第１半導体モジュール６１ａは、ＩＧＢＴ６１ｂ及びダイオード７を有している。第２半導体モジュール６２ａは、ＩＧＢＴ６２ｂ及びダイオード７を有している。第３半導体モジュール６３ａは、ＩＧＢＴ６３ｂ及びダイオード７を有している。第４半導体モジュール６４ａは、ＩＧＢＴ６４ｂ及びダイオード７を有している。
【００７６】
各半導体モジュール群５０、６０の第１半導体モジュール、第２半導体モジュール、第３半導体モジュール及び第４半導体モジュールは、複数のゲート駆動回路に一対一で接続され、対応するゲート駆動回路から与えられるゲート信号に基づいて駆動する。より詳しくは、各半導体モジュール群５０、６０の第１半導体モジュール、第２半導体モジュール、第３半導体モジュール及び第４半導体モジュールのＩＧＢＴは、これらの各ゲートに、対応するゲート駆動回路からゲート信号が与えられ、導通状態又は非導通状態に切替える。
【００７７】
ここでは、第１半導体モジュール５１ａはゲート駆動回路５１に接続されている。第２半導体モジュール５２ａはゲート駆動回路５２に接続されている。第３半導体モジュール５３ａはゲート駆動回路５３に接続されている。第４半導体モジュール５４ａはゲート駆動回路５４に接続されている。
【００７８】
第１半導体モジュール６１ａはゲート駆動回路６１に接続されている。第２半導体モジュール６２ａはゲート駆動回路６２に接続されている。第３半導体モジュール６３ａはゲート駆動回路６３に接続されている。第４半導体モジュール６４ａはゲート駆動回路６４に接続されている。
【００７９】
ゲート駆動回路５１及びゲート駆動回路５２、ゲート駆動回路５２及びゲート駆動回路５３、並びにゲート駆動回路５３及びゲート駆動回路５４は、互いに隣合って並べられている。
【００８０】
ゲート駆動回路６１及びゲート駆動回路６２、ゲート駆動回路６２及びゲート駆動回路６３、並びにゲート駆動回路６３及びゲート駆動回路６４は、互いに隣合って並べられている。
【００８１】
上記実施の形態に係るゲート駆動基板８１、８２及び電力変換装置によれば、次に挙げる効果を得ることができる。  
（１）ゲート駆動基板７１は、配線網が形成されたプリント板７１ａと、プリント板７１ａに実装され、配線網に接続された複数のゲート駆動回路２１、２２、２３、２４、４１、４２と、を備えている。このため、複数のゲート駆動回路２１、２２、２３、２４、４１、４２をケーブルにて接続する必要はない。ゲート駆動基板７２、８１、８２もゲート駆動基板７１と同様に形成されている。
【００８２】
ゲート駆動基板７２においても、複数のゲート駆動回路３１、３２、３３、３４、４３、４４をケーブルにて接続する必要はない。ゲート駆動基板８１においても、複数のゲート駆動回路５１、５２、５３、５４をケーブルにて接続する必要はない。ゲート駆動基板８２においても、複数のゲート駆動回路６１、６２、６３、６４をケーブルにて接続する必要はない。
【００８３】
これにより、マザーボード上にゲート駆動基板を実装し、ゲート駆動回路をケーブルにて接続する場合に比べ、ゲート駆動回路を接続する配線処理のために費やす手間を省くことができる。  
また、ゲート駆動基板を実装するためのマザーボード無しに電力変換装置を形成することができる。
【００８４】
（２）ゲート駆動基板７１上に６個のゲート駆動回路２１、２２、２３、２４、４１、４２が形成されている。ゲート駆動基板７２上に６個のゲート駆動回路３１、３２、３３、３４、４３、４４が形成されている。ゲート駆動基板８１上に４個のゲート駆動回路５１、５２、５３、５４が形成されている。ゲート駆動基板８２上に４個のゲート駆動回路６１、６２、６３、６４が形成されている。  
これにより、ゲート駆動基板上に２個のゲート駆動回路を形成した場合に比べ、ゲート駆動基板の個数を削減することができる。
【００８５】
（３）ゲート駆動回路２１、２２、２３、２４は、互いに隣合って並べられている。第１半導体モジュール２１ａ、第２半導体モジュール２２ａ、第３半導体モジュール２３ａ及び第４半導体モジュール２４ａは直列に接続されている。このため、ゲート駆動基板７１におけるゲート駆動回路間の電位差において、ゲート駆動回路２１及びゲート駆動回路２２間の電位差、ゲート駆動回路２２及びゲート駆動回路２３間の電位差、並びにゲート駆動回路２３及びゲート駆動回路２４間の電位差は、ゲート駆動回路４１及びゲート駆動回路４２間の電位差や、ゲート駆動回路２４及びゲート駆動回路４１間の電位差等より小さい。ゲート駆動回路間の絶縁状態を維持するために必要な間隔において、間隔ｗ７は、間隔ｗ８及び間隔ｗ９より短い。
【００８６】
ゲート駆動回路３１、３２、３３、３４は、互いに隣合って並べられている。第１半導体モジュール３１ａ、第２半導体モジュール３２ａ、第３半導体モジュール３３ａ及び第４半導体モジュール３４ａは直列に接続されている。このため、ゲート駆動基板７２におけるゲート駆動回路間の電位差において、ゲート駆動回路３１及びゲート駆動回路３２間の電位差、ゲート駆動回路３２及びゲート駆動回路３３間の電位差、並びにゲート駆動回路３３及びゲート駆動回路３４間の電位差は、ゲート駆動回路４３及びゲート駆動回路４４間の電位差や、ゲート駆動回路３４及びゲート駆動回路４３間の電位差等より小さい。ゲート駆動回路間の絶縁状態を維持するために必要な間隔において、間隔ｗ１０は、間隔ｗ１１及び間隔ｗ１２より短い。  
これにより、間隔ｗ７を間隔ｗ８及び間隔ｗ９より短くでき、又、間隔ｗ１０を間隔ｗ１１及び間隔ｗ１２より短くできるため、ゲート駆動基板７１、７２の小型化を図ることができる。
【００８７】
（４）ゲート駆動回路５１、５２、５３、５４は、互いに隣合って並べられている。第１半導体モジュール５１ａ、第２半導体モジュール５２ａ、第３半導体モジュール５３ａ及び第４半導体モジュール５４ａは直列に接続されている。このため、ゲート駆動基板８１におけるゲート駆動回路間の電位差において、ゲート駆動回路５１及びゲート駆動回路５２間の電位差、ゲート駆動回路５２及びゲート駆動回路５３間の電位差、並びにゲート駆動回路５３及びゲート駆動回路５４間の電位差は、これら以外のゲート駆動回路間の電位差より小さい。
【００８８】
ゲート駆動回路６１、６２、６３、６４は、互いに隣合って並べられている。第１半導体モジュール６１ａ、第２半導体モジュール６２ａ、第３半導体モジュール６３ａ及び第４半導体モジュール６４ａは直列に接続されている。このため、ゲート駆動基板８２におけるゲート駆動回路間の電位差において、ゲート駆動回路６１及びゲート駆動回路６２間の電位差、ゲート駆動回路６２及びゲート駆動回路６３間の電位差、並びにゲート駆動回路６３及びゲート駆動回路６４間の電位差は、これら以外のゲート駆動回路間の電位差より小さい。  
これにより、ゲート駆動回路の間隔をより短くできるため、ゲート駆動基板８１、８２の小型化を図ることができる。
【００８９】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００９０】
例えば、電力変換回路６は、２レベルコンバータ回路４ａ無しに２レベルインバータ回路３ａのみ有していても良い。電力変換回路９は、３レベルコンバータ回路４ｂ無しに３レベルインバータ回路３ｂのみ有していても良い。  
各ゲート駆動基板は、１個のコネクタ又は３個以上のコネクタを備えていても良い。上記温度センサ１７は、複数個のコネクタに電気的に接続されていても良い。  
本願発明は、鉄道車両に電力を供給する電力変換装置に限定されるものではなく、電力を消費する装置（電動機）に電力を供給する電力変換装置であれば良い。
【符号の説明】
【００９１】
３ａ…２レベルインバータ回路、３ｂ…３レベルインバータ回路、４ａ…２レベルコンバータ回路、４ｂ…３レベルコンバータ回路、６，９…電力変換回路、７…ダイオード、８…配線網、１０…冷却器、１２，１３，７１，７２，８１，８２…ゲート駆動基板、１２ａ，１３ａ，７１ａ，７２ａ，８１ａ，８２ａ…プリント板、１４…コネクタ、１６…支持部材、１７…温度センサ、１８…端子、１９…配線、２０，３０，４０，５０，６０…半導体モジュール群、２１，２２，２３，２４，３１，３２，３３，３４，４１，４２，４３，４４，５１，５２，５３，５４，６１，６２，６３，６４…ゲート駆動回路、２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａ…第１半導体モジュール、２２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ，６２ａ…第２半導体モジュール、２３ａ，３３ａ，４３ａ，５３ａ，６３ａ…第３半導体モジュール、２４ａ，３４ａ，４４ａ，５４ａ，６４ａ…第４半導体モジュール、２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ，４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂ，５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ，５４ｂ，６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ…ＩＧＢＴ、Ｎ，Ｐ…端子、ｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４，ｗ５，ｗ６，ｗ７，ｗ８，ｗ９，ｗ１０，ｗ１１，ｗ１２…間隔。
【図１】
2010252490.tif 000003
【図２】
2010252490.tif 000004
【図３】
2010252490.tif 000005
【図４】
2010252490.tif 000006
【図５】
2010252490.tif 000007
【図６】
2010252490.tif 000008
【図７】
2010252490.tif 000009
【図８】
2010252490.tif 000010
【図９】
2010252490.tif 000011
【図１０】
2010252490.tif 000012
【図１１】
2010252490.tif 000013
【図１２】
2010252490.tif 000014
【図１３】
2010252490.tif 000015
【図１４】
2010252490.tif 000016