(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置の構成部品である半導体素子に引出し端子によって並列接続された第１のコンデンサとダイオードの第１の直列接続体と、このダイオードに並列接続された第２のコンデンサと抵抗器の第２の直列接続体とを備えた電力変換装置において、前記第１の直列接続体と前記第２のコンデンサを一体にし、且つ前記ダイオードと前記第２のコンデンサを、前記引出し端子から繋がる導体板に載置して、ほぼ同一平面上に配置し、前記第１のコンデンサに添わせてモールドしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
第１のコンデンサとダイオードの第１の直列接続体と、このダイオードに並列接続された第２のコンデンサと抵抗器の第２の直列接続体と、前記第１の直列接続体が接続される引出し端子と、前記第１の直列接続体と前記第２のコンデンサを一体にし、且つ前記ダイオードと前記第２のコンデンサを、前記引出し端子から繋がる導体板に載置して、ほぼ同一平面上に配置し、前記第１のコンデンサに近接してモールドしたパッケージを備えたことを特徴とする自己消弧素子用スナバモジュール。
【請求項３】
請求項１において、前記導体板は、前記半導体素子と前記第１のコンデンサとに挟まれることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１において、前記ダイオードと前記第２のコンデンサが前記半導体素子と前記第１のコンデンサとの間に位置することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体自己消弧素子を使用する電力変換装置に関し、特に改良されたスナバを備えた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタ，ＩＧＢＴ等の自己消弧素子を用いた電力変換装置において、自己消弧素子が電流を遮断する際の回路インダクタンスによる跳ね上がり電圧を抑制するため、インダクタンスに蓄積されたエネルギーをバイパスさせる目的で、自己消弧素子の両端間にスナバ回路が接続される。
【０００３】
電流容量が大きくスイッチング周波数が比較的高い自己消弧素子におけるスナバ回路としては、実開平６−７７２５９号公報図３に開示されているように、コンデンサとダイオードを直列接続し、コンデンサの充電エネルギーを抵抗を介して放電する方式が知られている。
【０００４】
また、上記スナバダイオードのリカバリーによる跳ね上がり電圧の抑制のために、特開平３−１０７３２８  号公報図４に開示されているように、スナバダイオードと並列にコンデンサと抵抗器の直列回路を接続するものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、スナバダイオードのリカバリーによる跳ね上がり電圧の抑制や振動抑制効果が十分ではなく、ノイズを発生し、特に数ＭＨｚから数十ＭＨｚ  帯にかけてのノイズレベルを押し上げ、ノイズフィルタ等のノイズ抑制装置を大きくせざるを得ないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、スナバダイオードのリカバリーによる跳ね上がり電圧の抑制効果を高めた改良された電力変換装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はその一面において、電力変換装置の構成部品である半導体素子に並列接続される第１のコンデンサとダイオードの第１の直列接続体と、このダイオードに並列接続された第２のコンデンサと抵抗器の第２の直列接続体とを備えた電力変換装置において、これら第１，第２の直列接続体を一体にモールドしたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、第２のスナバをスナバダイオードに近接して配置することができ、このスナバ回路のインダクタンスを小さく抑え、スナバダイオードのリカバリーによる跳ね上がり電圧を小さく抑制できる。
【０００９】
本発明は他の一面において、電力変換装置の構成部品である半導体素子に並列接続される第１のコンデンサとダイオードの第１の直列接続体と、このダイオードに並列接続された第２のコンデンサと抵抗器の第２の直列接続体とを備えた電力変換装置において、第１の直列接続体と第２のコンデンサを一体にモールドしたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、第２のコンデンサをスナバダイオードに近接して配置することができ、回路のインダクタンスを小さく抑え、スナバダイオードのリカバリーによる跳ね上がり電圧を小さく抑制できるほか、前記第２の抵抗器の発熱による第１及び第２のコンデンサへの熱的影響を防ぐ事が出来る。
【００１１】
本発明はまた他の一面において、前記スナバダイオードと第２のコンデンサをほぼ同一平面上に位置させかつ前記第１のコンデンサに寄添うように配置して、前記第１の直列接続体と第２のコンデンサを一体にモールドしたことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、比較的容積の大きな第１のコンデンサに、比較的容積の小さな前記スナバダイオードとそのスナバを構成する第２のコンデンサを寄添うように配置してモジュール化することにより、スナバ配線を極めて短くでき、よりインダクタンスを小さく抑え、スナバダイオードのリカバリーによる跳ね上がり電圧や振動を極めて小さく抑制することができる。
【００１３】
本発明は更に他の一面において、前記スナバダイオードと第２のコンデンサを、前記半導体素子と前記第１のスナバコンデンサとに挟まれたスナバ引出し端子の導体板に配置して、前記第１の直列体と第２のコンデンサを一体にモールドしたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、前記第２のスナバを半導体素子に接続されるスナバ端子の導体板に極めて接近して配線出来るので、前記第２のスナバの配線を前記第１のコンデンサと前記スナバ端子の導体版の間に接続されるスナバダイオードに対して極めて短くでき、よりインダクタンスを小さく抑え、スナバダイオードのリカバリーによる跳ね上がり電圧を極めて小さく抑制することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例による電力変換装置の回路図である。１及び２はＩＧＢＴ等の自己消弧素子であり、直流端子３，４間に直列接続されている。５は回路の配線インダクタンスを示したものである。スナバモジュール６，７は、自己消弧素子であるＩＧＢＴ１及び２の両端間に接続される。これらスナバモジュール６，７は、それぞれスナバコンデンサ８，９とスナバダイオード１０，１１の第１の直列接続体（ＣＤスナバと略称する）を備えている。これらの各直列接続点１２，１３は、引出し線（端子）１４，１５によってモジュール外へ引出され、各直流端子４，３との間に放電抵抗器１６，１７を接続する。前記各スナバダイオード１０，１１の両端間にはそれぞれ第２のスナバコンデンサ１８又は１９と抵抗器２０又は２１の第２の直列接続体からなるＣＲスナバ２２又は２３が接続されている。
【００１６】
以上で電力変換装置の１相分２４を構成しており、他の２相分２５及び２６とにより、３相電力変換装置を構成する。２７，２８及び２９はその３相交流端子である。
【００１７】
ＣＤスナバ８，１０又は９，１１は、各ＩＧＢＴ１又は２がオフした時の配線インダクタンス５に蓄積されたエネルギーを各ＩＧＢＴからバイパスさせ吸収するように働き、過電圧の発生を抑制する。即ち、ＩＧＢＴ１又は２がオフしても、スナバコンデンサ８又は９を充電するようにダイオード１０又は１１を経由して電流が流れ続けることで過電圧の発生を抑制している。この充電は、配線インダクタンス５の蓄積エネルギーがスナバコンデンサ８又は９の充電エネルギーと等しくなるまで続き、やがて停止する。コンデンサへの充電が終了すると、コンデンサ８又は９に貯えられたエネルギーは、直流電源（図示せず）を介して放電抵抗器１６又は１７に放電を開始する。スナバコンデンサ８又は９が充電から放電に移行する段階で、スナバダイオード１０又は１１に僅かに逆電流（リカバリー電流）が流れ、やがて急峻に停止する。これにより、スナバダイオード１０又は１１の両端にひげ状の電圧振動が発生する。このダイオードのリカバリーによる振動は、電磁ノイズを発生させ、機器の誤動作，音響機器へのノイズ発生等、障害を引き起こす。このため、ノイズフィルタを挿入する等の外部対策が必要であり、リカバリー電圧が大きいとフィルタも大型のものが必要である。ダイオードのリカバリーによる振動を内部で抑制するため、前述したようにスナバダイオード１０又は１１の両端にＣＲスナバ２２又は２３が接続される。
【００１８】
この実施例においては、これらＣＲスナバ２２又は２３はスナバモジュール６又は７の内部に一体的に組み込まれる。その構成を以下に説明する。
【００１９】
図２は本発明による電力変換装置の１相片アームの斜視図である。ＩＧＢＴ１を収納したＩＧＢＴモジュール３０の端子にスナバモジュール６からの引出し端子３１，３２がねじ止めされる。スナバモジュール６には、図１の電気回路で説明したように、スナバ（第１の）コンデンサ８とスナバダイオード１０の直列接続体からなり引出し端子３１と３２間に接続されたＣＤスナバと、そのダイオード１０に並列接続され第２のコンデンサ１８と抵抗器２０の直列接続体からなるＣＲスナバ２２を内蔵している。
【００２０】
さて、一方の引出し端子３１から、直角に立上った頚部３３を介して再び直角に折れた導体板３４及びこの導体板３４から更に直角に立上がる立上がり部３５に繋がる導体バーを構成している。この立上がり部３５の先端には、モジュール内で最も大きい部品であるスナバ（第１の）コンデンサ８の一端が接続されている。他方の引出し端子３２からも、直角に立上った頚部３６を介して再び直角に折れた導体板３７に繋がる導体バーを構成している。この導体板３７上にスナバダイオード１０の一端１０１を接続して載置し、このダイオード１０の他端１０２  はスナバコンデンサ８の他端に貼付けるように接続された導体板３８へリード  ３９にて接続されている。更に、スナバダイオード１０と同一平面上に位置するように、ＣＲスナバ２２のスナバ（第２の）コンデンサ１８と抵抗器２０が接続，配置されている。すなわち、スナバダイオード１０のアノード端子１０１は導体板３７に接続され、コンデンサ１８の一端１８１がこの導体板３７に接続される。コンデンサ１８の他端１８２は抵抗器２０の一端に接続され、更に抵抗器  ２０の他端は前記ダイオード１０の他端１０３に接続されている。ダイオード  １０の他端１０２と１０３は内部で繋がっている。これらを一体として樹脂でモールドし、スナバモジュール６を構成する。
【００２１】
ほぼ同一平面上に位置するダイオード１０，第２のコンデンサ１８及び抵抗器２０は、スナバ（第１の）コンデンサ８に寄添うように配置され、また、スナバ（第１の）コンデンサ８と導体板３７とに挟まれるように配置され、更に、スナバ（第１の）コンデンサ８とＩＧＢＴ１とに挟まれるように配置される。
【００２２】
これにより、ＣＤスナバとＣＲスナバを一体にモジュールし、同一パッケージ内に収納する事により、ＣＲスナバの配置の自由度が増し、図２に示す如く極小スペース内での配線が可能となり、ＣＤスナバの電流のループが極小スペース内に納まり、配線インダクタンスを小さく抑えることができる。更に、ＣＲスナバコンデンサと抵抗に流れる電流と、導体板３７内を流れる電流の向きを逆向きとしているので配線の磁束が打消され、配線インダクタンスを更に小さく抑えることができる。これにより、ダイオードのリカバリーによる跳ね上がり電圧及び振動を極めて有効に抑制できる。
【００２３】
この結果、ＩＧＢＴ１に接続するＣＤスナバを構成するコンデンサ８とダイオード１０の配線長を短くし、また、ダイオード１０に接続するＣＲスナバの配線長を、従来のＣＤスナバモジュールの外部に引出した２つの引出し端子１４と  ３１との間にＣＲスナバ２２を接続するものに比べ、著しく短くでき、配線インダクタンスを極小とすることができ、前述したダイオードのリカバリーによる振動電圧を十分に抑制することができる。
【００２４】
図３は、本発明の一実施例の効果を説明するためのＩＧＢＴの電流，電圧特性図である。同図（ａ）が従来のＣＲスナバ２２や２３を外付けした場合の特性である。円で囲んだ部分４１に示すようにＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧  ＶＣＤが振動している。同図（ｂ）は本発明の一実施例によりＣＲスナバ２２や  ２３をスナバモジュール６及び７内に一体にモールドした場合の特性である。円で囲んだ部分４２に示すようにＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＤの振動は小さく抑制されている。
【００２５】
次に、図４〜図６を参照して本発明の第２の実施例を説明する。
【００２６】
図４は、図１に対応する本発明の他の一実施例による電力変換装置の回路図であり、同一部品には同一符号を付けて説明を省略する。この実施例においては、ＣＤスナバ８，１０又は１１，１３と、ＣＲスナバ２２又は２３中の第２のコンデンサ１８又は１９を、スナバモジュール６１又は７１の内部に一体的に組み込む。ＣＲスナバ２２又は２３中の抵抗器２０又は２１はモジュールの外に配置している。
【００２７】
図５は、図２に対応する本発明による他の一実施例電力変換装置の１相片アームの斜視図であり、図６は図５の矢印ＶＩ方向から見た視図である。
【００２８】
スナバモジュール６１内では、スナバダイオード１０と同一平面上に位置するように、ＣＲスナバ２２のスナバ（第２の）コンデンサ１８が接続，配置されている。しかし、抵抗器２０は、モジュール６１から引出されたリード線４１，４２によりモジュール外に引出され、モジュール６１のすぐそばに配置されている。
【００２９】
ほぼ同一平面上に位置するダイオード１０，第２のコンデンサ１８は、スナバ（第１の）コンデンサ８とＩＧＢＴモジュール３０の間にあるスナバ引出し端子の導体板に寄添うように配置され、これらのダイオード１０，第２のコンデンサ１８と、外付けの抵抗器２０は、更に、スナバ（第１の）コンデンサ８とＩＧＢＴモジュール３０とに挟まれるように配置される。
【００３０】
この結果、前述した実施例と同様に、ダイオードのリカバリーによる振動電圧を十分に抑制することができるほか、抵抗器２０の発熱がスナバモジュール６１に伝わりにくくなるので、抵抗器２０の温度上昇によるスナバモジュール６１の温度上昇を抑制することができる。
【００３１】
以上の実施例では、インバータ装置のプラス側自己消弧素子１のスナバを例に採って説明したが、マイナス側の自己消弧素子２のスナバについても極性，配置が入れ替るのみで同様である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＣＤスナバモジュールパッケージのモールドを利用してＣＲスナバを固定できるので、ＣＲモジュールの配置の自由度が増し、ＣＤスナバのダイオードに近接して配置する事ができるので、ＣＲスナバ回路のインダクタンスを極めて小さく出来、スナバダイオードのリカバリーによる跳ね上がり電圧や振動を効果的に抑制できる。従って、ノイズの発生を抑制でき、外部機器の誤動作の抑制又はノイズフィルタのコスト低減に効果がある。また、ＣＲスナバ抵抗器をモジュールのそばに外付けした場合には、モジュールの温度上昇を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による電力変換装置の電気回路図。
【図２】同じく本発明の一実施例による電力変換装置の１相片アームの構造を示す斜視図。
【図３】本発明の一実施例の効果を示す半導体素子の電圧・電流特性図。
【図４】本発明の他の実施例による電力変換装置の電気回路図。
【図５】同じく本発明の他の実施例による電力変換装置の１相片アームの構造を示す斜視図。
【図６】図５の矢印ＶＩ方向視図である。
【符号の説明】
１，２…ＩＧＢＴ（半導体自己消弧素子）、３，４…電力変換装置の直流端子、５…配線インダクタンス、６、６１及び７…スナバモジュール、８，９…ＣＤスナバコンデンサ、１０，１１…ＣＤスナバダイオード、１４，１５，３１，３２…引出し端子、１６，１７…放電抵抗器、１８，１９…ＣＲスナバコンデンサ、２０，２１…ＣＲスナバ抵抗器、２２，２３…ＣＲスナバ、２４〜２６…電力変換装置の各相分、２７〜２９…電力変換装置の交流端子、３０…ＩＧＢＴモジュール、３４，３７，３８…導体板、３９…リード、４１，４２…抵抗器２０の引出しリード線。
【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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