(57)【要約】【課題】半導体スイッチの構造を工夫することで、回路の組み立てや変更が容易にできるようにする。【解決手段】複数個の半導体スイッチモジュールＭ１１ａ〜Ｍ２２ａを、冷却体ＨＳ１ａへ固定するための金属ベース板Ｂ１ａ，Ｂ２ａの1枚、例えばＭ１１ａ，Ｍ１２ａを金属ベース板Ｂ１ａに設置し、これら半導体スイッチＭ１１ａ，Ｍ１２ａと金属ベース板Ｂ１ａとの間を絶縁材ＩＢ１ａによって絶縁し、これを１つの半導体スイッチとして取り扱えるようにする。【選択図】図１
2006339222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路を構成する複数個の半導体スイッチモジュールを、冷却体へ固定するための金属ベース板１枚に設置し、これら半導体スイッチモジュールと金属ベース板との間を絶縁材によって絶縁し、１つのスイッチとして用いることを特徴とする半導体スイッチ構造。
【請求項２】
前記絶縁材の絶縁耐量を、複数個の半導体スイッチモジュールに含まれる全半導体スイッチ素子の定格電圧の合計値に耐え得る値とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体スイッチ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換回路に用いられる半導体スイッチの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換回路において、１アームが複数個の半導体素子（以下、単に素子とも言う）で構成されている場合について考える。
図５に、例えば特許文献１に記載の、素子を４直列接続して構成される２レベルインバータ（１相分）の例を示す。この回路で、素子はＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）であり、Ｑ１１〜Ｑ１４，Ｑ２１〜Ｑ２４で示している。また、Ｍ１１〜Ｍ２２はＩＧＢＴモジュールで、各モジュールはＱ１１〜Ｑ２４のうちの２つの素子（Ｑ１１とＱ１２，Ｑ１３とＱ１４，Ｑ２１とＱ２２，Ｑ２３とＱ２４）と、絶縁材ＩＢ１２〜ＩＢ２２と金属ベース板Ｂ１１〜Ｂ２２とから構成されている。
【０００３】
Ｃ１，Ｅ１Ｃ２，Ｅ２は各モジュールの端子である。冷却体ＨＳ１１〜ＨＳ２２は各モジュールに対して１つずつ設置し、これら冷却体の電位は、それぞれの冷却体に設置している素子の端子電圧最大値または最小値、すなわちＣ１またはＥ２端子と同電位となるようにしている。
上記回路において、各絶縁材ＩＢ１２〜ＩＢ２２に印加される電圧（素子の各端子−金属ベース板および冷却体間電圧）を考える。
【０００４】
図６（ａ）は図５の上アーム素子（Ｑ１１〜Ｑ１４）がオンの場合を示し、この場合は４つの素子が短絡状態となっており、Ｃ１，Ｅ１Ｃ２，Ｅ２端子は全てＣ１電位となるため、絶縁材ＩＢ１１に印加される電位はほぼ０になる。一方、図６（ｂ）の上アーム素子（Ｑ１１〜Ｑ１４）がオフの場合は、下アーム素子（Ｑ２１〜Ｑ２４）はオンとなるため、直流電源電圧Ｅｄは全て上アーム素子に印加される。
【０００５】
ここで、素子特性が全て同じとすると、４つの素子に印加される電圧は、それぞれＥｄ／４となる。冷却体の電位は端子Ｃ１と同じくＥｄ、Ｅ１Ｃ２端子は３Ｅｄ／４、Ｅ２端子はＥｄ／２であるため、絶縁材ＩＢ１１に印加される最大電圧はＥ２−冷却体の電圧であり、Ｅｄ／２となる。絶縁材に印加される最大電圧Ｅｉｎｓ．は、一般的に次式で求められる。
Ｅｉｎｓ．＝Ｅｄ／（１アーム当りの冷却体数）
このことから、上記Ｅｉｎｓ．が絶縁耐量を超えないように冷却体の分割数を決定すれば、素子の多数個直列接続回路を実現することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平２００３−１７４７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、半導体モジュールを適用して素子を多数個直列接続する場合、冷却体を分割することで半導体モジュール内部の絶縁耐量を確保することができるが、
（１）冷却体の数が増加する。
（２）冷却体の電圧が対地電位に対して異なる電位を持つため、碍子等によって浮かす必要がある。
などの理由により、構造が複雑化するという問題がある。
したがって、この発明の課題は、冷却体を分割することなく素子の多数個直列接続、または素子の並列，直並列接続や回路の組み立てなどを容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、複数個の半導体スイッチモジュールを同一の金属ベース板に設置し、各半導体スイッチモジュールとベース板との間に絶縁材を挿入し、これを１つの半導体スイッチとして冷却体に設置する。この半導体スイッチ上で回路を構成することにより、構造が複雑化しないようにする。また、請求項２の発明では、絶縁材の絶縁耐圧を、半導体スイッチモジュールに内蔵されている全半導体スイッチ素子の素子耐圧の合計電圧を考慮した値に設定することで、あらゆる組み合わせの直・並列接続が可能となり、冷却体も分割する必要がない。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、冷却体を分割することなく素子の多数個直列接続、または素子の並列，直並列接続や回路の組み立てなどが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図、図２は図１の上アームの構造例である。
図１の回路も図５と同じく、素子を４直列接続して構成された２レベルインバータの１相分を示す。ここで、Ｍ１１ａ〜Ｍ２２ａは２素子内蔵の半導体（ここではＩＧＢＴ）モジュール、ＩＢ１ａ〜ＩＢ２ａは絶縁材、Ｂ１ａ〜Ｂ２ａは金属ベース板、ＨＳ１ａは冷却体である。この回路の各アームの構造は、２つの半導体モジュール（例えばＭ１１ａとＭ１２ａ）を同一の金属ベース板（Ｂ１ａ）に設置し、これら半導体モジュールと金属ベース板の間に絶縁材（ＩＢ１ａ）を挟み、１つの半導体スイッチとして用いるようにするものである。
【００１１】
上記のようにするに当り、絶縁材の絶縁耐圧を、モジュールを構成する全半導体スイッチ素子（ここではＱ１１ａ〜Ｑ１４ａまたはＱ２１ａ〜Ｑ２４ａ）の耐圧の合計電圧が印加されることを想定して設定することとする。これにより、半導体スイッチ内において、全素子直列接続することや、その他の接続（並列または直並列接続）が可能である。このとき、冷却体を分割したり、碍子で浮かしたりすることなく接地することができ、回路の簡素化が可能となる。
【００１２】
図３，図４に図２の構造を持つ半導体モジュールを用いた回路例を示す。図３は素子４直列接続、図４は２直列２並列接続の例である。このように配線を変更することにより、回路の変更も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態を示す回路構成図
【図２】図１の１アームの構造例図
【図３】素子を４直列接続する場合の配線図
【図４】素子を２直列２並列接続する場合の配線図
【図５】従来例を示す回路構成図
【図６】図５の絶縁材に印加される電圧の説明図
【符号の説明】
【００１４】
Ｅｄ…直流電源、Ｍ１１〜Ｍ２４…ＩＧＢＴモジュール、Ｑ１１〜Ｑ２４…半導体素子（ＩＧＢＴ）、Ｃ１，Ｅ１Ｃ２，Ｅ２…端子、ＩＢ１ａ，ＩＢ２ａ…絶縁材、Ｂ１ａ，Ｂ２ａ…金属ベース板、ＨＳ１ａ…冷却体。
【図１】
2006339222.tif 000003
【図２】
2006339222.tif 000004
【図３】
2006339222.tif 000005
【図４】
2006339222.tif 000006
【図５】
2006339222.tif 000007
【図６】
2006339222.tif 000008