(57)【要約】【課題】電流遮断時に双方向スイッチに印加される電圧が小さくなるようにし、素子（スイッチ素子）耐圧を低減することで低コスト化を図る。【解決手段】双方向スイッチモジュールは従来、双方向スイッチを単に１つのパッケージ内に収納するものであったが、双方向スイッチ過電圧保護用のダイオード直列回路４〜７を双方向スイッチモジュール内に内蔵させる構造にして、双方向スイッチ１〜３との間の配線インダクタンスを低減し、電流遮断時に双方向スイッチ１〜３に印加される電圧を小さくしてその耐圧を低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つ以上の電力用半導体双方向スイッチと、少なくとも１つ以上のダイオード直列回路とを同一パッケージに収め、かつ、前記電力用半導体双方向スイッチの両端に、それぞれ前記ダイオード直列回路を接続したことを特徴とする電力用半導体モジュール。
【請求項２】
前記電力用半導体モジュールの外部で、前記電力用半導体双方向スイッチの両端に前記ダイオード直列回路を接続する配線構造または端子構造とすることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体モジュール。
【請求項３】
前記ダイオード直列回路の正極側と負極側とを外部で接続する端子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体モジュール。
【請求項４】
前記電力用半導体モジュールは、マトリックスコンバータで用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力用半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力用半導体モジュールの構造、特に３相交流を別の周波数の３相交流に直接変換する、いわゆるマトリックスコンバータに使用して好適な電力用半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に一般的な双方向スイッチモジュールの回路構成例を示す。図示のように、同一パッケージ内に３つの双方向スイッチを収めて構成される。
図７は双方向スイッチモジュール１３からなるマトリックスコンバータに、ダイオード４〜９とコンデンサ１０からなる双方向スイッチ保護回路を付加した例である。なお、双方向スイッチモジュール１３からなるマトリックスコンバータは例えば非特許文献１に、またこれに保護回路を付加するものは、例えば非特許文献２に開示されている。
【０００３】
【非特許文献１】Jie Chang他“HIGH-FREQUENCY AC-AC CONVERTER USING 3-IN-1 IBPMs AND ADAPTIVE COMMUTATION ”IEEE PESC99，1999，pp.351-357
【非特許文献２】Steffen Bernet 他“Design and Loss Comparison of Matrix Converters and Voltage-Source Converters for Modern AC Drives” IEEE TRNSACTION ON INDUSTRIAL ELECTRONICS，VOL.49，NO.2，APRIL2002，pp.304-314
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図７に示すダイオード４〜９とコンデンサ１０からなる双方向スイッチ保護回路は、双方向スイッチが電流を遮断した際に、マトリックスコンバータの入力側または出力側のインダクタンス成分１１に蓄積される誘導性エネルギーを、保護回路内のコンデンサ１０で吸収することで、双方向スイッチに過電圧が印加されるのを防止し、その破壊を防止するために設けられる。
ところで、図７のような回路構成では、双方向スイッチモジュール１３と、保護回路を構成する部品同士（ダイオード４〜９やコンデンサ１０）との物理的な距離が長くなり、上記誘導性エネルギーがコンデンサ１０に蓄積される経路の浮遊インダクタンス（図７の符号１２参照）が大きくなることがしばしばある。
【０００５】
つまり、双方向スイッチが電流を遮断した際に双方向スイッチに印加される電圧は、コンデンサ１０の電圧と浮遊インダクタンス１２によって発生する誘起電圧との和が印加されることになるが、浮遊インダクタンス１２が大きいと、これによって発生する誘起電圧が無視できなくなり、素子に過大な電圧が印加されることになる。その結果、必要以上に耐圧の高い双方向スイッチを用いる必要が生じ、コスト高になるという問題がある。
したがって、この発明の課題は、電流遮断時に双方向スイッチに印加される電圧を小さくし、素子耐圧を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、少なくとも１つ以上の電力用半導体双方向スイッチと、少なくとも１つ以上のダイオード直列回路とを同一パッケージに収め、かつ、前記電力用半導体双方向スイッチの両端に、それぞれ前記ダイオード直列回路を接続したことを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記電力用半導体モジュールの外部で、前記電力用半導体双方向スイッチの両端に前記ダイオード直列回路を接続する配線構造または端子構造とすることができる（請求項２の発明）。
【０００７】
また、請求項１の発明においては、前記ダイオード直列回路の正極側と負極側とを外部で接続する端子を設けることができる（請求項３の発明）。さらに、請求項１〜３の発明においては、前記電力用半導体モジュールは、マトリックスコンバータで用いることができる（請求項４の発明）。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、双方向スイッチとその保護回路を形成する部品同士の物理的距離を短くすることで、電流遮断時に双方向スイッチに印加される電圧が小さくなり、必要以上に耐圧の高いスイッチが不要となるので、コストの低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
図６の従来例と異なるのは、保護用のダイオード直列回路４〜７を、双方向スイッチ１〜３と同一のパッケージに収めた点にある。双方向スイッチ１の一方の端子にはダイオード直列回路４、双方向スイッチ２の一方の端子にはダイオード直列回路５、双方向スイッチ３の一方の端子にはダイオード直列回路６がそれぞれ接続され、双方向スイッチ２の他方の端子にのみダイオード直列回路７が接続される。また、各ダイオード直列回路４〜７の正極側および負極側が互いに接続され、正極と負極のそれぞれが外部に接続できるような端子Ｔ１，Ｔ２を備えている。
【００１０】
このように、モジュール内部にダイオードを内蔵させることにより、ダイオードを内蔵させない構造のものに比べて、先の段落〔０００４〕，〔０００５〕に云う浮遊インダクタンス値を約２０〜３０％低減できることが確かめられている。このとき、モジュールを構成する素子の容量や大きさ等が異なれば単純な比較はできないので、使用する素子等はほぼ同じものを用いた。
【００１１】
図３に図１の双方向スイッチモジュール１４を用いたマトリックスコンバータの例を示す。
図１では、双方向スイッチ１と双方向スイッチ３の他方の端子には、ダイオード直列回路は接続されていない。したがって、図１の回路では双方向スイッチ１と双方向スイッチ３とは、誘導性エネルギー吸収用コンデンサ１０に接続されないことになる。このような場合に、双方向スイッチモジュール１４の外部において、双方向スイッチ１と双方向スイッチ３の他方の端子を、双方向スイッチ２の他方の端子と接続するように配線するか、または端子Ｔ３，Ｔ４等を設ければ、双方向スイッチ１と双方向スイッチ３の他方の端子をコンデンサ１０に接続できるようになる。
【００１２】
図２はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
図１との相違は、双方向スイッチ１と双方向スイッチ３の他方の端子にも、それぞれダイオード直列回路７，９を接続した点にある。つまり、図１の構成では、３つの双方向スイッチ１〜３の他方の端子が外部で接続されるときのみ、３つの双方向スイッチ１〜３が保護用コンデンサ１０に接続されることになる。これに対し、図３のようにすることで、３つの双方向スイッチ１〜３の他方の端子が外部で接続されなくても、全ての双方向スイッチを保護用コンデンサ１０に接続することができるわけである。これにより、双方向スイッチモジュールを適用する回路が、マトリックスコンバータに限定されることがないことになる。
【００１３】
なお、３つの双方向スイッチは図１〜３に示すような構成に限定されるものではなく、例えば図４に示すように３つの双方向スイッチの他方の端子が、モジュールの内部で接続されているような場合でもこの発明は有用である。
また、図１〜３では３つの双方向スイッチを１つの組としているが、例えば図５に示すよなに１つの双方向スイッチにも適用でき、双方向スイッチとその両方の端子に保護用コンデンサと接続するためのダイオード直列回路を接続し、これらを同一のパッケージ内に収めることができる。
【００１４】
以上では、双方向スイッチをＩＧＢＴとダイオードとの直列回路を逆並列接続して構成しているが、逆耐圧を有する逆阻止ＩＧＢＴを用いて双方向スイッチを構成したものについても、この発明は同様にして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す回路構成図
【図２】この発明の第２の実施形態を示す回路構成図
【図３】この発明をマトリックスコンバータに適用した例を示す回路構成図
【図４】この発明の第１の変形例を示す回路構成図
【図５】この発明の第２の変形例を示す回路構成図
【図６】双方向スイッチモジュールの一般的な例を示す回路構成図
【図７】マトリックスコンバータの従来例を示す回路構成図
【符号の説明】
【００１６】
１〜３…双方向スイッチ、４〜９…ダイオード直列回路、１０…コンデンサ、１３，１４…双方向スイッチモジュール、Ｔ１〜Ｔ４…端子。
【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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