(57)【要約】      （修正有）【課題】スイッチング過電圧が低減された３レベル電力変換装置用ハーフブリッジを提供する。【解決手段】３レベル電力変換装置用ハーフブリッジのでは、ハーフブリッジ１のパワー半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４とダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とは、次のような状況が実現されるように、第１基板２および第２基板３の間に分割される。すなわち、高い力率を有する３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１の好ましい運転中に、第１基板２上に配置されるパワー半導体スイッチＴ１、Ｔ２およびダイオードＤ１、Ｄ３と、第２基板３上に配置されるパワー半導体スイッチＴ３、Ｔ４およびダイオードＤ２、Ｄ４との間において、電流の転流が全く生じないか、あるいは殆ど生じないような状況が実現されるように分割される。【選択図】図２
2014217270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板（２）と、前記第１基板（２）から絶縁して配置されている第２基板（３）とを備えて構成される３レベル電力変換装置用ハーフブリッジであって、
前記第１基板（２）は、第１絶縁体（６ａ）と、前記第１絶縁体（６ａ）上に配置される構造化された導電性の第１伝導層（７ａ）とを有し、前記３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ（１）は、第２パワー半導体スイッチ（Ｔ２）と、前記第２パワー半導体スイッチ（Ｔ２）と直列に電気接続される第３ダイオード（Ｄ３）とを有する第１直列回路構成（８）を有し、第１パワー半導体スイッチ（Ｔ１）と、前記第２パワー半導体スイッチ（Ｔ２）と、第１ダイオード（Ｄ１）と、前記第３ダイオード（Ｄ３）とは、構造化された前記第１伝導層（７ａ）上に配置されると共に、構造化された前記第１伝導層（７ａ）に接続され、
前記第２基板（３）は、第２絶縁体（６ｂ）と、前記第２絶縁体（６ｂ）上に配置される構造化された導電性の第２伝導層（７ｂ）とを有し、前記３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ（１）は、第３パワー半導体スイッチ（Ｔ３）と、前記第３パワー半導体スイッチ（Ｔ３）と直列に電気接続される第２ダイオード（Ｄ２）とを有する第２直列回路構成（９）を有し、第４パワー半導体スイッチ（Ｔ４）と、前記第３パワー半導体スイッチ（Ｔ３）と、第４ダイオード（Ｄ４）と、前記第２ダイオード（Ｄ２）とは、構造化された前記第２伝導層（７ｂ）上に配置されると共に、構造化された前記第２伝導層（７ｂ）に接続され、
前記第１直列回路構成（８）の入力接続部は、前記第２直列回路構成（９）の出力接続部に導電接続され、前記第１直列回路構成（８）の出力接続部は、前記第２直列回路構成（９）の入力接続部と、前記第１パワー半導体スイッチ（Ｔ１）の第２負荷電流接続部（Ｅ）と、前記第４パワー半導体スイッチ（Ｔ４）の第１負荷電流接続部（Ｃ）とに導電接続され、
前記第１ダイオード（Ｄ１）は、前記第１パワー半導体スイッチ（Ｔ１）と逆並列に電気接続され、前記第４ダイオード（Ｄ４）は、前記第４パワー半導体スイッチ（Ｔ４）と逆並列に電気接続され、
前記第１直列回路構成（８）の、電気的に前記第２パワー半導体スイッチ（Ｔ２）と前記第３ダイオード（Ｄ３）との間に配置される中央接続部（１０）と、前記第２直列回路構成（９）の、電気的に前記第３パワー半導体スイッチ（Ｔ３）と前記第２ダイオード（Ｄ２）との間に配置される中央接続部（１１）とは、互いに導電接続され、および／または、前記第２パワー半導体スイッチ（Ｔ２）と逆並列に電気接続される第５ダイオード（Ｄ５）が、構造化された前記第１伝導層（７ａ）上に配置されると共に、構造化された前記第１伝導層（７ａ）に接続され、かつ、前記第３パワー半導体スイッチ（Ｔ３）と逆並列に電気接続される第６ダイオード（Ｄ６）が、構造化された前記第２伝導層（７ｂ）上に配置されると共に、構造化された前記第２伝導層（７ｂ）に接続される、
３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ。
【請求項２】
前記第１直列回路構成（８）の入力接続部が、前記第２パワー半導体スイッチ（Ｔ２）の第１負荷電流接続部（Ｃ）の形態であり、前記第１直列回路構成（８）の出力接続部が、前記第３ダイオード（Ｄ３）のカソードの形態であり、前記第２直列回路構成（９）の入力接続部が、前記第３パワー半導体スイッチ（Ｔ３）の第１負荷電流接続部（Ｃ）の形態であり、前記第２直列回路構成（９）の出力接続部が、前記第２ダイオード（Ｄ２）のカソードの形態であることを特徴とする、請求項１に記載の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ。
【請求項３】
前記第１直列回路構成（８）の入力接続部が、前記第３ダイオード（Ｄ３）のアノードの形態であり、前記第１直列回路構成（８）の出力接続部が、前記第２パワー半導体スイッチ（Ｔ２）の第２負荷電流接続部（Ｅ）の形態であり、前記第２直列回路構成（９）の入力接続部が、前記第２ダイオード（Ｄ２）のアノードの形態であり、前記第２直列回路構成の出力接続部が、前記第３パワー半導体スイッチ（Ｔ３）の第２負荷電流接続部（Ｅ）の形態であることを特徴とする、請求項１に記載の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３レベルの電力変換装置用ハーフブリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
３レベル（３値）電力変換装置は、広範な用途に使用されている従来型の電力変換装置とは次の点において異なっている。すなわち、３レベル電力変換装置は、インバータとして運転する場合、従来型の電力変換装置のように、その交流電圧側の負荷接続部ＡＣにおいて、中間回路電圧Ｕｄの電気的に正または負の電圧にほぼ対応する電圧値を有する交流電圧を発生し得るだけでなく、交流電圧側の負荷接続部ＡＣにおいて、中間回路電圧Ｕｄの電気的に正または負の電圧の半分にほぼ対応する電圧値を有する電圧をも付加的に発生し得るという点である。
【０００３】
その結果、例えば、交流電圧側の負荷接続部ＡＣにおいて電力変換装置によって生成される電圧の正弦波交流電圧への改善された近似が可能になる。
【０００４】
この場合の３レベル電力変換装置は、相互に電気接続されて３レベル電力変換装置を実現する複数個の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジを有する。
【０００５】
３レベル電力変換装置の場合には、３レベル電力変換装置を実現するために必要なすべてのパワー半導体スイッチおよびダイオードを単一の基板上に配置すること、および、そのパワー半導体スイッチおよびダイオードを、基板の導体層および結合線によって相互に導電接続することが知られている。しかし、このような３レベル電力変換装置、すなわち、３レベル電力変換装置を実現するために必要なすべてのパワー半導体スイッチおよびダイオードが単一の基板上に配置される３レベル電力変換装置の達成可能な電力は、単一基板の熱消散容量が制限される結果、限定されたものになる。
【０００６】
さらに、３レベル電力変換装置を実現するために、特に、高電力の３レベル電力変換装置を実現するために、パワー半導体スイッチおよびダイオードを、相互に絶縁された複数個の基板上に配置して、その基板を、例えば電気的なラインによって相互に導電接続することも知られている。この場合、基板上に配置されるパワー半導体スイッチおよびダイオードは、相互に電気接続されて、通常電圧および電流の整流および反転に用いられる複数のいわゆるハーフブリッジ回路を形成する。基板は、一般的に、直接または間接的にヒートシンクに接続される。基板を接続する電気的なラインは、相対的に高い寄生インダクタンスを有するという欠点を有する。寄生インダクタンスが高いと、転流操作の間に高いスイッチング過電圧が生じ、このスイッチング過電圧は、パワー半導体スイッチの達成可能なスイッチング速度およびスイッチング周波数を低下させるのである。
【０００７】
特許文献１は、寄生インダクタンスを低減したパワー半導体モジュールを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１６７０１３１ Ａ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、スイッチング過電圧を低減した３レベル電力変換装置用ハーフブリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、第１基板と、その第１基板から絶縁して配置される第２基板とを含む３レベル電力変換装置用ハーフブリッジによって実現される。その場合、前記第１基板は、第１絶縁体と、その第１絶縁体上に配置される構造化された導電性の第１伝導層とを有し、さらに、３レベル電力変換装置用ハーフブリッジは、第２パワー半導体スイッチと、その第２パワー半導体スイッチと直列に電気接続される第３ダイオードとを有する第１直列回路構成を有し、さらに、第１パワー半導体スイッチと、前記第２パワー半導体スイッチと、第１ダイオードと、前記第３ダイオードとは、構造化された前記第１伝導層上に配置されると共に、構造化された前記第１伝導層に接続され、さらにまた、前記第２基板は、第２絶縁体と、その第２絶縁体上に配置される構造化された導電性の第２伝導層とを有し、さらに、３レベル電力変換装置用ハーフブリッジは、第３パワー半導体スイッチと、その第３パワー半導体スイッチと直列に電気接続される第２ダイオードとを有する第２直列回路構成を有し、さらに、第４パワー半導体スイッチと、前記第３パワー半導体スイッチと、第４ダイオードと、前記第２ダイオードとは、構造化された前記第２伝導層（７ｂ）上に配置されると共に、構造化された前記第２伝導層に接続され、さらにまた、前記第１直列回路構成の入力接続部は、前記第２直列回路構成の出力接続部に導電接続され、かつ、前記第１直列回路構成の出力接続部は、前記第２直列回路構成の入力接続部と、前記第１パワー半導体スイッチの第２負荷電流接続部と、前記第４パワー半導体スイッチの第１負荷電流接続部とに導電接続され、さらにまた、前記第１ダイオードは、前記第１パワー半導体スイッチと逆並列（back-to-back in parallel）に電気接続され、かつ、前記第４ダイオードは、前記第４パワー半導体スイッチと逆並列に電気接続され、さらにまた、電気的に前記第２パワー半導体スイッチと前記第３ダイオードとの間に配置される前記第１直列回路構成の中央接続部と、電気的に前記第３パワー半導体スイッチと前記第２ダイオードとの間に配置される前記第２直列回路構成の中央接続部とは互いに導電接続され、および／または、前記第２パワー半導体スイッチと逆並列に電気接続される第５ダイオードが、構造化された前記第１伝導層上に配置されると共に、構造化された前記第１伝導層に接続され、かつ、前記第３パワー半導体スイッチと逆並列に電気接続される第６ダイオードが、構造化された前記第２伝導層上に配置されると共に、構造化された前記第２伝導層に接続される。
【００１１】
本発明の有利な発展形態が従属請求項に記述される。
【００１２】
第１直列回路構成の入力接続部が、第２パワー半導体スイッチの第１負荷電流接続部の形であり、第１直列回路構成の出力接続部が、第３ダイオードのカソードの形であることが有利であることが分かった。この場合、さらに、第２直列回路構成の入力接続部は、第３パワー半導体スイッチの第１負荷電流接続部の形であり、第２直列回路構成の出力接続部は、第２ダイオードのカソードの形である。その結果、第１および第２直列回路構成の特に簡単な形態が提供される。
【００１３】
さらに、第１直列回路構成の入力接続部が第３ダイオードのアノードの形であり、第１直列回路構成の出力接続部が、第２パワー半導体スイッチの第２負荷電流接続部の形であることが有利であることが分かった。この場合、さらに、第２直列回路構成の入力接続部は第２ダイオードのアノードの形であり、第２直列回路構成の出力接続部は、第３パワー半導体スイッチの第２負荷電流接続部の形である。その結果、第１および第２直列回路構成の特に簡単な形態が提供される。
【００１４】
本発明の例示的な実施形態が図面に表現されている。以下、図面に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】当分野における従来型の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジの回路図を示す。
【図２】本発明による３レベル電力変換装置用ハーフブリッジの回路図と、本発明によるこの３レベル電力変換装置用ハーフブリッジのパワー半導体スイッチおよびダイオードの第１および第２基板の間の本発明による分割とを示す。
【図３】本発明による３レベル電力変換装置用ハーフブリッジの第１基板と、その第１基板上に配置されたパワー半導体スイッチおよびダイオードとを概略図の形で示す。
【図４】本発明による３レベル電力変換装置用ハーフブリッジの第２基板と、その第２基板上に配置されたパワー半導体スイッチおよびダイオードとを概略図の形で示す。
【図５】本発明による別の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジの回路図と、本発明によるこの別の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジのパワー半導体スイッチおよびダイオードの第１および第２基板の間の本発明による分割とを示す。
【図６】本発明によるさらに別の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジの回路図と、本発明によるこの別の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジのパワー半導体スイッチおよびダイオードの第１および第２基板の間の本発明による分割とを示す。
【図７】本発明によるさらに別の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジの回路図と、本発明によるこの別の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジのパワー半導体スイッチおよびダイオードの第１および第２基板の間の本発明による分割とを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、当分野における従来型の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１’の回路図を示す。この場合、３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１’はＴ字形の回路トポロジーを有する。この３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１’は、第１パワー半導体スイッチＴ１と、第２パワー半導体スイッチＴ２と、第３パワー半導体スイッチＴ３と、第４パワー半導体スイッチＴ４と、第１ダイオードＤ１と、第２ダイオードＤ２と、第３ダイオードＤ３と、第４ダイオードＤ４とを有する。これらの素子は図１に示すように相互に接続され、いわゆるハーフブリッジ回路を形成する。当分野における従来型の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１’は、第１基板２’と、その第１基板２’から絶縁して配置される第２基板３’とを有する。その場合、第２および第３パワー半導体スイッチＴ２およびＴ３と、第２および第３ダイオードＤ２およびＤ３とは第１基板２’上に配置され、第１および第４パワー半導体スイッチＴ１およびＴ４と、第１および第４ダイオードＤ１およびＤ４とは第２基板３’上に配置される。３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１’には、それぞれ半中間回路電圧Ｕｄ／２を発生する２つの電圧源（図１には示されていない）から給電される。その結果、２つのＤＣ電圧接続部ＤＣ＋およびＤＣ−の間には、中間回路電圧Ｕｄが存在することになる。３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１’の中性接続部は、図１においてはＮで示されている。
【００１７】
図１においては、パワー半導体スイッチはＩＧＢＴの形であり、その制御入力によって、ＯＮおよびＯＦＦにスイッチ操作できる。パワー半導体スイッチを対応してＯＮおよびＯＦＦにスイッチ操作することによって、交流電圧側の負荷接続部ＡＣに電圧を発生させることができ、その場合、その電圧の電圧絶対値は、中間回路電圧Ｕｄまたは半中間回路電圧Ｕｄ／２にほぼ対応し、その結果、パワー半導体スイッチが対応して作動すると、交流電圧側の負荷接続部ＡＣにおいて、２つの半中間回路電圧Ｕｄ／２または中間回路電圧Ｕｄから、対応する電圧が生成される。３レベル電力変換装置の電気的な機能態様は、一般的に先行技術において知られている。
【００１８】
３レベル電力変換装置は、複数の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジを有することに留意するべきである。すなわち、３レベル電力変換装置は、例えば３つの３レベル電力変換装置用ハーフブリッジを有することができ、それを用いて、３レベル電力変換装置用ハーフブリッジにおけるパワー半導体スイッチを対応して作動させることによって、例えば電気モータを作動させるための３相の交流電圧を、２つの半中間回路電圧Ｕｄ／２または中間回路電圧Ｕｄから発生させることができる。しかし、３レベル電力変換装置は、もちろん、整流器としても操作することが可能である。
【００１９】
図１に示すような３レベル電力変換装置用ハーフブリッジの一般的な運転においては、高い力率（高い有効電力成分）を有する好ましい運転の間にパワー半導体スイッチをＯＮおよびＯＦＦにスイッチ操作すると、第２パワー半導体スイッチＴ２と第３ダイオードＤ３と第１パワー半導体スイッチＴ１とを含む第１回路構成と、第３パワー半導体スイッチＴ３と第２ダイオードＤ２と第４パワー半導体スイッチＴ４とを含む第２回路構成との間において、予備的に電流の転流が生じる。
【００２０】
本発明による３レベル電力変換装置用ハーフブリッジを実現するために、この技術的な知見が用いられる。図２は、本発明による３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１の回路図と、本発明によるこの３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１のパワー半導体スイッチおよびダイオードの第１基板２および第２基板３の間の本発明による分割とを示す。図３は、本発明による３レベル電力変換装置ハーフブリッジ１の第１基板２と、その第１基板２上に配置されたパワー半導体スイッチおよびダイオードとを概略図の形で示し、図４は、本発明による３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１の第２基板３と、その第２基板３上に配置されたパワー半導体スイッチおよびダイオードとを概略図の形で示す。この場合、３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１はＴ字形の回路トポロジーを有し、３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１の中性接続部は、図２〜図７においてはＮで示されている。
【００２１】
本発明によれば、本発明による３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１のパワー半導体スイッチおよびダイオードは、次のような状況が実現されるように、第１基板２および第２基板３の間に分割される。すなわち、高い力率（高い有効電力成分）を有する３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１の好ましい運転の場合に、第１基板２の上に配置されたパワー半導体スイッチおよびダイオードと、第２基板３の上に配置されたパワー半導体スイッチおよびダイオードとの間において、電流の転流が全く生じないか、あるいは殆ど生じないような状況が実現されるように分割される。その結果、第１および第２基板２および３を互いに電気接続する電気接続ラインの寄生インダクタンスの意義が著しく低減され、それによって、本発明による３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１の場合のスイッチング過電圧は、パワー半導体スイッチおよびダイオードが別の形で複数の基板上に分布される当分野における従来型の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジに比べて、顕著に低減する。
【００２２】
すでに述べたように、本発明による３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１は、第１基板２と、その第１基板２から絶縁して配置される第２基板３とを有する。第１および第２基板２および３は、１つの共通ハウジング内または２つの別個のハウジング内に配置できる。第１基板２は、第１絶縁体６ａと、構造化された導電性の第１伝導層とを有する。この構造化された第１伝導層は、第１絶縁体６ａの上に配置され、その構造の結果として、導電体のトラック７ａを形成する。さらに、第１基板２は、導電性の、好ましくは構造化されない別の伝導層を有することが望ましい。この場合、絶縁体６ａは、構造化された第１伝導層とその別の伝導層との間に配置される。一般的に、第１基板２の上に配置される素子の冷却に用いられるヒートシンクが、第１基板２の別の伝導層の上に配置される。第１基板２の別の伝導層は、第１絶縁体６ａの背面側に配置されるので、図３では見ることができない。第１基板２の構造化された第１伝導層は、例えば銅から構成できる。しかし、第１基板２の構造化された第１伝導層は多層構造（例えば、金属の表面被膜を備えた銅の層）を有することも可能である。第１基板は、例えば、ＤＣＢ基板の形、または、絶縁された金属基板の形にすることができる。ＤＣＢ基板の場合は、第１絶縁体６ａを例えばセラミック製とすることが可能であり、第１基板の別の伝導層は銅製とすることができる。絶縁された金属基板の場合には、第１絶縁体を、例えばポリイミドまたはエポキシ製とすることが可能であり、第１基板の別の伝導層を成形金属製とすることができる。成形金属は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金とすることができる。
【００２３】
第２基板３は、第２絶縁体６ｂと、構造化された導電性の第２伝導層とを有する。この構造化された第２伝導層は、第２絶縁体６ｂの上に配置され、その構造の結果として、導電体のトラック７ｂを形成する。さらに、第２基板３は、導電性の、好ましくは構造化されない別の伝導層を有することが望ましい。この場合、絶縁体６ｂは、構造化された第１伝導層とその別の伝導層との間に配置される。一般的に、第２基板３の上に配置される素子の冷却に用いられるヒートシンクが、第２基板３の別の伝導層の上に配置される。第２基板３の別の伝導層は、第２絶縁体６ｂの背面側に配置されるので、図４では見ることができない。第２基板３の構造化された第２伝導層は、例えば銅から構成できる。第２基板３の構造化された第２伝導層は多層構造（例えば、金属の表面被膜を備えた銅の層）を有することも可能である。第２基板は、例えば、ＤＣＢ基板の形、または、絶縁された金属基板の形にすることができる。ＤＣＢ基板の場合は、第２絶縁体６ｂを例えばセラミック製とすることが可能であり、第２基板の別の伝導層は銅製とすることができる。絶縁された金属基板の場合には、第２絶縁体６ｂを、例えばポリイミドまたはエポキシの層から構成することができ、第２基板の別の伝導層を成形金属製とすることができる。成形金属は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金とすることができる。
【００２４】
３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１は、第２パワー半導体スイッチＴ２と、その第２パワー半導体スイッチＴ２と直列に電気接続される第３ダイオードＤ３とを有する第１直列回路構成８を有し、さらに、第１パワー半導体スイッチＴ１と、第２パワー半導体スイッチＴ２と、第１ダイオードＤ１と、第３ダイオードＤ３とは、構造化された第１伝導層７ａ上に配置されると共に、構造化された第１伝導層７ａに接続される。
【００２５】
さらに、３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１は、第３パワー半導体スイッチＴ３と、その第３パワー半導体スイッチＴ３と直列に電気接続される第２ダイオードＤ２とを有する第２直列回路構成９を有し、さらに、第４パワー半導体スイッチＴ４と、第３パワー半導体スイッチＴ３と、第４ダイオードＤ４と、第２ダイオードＤ２とは、構造化された第２伝導層７ｂ上に配置されると共に、構造化された第２伝導層７ｂに接続される。
【００２６】
第１直列回路構成８の入力接続部は、第２直列回路構成９の出力接続部に導電接続される。その場合、例示的な実施形態の範囲内において、第１直列回路構成８の入力接続部は、第２パワー半導体スイッチＴ２の第１負荷電流接続部Ｃの形であり、第２直列回路構成９の出力接続部は、第２ダイオードＤ２のカソードの形である。
【００２７】
第１直列回路構成８の出力接続部は、第２直列回路構成９の入力接続部と、第１パワー半導体スイッチＴ１の第２負荷電流接続部Ｅと、第４パワー半導体スイッチＴ４の第１負荷電流接続部Ｃとに導電接続される。その場合、例示的な実施形態の範囲内において、第１直列回路構成８の出力接続部は、第３ダイオードＤ３のカソードの形であり、第２直列回路構成９の入力接続部は、第３パワー半導体スイッチＴ３の第１負荷電流接続部Ｃの形である。
【００２８】
第１ダイオードＤ１は、第１パワー半導体スイッチＴ１と逆並列に電気接続され、第４ダイオードＤ４は、第４パワー半導体スイッチＴ４と逆並列に電気接続される。この点で、例示的な実施形態においては、第１ダイオードＤ１のアノードは第１パワー半導体スイッチＴ１の第２負荷電流接続部Ｅに導電接続され、第１ダイオードＤ１のカソードは第１パワー半導体スイッチＴ１の第１負荷電流接続部Ｃに導電接続され、かつ、第４ダイオードＤ４のアノードは第４パワー半導体スイッチＴ４の第２負荷電流接続部Ｅに導電接続され、第４ダイオードＤ４のカソードは第４パワー半導体スイッチＴ４の第１負荷電流接続部Ｃに導電接続される。
【００２９】
第１直列回路構成８は、電気的に第２パワー半導体スイッチＴ２と第３ダイオードＤ３との間に配置される中央接続部１０であって、この点で例示的な実施形態においては、第２パワー半導体スイッチＴ２の第２負荷電流接続部Ｅと、第３ダイオードＤ３のアノードとに導電接続される中央接続部１０を有する。また、第２直列回路構成９は、電気的に第３パワー半導体スイッチＴ３と第２ダイオードＤ２との間に配置される中央接続部１１であって、この点で例示的な実施形態においては、第３パワー半導体スイッチＴ３の第２負荷電流接続部Ｅと、第２ダイオードＤ２のアノードとに導電接続される中央接続部１１を有する。図２に示す本発明の例示的な実施形態においては、第１直列回路構成８の中央接続部１０は、第２直列回路構成９の中央接続部１１に、導電接続ライン４を介して導電接続される。この場合、導電接続ライン４は第１基板２から第２基板３に延びている。第１直列回路構成８の中央接続部１０が第２直列回路構成９の中央接続部１１に導電接続される結果として、第２パワー半導体スイッチＴ２と逆並列に電気接続される第５ダイオードと、第３パワー半導体スイッチＴ３と逆並列に電気接続される第６ダイオードとが必要でなくなる。例示的な実施形態の範囲内において、第２パワー半導体スイッチＴ２および第３パワー半導体スイッチＴ３と逆並列に電気接続されるダイオードは存在しない。従って、図２に示す３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１は、特に少数の電気素子を有する。
【００３０】
図５は、図２に示す３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１に対応する本発明による別の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１の回路図を示す。但し、図５に示す３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１は、次の点で、図２の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１と異なる。すなわち、図５の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１においては、第２パワー半導体スイッチＴ２と逆並列に電気接続される第５ダイオードＤ５が、構造化された第１伝導層の上に配置されて構造化された第１伝導層に接続され、第３パワー半導体スイッチＴ３と逆並列に電気接続される第６ダイオードＤ６が、構造化された第２伝導層の上に配置されて構造化された第２伝導層に接続され、かつ、第１直列回路構成８の中央接続部１０が、第２直列回路構成９の中央接続部１１に導電接続されていない。図５に示す３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１は、図２の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１に比べて、基板間に延びる導電接続ライン４を設ける必要がないという利点を有する。
【００３１】
図６は、図２に示す３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１に対応する本発明によるさらに別の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１の回路図を示す。但し、図６に示す３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１は、次の点で、図２の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１と異なる。すなわち、図６の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１においては、第１直列回路構成８の入力接続部が第３ダイオードＤ３のアノードの形であり、第１直列回路構成８の出力接続部が第２パワー半導体スイッチＴ２の第２負荷電流接続部Ｅの形であり、さらに、第２直列回路構成９の入力接続部が第２ダイオードＤ２のアノードの形であり、第２直列回路構成９の出力接続部が第３パワー半導体スイッチＴ３の第２負荷電流接続部Ｅの形である。電気的に第２パワー半導体スイッチＴ２と第３ダイオードＤ３との間に配置される第１直列回路構成８の中央接続部１０は、この点で、例示的な実施形態においては、第２パワー半導体スイッチＴ２の第１負荷電流接続部Ｃと、第３ダイオードＤ３のカソードとに導電接続され、かつ、電気的に第３パワー半導体スイッチＴ３と第２ダイオードＤ２との間に配置される第２直列回路構成９の中央接続部１１は、この点で、例示的な実施形態においては、第３パワー半導体スイッチＴ３の第１負荷電流接続部Ｃと、第２ダイオードＤ２のカソードとに導電接続される。
【００３２】
図７は、図５に示す３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１に対応する本発明によるさらに別の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１の回路図を示す。但し、図７に示す３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１は、次の点で、図５の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１と異なる。すなわち、図７の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１においては、第１直列回路構成８の入力接続部が第３ダイオードＤ３のアノードの形であり、第１直列回路構成８の出力接続部が第２パワー半導体スイッチＴ２の第２負荷電流接続部Ｅの形であり、さらに、第２直列回路構成９の入力接続部が第２ダイオードＤ２のアノードの形であり、第２直列回路構成９の出力接続部が第３パワー半導体スイッチＴ３の第２負荷電流接続部Ｅの形である。
【００３３】
ここで、図２および図５に示す例示的な実施形態は、互いに組み合わせることも可能である点に留意するべきである。さらに、図６および図７の例示的な実施形態を互いに組み合わせることも可能である。この場合は、第１ダイオードＤ１は第１パワー半導体スイッチＴ１と逆並列に電気接続され、第４ダイオードＤ４は第４パワー半導体スイッチＴ４と逆並列に電気接続され、さらに、電気的に第２パワー半導体スイッチＴ２と第３ダイオードＤ３との間に配置される第１直列回路構成８の中央接続部１０と、電気的に第３パワー半導体スイッチＴ３と第２ダイオードＤ２との間に配置される第２直列回路構成９の中央接続部１１とは相互に導電接続され、かつ、第２パワー半導体スイッチＴ２と逆並列に電気接続される第５ダイオードＤ５が、構造化された第１伝導層７ａの上に配置されて構造化された第１伝導層７ａに接続され、第３パワー半導体スイッチＴ３と逆並列に電気接続される第６ダイオードＤ６が、構造化された第２伝導層７ｂの上に配置されて構造化された第２伝導層７ｂに接続される。この場合、負荷電流は、互いに並列に電気接続される第２および第５ダイオードＤ２およびＤ５の間、あるいは、互いに並列に電気接続される第３および第６ダイオードＤ３およびＤ６の間に分割される。この例示的な実施形態は、第２および第３ダイオードの設計電力を低減することが可能であり、従って、第２および第３ダイオードとして小型のダイオードを使用できるという利点を有する。
【００３４】
例示的な実施形態の範囲内において、それぞれのパワー半導体スイッチまたはダイオードは、それぞれ、第１および第２基板を向く側に、例えばハンダ付けまたは焼結接合によってそれぞれ関連する基板の導体トラックに接続される負荷電流接続部を有し、それぞれ、第１および第２基板の反対側に、この例示的な実施形態においては結合ワイヤによってそれぞれ関連する導体トラックに接続される負荷電流接続部を有する。見易くするため、図３および図４には結合ワイヤが表現されておらず、本質的な導体トラックのみが示されている。当該素子は、結合ワイヤ以外の他の電気接続手段によっても相互に導電接続可能である。さらに、図３および図４においては、見易くするため、第１および第２基板間の導電接続も表現されていない。
【００３５】
パワー半導体スイッチは、一般的には、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）のようなトランジスタの形、あるいは、制御してスイッチＯＦＦ操作できるサイリスタの形であるが、この場合、例示的な実施形態の範囲内においては、パワー半導体スイッチはＩＧＢＴの形であり、それぞれのパワー半導体スイッチの第１負荷電流接続部Ｃは、それぞれのＩＧＢＴのコレクタの形であり、それぞれのパワー半導体スイッチの第２負荷電流接続部Ｅは、それぞれのＩＧＢＴのエミッタの形である。パワー半導体スイッチの制御接続部は、見易くするため、図３および図４には表現されていないが、この制御接続部は、この例示的な実施形態においては、それぞれのＩＧＢＴのゲートの形である。
【００３６】
ここで、本発明の意味の範囲内においては、２つの素子が互いに導電接続されると言う場合、２つの素子間に存在する例えば溶接接合、ハンダ付け接合または焼結接合による２つの素子間の直接的な導電接続と、２つの素子を互いに電気接続する例えば導体トラック、結合ワイヤ、導電性膜複合材、バスバーまたはケーブルのような、例えば１つ以上の伝導要素による間接的な導電接続との両者を意味するように意図されていることを、さらに注記しておかなければならない。その結果、互いに導電接続された２つの素子間においては、双方向の電流が可能である。
【００３７】
さらに、場合によっては、本発明による３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ１の電流搬送容量を増大するために、１つ以上のパワー半導体スイッチを、それぞれのパワー半導体スイッチと並列に電気接続すること、かつまた、１つ以上のダイオードを、それぞれのダイオードと並列に電気接続することが可能であることも注記しておく必要がある。
【符号の説明】
【００３８】
１  ３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ
１’  従来型の３レベル電力変換装置用ハーフブリッジ
２、２’  第１基板
３、３’  第２基板
４  導電接続ライン
６ａ  第１絶縁体
６ｂ  第２絶縁体
７ａ  第１伝導層
７ｂ  第２伝導層
８  第１直列回路構成
９  第２直列回路構成
１０、１１  中央接続部
Ｃ  第１負荷電流接続部
Ｄ１  第１ダイオード
Ｄ２  第２ダイオード
Ｄ３  第３ダイオード
Ｄ４  第４ダイオード
Ｄ５  第５ダイオード
Ｄ６  第６ダイオード
Ｅ  第２負荷電流接続部
Ｔ１  第１パワー半導体スイッチ
Ｔ２  第２パワー半導体スイッチ
Ｔ３  第３パワー半導体スイッチ
Ｔ４  第４パワー半導体スイッチ
Ｕｄ／２  半中間回路電圧
【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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【外国語明細書】
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2014217270000002.pdf
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2014217270000004.pdf