(57)【要約】【課題】パワーモジュールの汎用性を高くすること。【解決手段】パワーモジュール１は、基板６０と、基板６０に実装され、第１端子１１ａ、第２端子１１ｂ、及び第３端子１１ｃを有する第１スイッチ素子１１と、基板６０に実装され、第１端子１２ａ、第３端子１１ｃに接続される第２端子１２ｂ、及び第３端子１２ｃを有する第２スイッチ素子１２と、基板６０上に設けられ、第２端子１１ｂに接続される第１外部端子５１と、基板６０上に設けられ、第３端子１２ｃに接続される第２外部端子５２と、基板６０上に設けられ、第３端子１１ｃと第２端子１２ｂとの間のノードに接続される第３外部端子５３と、基板６０上に設けられ、第１端子１１ａ及び第１端子１２ａに接続され、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２のそれぞれのスイッチングを制御する駆動回路２０と、を備える。【選択図】図２
2019213399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に実装され、第１端子、第２端子、及び第３端子を有する第１スイッチ素子と、
前記基板に実装され、第１端子、前記第１スイッチ素子の第３端子に接続される第２端子、及び第３端子を有する第２スイッチ素子と、
前記基板上に設けられ、前記第１スイッチ素子の第２端子に接続される第１外部端子と、
前記基板上に設けられ、前記第２スイッチ素子の第３端子に接続される第２外部端子と、
前記基板上に設けられ、前記第１スイッチ素子の前記第３端子と前記第２スイッチ素子の前記第２端子との間のノードに接続される第３外部端子と、
前記基板上に設けられ、前記第１スイッチ素子の前記第１端子及び前記第２スイッチ素子の前記第１端子に接続され、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子のそれぞれのスイッチングを制御する駆動回路と、
を備えるパワーモジュール。
【請求項２】
前記基板に実装され、前記駆動回路に接続された電源回路をさらに備える
請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記基板に実装され、前記第１外部端子と前記第１スイッチ素子の前記第２端子との間のノードと、前記第２外部端子と前記第２スイッチ素子の前記第３端子との間のノードとに接続されるスナバ回路をさらに備える
請求項１又は２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記駆動回路は、前記第１スイッチ素子のスイッチングを制御する第１駆動回路と、前記第２スイッチ素子のスイッチングを制御する第２駆動回路とを有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子はそれぞれ、前記基板の平面方向において前記基板の側面から突出するように設けられている
請求項１〜４のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記第１スイッチ素子に接触する第１金具と、前記第２スイッチ素子に接触する第２金具と、をさらに有し、
前記基板は、前記基板の第１側面が凹状に形成された第１凹部を有し、
前記第１凹部には、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子の少なくとも一方が配置され、
前記第１金具及び前記第２金具の少なくとも一方は、前記基板の平面方向において前記第１凹部よりも突出している
請求項５に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記基板は、前記基板のうちの前記第１側面とは異なる第２側面が凹状に形成された第２凹部をさらに有する
請求項６に記載のパワーモジュール。
【請求項８】
前記第２側面は、前記第１側面と対向する側面である
請求項７に記載のパワーモジュール。
【請求項９】
前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子の一方が前記第１凹部に配置され、
前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子の他方が前記第２凹部に配置されている
請求項８に記載のパワーモジュール。
【請求項１０】
前記第２側面から見て、前記第２凹部は、前記第１凹部と重なるように配置され、かつ、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子は、互いにずれるように配置されている
請求項８に記載のパワーモジュール。
【請求項１１】
前記第１凹部又は前記第２凹部には、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子の両方が配置されている
請求項７又は８に記載のパワーモジュール。
【請求項１２】
前記基板上に前記第２外部端子とは別に設けられ、前記第２スイッチ素子の第３端子に接続される第４外部端子をさらに備える
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項１３】
前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子は、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴが用いられている
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、パワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、少なくとも４つのスイッチング素子からなるフルブリッジ型のインバータ回路をパッケージ化した半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような半導体装置は、例えば電力変換装置に用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−３３２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記半導体装置は、例えばハーフブリッジ型のインバータ回路又は三相インバータ回路に適用することが困難である。
本開示の目的は、汎用性が高いパワーモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態であるパワーモジュールは、基板と、前記基板に実装され、第１端子、第２端子、及び第３端子を有する第１スイッチ素子と、前記基板に実装され、第１端子、前記第１スイッチ素子の第３端子に接続される第２端子、及び第３端子を有する第２スイッチ素子と、前記基板上に設けられ、前記第１スイッチ素子の第２端子に接続される第１外部端子と、前記基板上に設けられ、前記第２スイッチ素子の第３端子に接続される第２外部端子と、前記基板上に設けられ、前記第１スイッチ素子の前記第３端子と前記第２スイッチ素子の前記第２端子との間のノードに接続される第３外部端子と、前記基板上に設けられ、前記第１スイッチ素子の前記第１端子及び前記第２スイッチ素子の前記第１端子に接続され、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子のそれぞれのスイッチングを制御する駆動回路と、を備える。
【０００６】
この構成によれば、互いに直列に接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を備えるパワーモジュールをハーフブリッジ型のインバータ回路として用いることができる。またパワーモジュールを２または３個用いることにより、フルブリッジ又は三相インバータ回路として用いることができる。このように、パワーモジュールの汎用性を高めることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一形態であるパワーモジュールによれば、汎用性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態のパワーモジュールの回路図。
【図２】パワーモジュールの平面図。
【図３】（ａ）パワーモジュールがヒートシンクに取り付けられた状態における図２の３ａ−３ａ線の断面図、（ｂ）パワーモジュールがヒートシンクに取り付けられた状態における図２の３ｂ−３ｂ線の断面図。
【図４】パワーモジュールの適用例である太陽光発電システムの回路図。
【図５】太陽光発電システムのパワーコンディショナの内部構成を示す平面図。
【図６】第２実施形態のパワーモジュールの平面図。
【図７】図６のパワーモジュールを適用した太陽光発電システムのパワーコンディショナの内部構成を示す平面図。
【図８】第３実施形態のパワーモジュールの平面図。
【図９】図８のパワーモジュールを適用した太陽光発電システムのパワーコンディショナの内部構成を示す平面図。
【図１０】変形例のパワーモジュールの平面図。
【図１１】変形例のパワーモジュールの平面図。
【図１２】パワーモジュールを適用した変形例の太陽光発電システムの回路図。
【図１３】変形例の太陽光発電システムのパワーコンディショナの内部構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、パワーモジュールの実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための構成や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに限定するものではない。以下の実施形態は、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
本明細書において、「部材Ａが部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂとが物理的に直接的に接続される場合、並びに、部材Ａ及び部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合を含む。
【００１１】
［第１実施形態］
図１〜図３を参照して、第１実施形態のパワーモジュール１の構成について説明する。
図１に示すように、パワーモジュール１は、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２、駆動回路２０、駆動電源３０、及びスナバ回路４０を有する。またパワーモジュール１は、第１外部端子５１、第２外部端子５２、第３外部端子５３、第４外部端子５４、第１入力端子５５、第２入力端子５６、第３入力端子５７、及び第４入力端子５８を有する。
【００１２】
第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２はそれぞれ、トランジスタが用いられている。本実施形態では、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２はそれぞれ、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられている。また第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２はそれぞれ、Ｎ型のＳｉＣＭＯＳＦＥＴが用いられている。第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２はそれぞれ、ディスクリート型の素子である。第１スイッチ素子１１は、チップが封止された封止樹脂１１ｄと、封止樹脂１１ｄからそれぞれ突出する第１端子１１ａ、第２端子１１ｂ、及び第３端子１１ｃを有する。第２スイッチ素子１２は、チップが封止された封止樹脂１２ｄと、封止樹脂１２ｄからそれぞれ突出する第１端子１２ａ、第２端子１２ｂ、及び第３端子１２ｃを有する。
【００１３】
本実施形態では、第１端子１１ａは制御端子としてのゲート端子であり、第２端子１１ｂはドレイン端子であり、第３端子１１ｃはソース端子である。第２端子１１ｂは、パワーモジュール１の第１電源配線１３を介して第１外部端子５１に電気的に接続されている。第１電源配線１３は、第１外部端子５１を介して第１電圧が印加される配線である。
【００１４】
本実施形態では、第１端子１２ａは制御端子としてのゲート端子であり、第２端子１２ｂはドレイン端子であり、第３端子１２ｃはソース端子である。第３端子１２ｃは、パワーモジュール１の第２電源配線１４を介して第２外部端子５２に電気的に接続されている。第２電源配線１４は、第２外部端子５２を介して第２電圧が印加される配線である。第２電圧は、第１電圧よりも低い電圧である。本実施形態では、第２外部端子５２はグランドに接続される。第２端子１２ｂは、第１スイッチ素子１１の第３端子１１ｃと電気的に接続されている。第２端子１２ｂと第３端子１１ｃとの間のノードＮ１には、第３電源配線１５が接続されている。第３電源配線１５は、第３外部端子５３に電気的に接続されている。また第２電源配線１４は、第４外部端子５４に電気的に接続されている。
【００１５】
駆動回路２０は、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２をそれぞれスイッチング制御する。一例では、駆動回路２０は、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２を相補的にオンオフする。本実施形態では、駆動回路２０は、第１駆動回路２１及び第２駆動回路２２を有する。第１駆動回路２１は、第１スイッチ素子１１を制御し、第２駆動回路２２は、第２スイッチ素子１２を制御する。第１駆動回路２１は、第１出力配線１６Ａを介して第１スイッチ素子１１の第１端子１１ａに電気的に接続され、第１入力配線１６Ｂを介して第１入力端子５５に電気的に接続されている。第１入力端子５５には、外部の制御回路（図示略）から第１制御信号が入力される。第１制御信号の一例は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。第１駆動回路２１は、制御回路からの第１制御信号に基づいて第１スイッチ素子１１を制御するゲート信号を生成し、第１スイッチ素子１１の第１端子１１ａに出力する。第２駆動回路２２は、第２出力配線１７Ａを介して第２スイッチ素子１２の第１端子１２ａに電気的に接続され、第２入力配線１７Ｂを介して第２入力端子５６に電気的に接続されている。第２入力端子５６には、制御回路から第２制御信号が入力される。第２制御信号の一例は、ＰＷＭ信号である。第２駆動回路２２は、制御回路からの第２制御信号に基づいて第２スイッチ素子１２を制御するゲート信号を生成し、第２スイッチ素子１２の第１端子１２ａに出力する。
【００１６】
駆動電源３０は、駆動回路２０に電力を供給する電源回路の一例である。駆動電源３０は、第１出力配線１８Ａを介して第１駆動回路２１に電気的に接続され、第２出力配線１８Ｂを介して第２駆動回路２２に電気的に接続されている。また駆動電源３０は、第１制御電源配線１９Ａを介して第３入力端子５７に接続され、第２制御電源配線１９Ｂを介して第４入力端子５８に接続されている。第１制御電源配線１９Ａには、第３入力端子５７を介して第１制御電圧が印加され、第２制御電源配線１９Ｂには、第４入力端子５８を介して第２制御電圧が印加される。第１制御電圧の一例は、約５Ｖであり、第２制御電圧の一例は、約０Ｖである。本実施形態では、駆動電源３０は、第３入力端子５７及び第４入力端子５８を通じて印加される制御電圧を昇圧し、第１駆動回路２１及び第２駆動回路２２に印加する。すなわち、第１駆動回路２１では、第１制御信号からゲート信号を生成するときに昇圧し、第１スイッチ素子１１がターンオン可能な電圧（一例では、約１８Ｖ）のゲート信号を生成する。第２駆動回路２２では、第２制御信号からゲート信号を生成するときに昇圧し、第２スイッチ素子１２がターンオン可能な電圧（一例では、約１８Ｖ）のゲート信号を生成する。
【００１７】
スナバ回路４０は、第１電源配線１３と第２電源配線１４との間に接続され、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の動作時に生じる過渡的な高電圧を吸収する。スナバ回路４０は、スナバコンデンサ４１を有する。図１には１つのスナバコンデンサ４１を示す。スナバ回路４０は、複数のスナバコンデンサ４１を直列に接続して構成されてもよい。スナバコンデンサ４１の第１端子は第１スイッチ素子１１の第２端子１１ｂと第１外部端子５１との間のノードＮ２に電気的に接続され、スナバコンデンサ４１の第２端子は第２スイッチ素子１２の第３端子１２ｃと第２外部端子５２との間のノードＮ３に電気的に接続されている。スナバコンデンサ４１が複数個設けられる場合、複数のスナバコンデンサ４１は互いに直列に接続される。この場合、複数のスナバコンデンサ４１のうちの一端のスナバコンデンサ４１の第１端子が第１スイッチ素子１１の第２端子１１ｂに電気的に接続され、複数のスナバコンデンサ４１のうちの他端のスナバコンデンサ４１の第２端子が第２スイッチ素子１２の第３端子１２ｃと電気的に接続されている。
【００１８】
図２は、パワーモジュール１を構成する電子部品の配置の一例を示す平面図である。
パワーモジュール１は、平板状の基板６０を有する。基板６０は、例えばプリント基板であって、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、フッ素基板、ファラスＰＰＯ基板、セラミック基板等を用いることができる。本実施形態では、基板６０は、ガラスエポキシ基板が用いられる。
【００１９】
基板６０は、第１主面６５と、第１主面６５と対向する第２主面６６を有する。基板６０は、第１側面６１、第２側面６２、第３側面６３、及び第４側面６４を有する略矩形状に形成されている。第２側面６２は、第１側面６１と対向する側面である。第４側面６４は、第３側面６３と対向する側面である。一例では、第１側面６１及び第２側面６２は互いに平行であり、第３側面６３及び第４側面６４は互いに平行である。第２側面６２の長さは、第３側面６３及び第４側面６４のそれぞれの長さよりも長い。また基板６０は、第１側面６１から基板６０の内方に向けて凹む第１凹部６７を有する。なお、以降の説明において、第１側面６１及び第２側面６２に沿う方向を「第１方向Ｘ」とし、第３側面６３及び第４側面６４に沿う方向を「第２方向Ｙ」とする。
【００２０】
駆動回路２０、駆動電源３０、及びスナバ回路４０は、基板６０の第１主面６５側に実装され、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２は基板６０の第２主面６６側に実装されている。
【００２１】
また基板６０には、第１外部端子５１及び第２外部端子５２が設けられている。基板６０の第１主面６５には、第１コネクタ７１、第２コネクタ７２、及び第３コネクタ７３が実装されている。第１コネクタ７１は、第３外部端子５３及び第４外部端子５４を有する。このように、第４外部端子５４は、第２外部端子５２とは別に設けられている。第２コネクタ７２は、第１〜第４入力端子５５〜５８を有する。第３コネクタ７３は、第２コネクタ７２と同様の構成である。基板６０には、図１に示す各配線を構成する配線パターン（図示略）が形成されている。なお、第３コネクタ７３の各端子はそれぞれ、基板６０に形成された配線パターン（図示略）を通じて第２コネクタ７２の各端子と電気的に接続されていてもよい。
【００２２】
第１外部端子５１は、基板６０のうちの第１側面６１側かつ第４側面６４側の端部に設けられている。第２外部端子５２は、基板６０のうちの第２側面６２側かつ第４側面６４側の端部に設けられている。第１外部端子５１及び第２外部端子５２はそれぞれ、基板６０のうちの第１凹部６７よりも第４側面６４側に配置されている。第１コネクタ７１は、基板６０のうちの第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの中央に設けられている。第１コネクタ７１は、基板６０のうちの第１凹部６７と対向する位置に設けられている。第２コネクタ７２は、基板６０のうちの第１側面６１側かつ第３側面６３側の端部に設けられている。第３コネクタ７３は、基板６０のうちの第２側面６２側かつ第３側面６３側の端部に設けられている。第２コネクタ７２及び第３コネクタ７３はそれぞれ、基板６０のうちの第１凹部６７よりも第３側面６３側に配置されている。
【００２３】
第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２はそれぞれ、基板６０の平面方向において基板６０の側面から突出するように設けられている。本実施形態では、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２はそれぞれ、基板６０の平面方向において基板６０の第１凹部６７の側面６７ａから突出するように設けられている。第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の封止樹脂１１ｄ，１２ｄはそれぞれ、基板６０のうちの第１凹部６７の底面を構成する側面６７ａから突出するように設けられている。このため、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２はそれぞれ少なくとも一部が第１凹部６７内に配置されている。第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２は、基板６０の側面６７ａに沿って並べて配置されている。
【００２４】
パワーモジュール１は、第１スイッチ素子１１の封止樹脂１１ｄに接触する第１金具の一例である第１クリップ７４と、第２スイッチ素子１２の封止樹脂１２ｄに接触する第２金具の一例である第２クリップ７５とを備える。第１クリップ７４は、金属製であって、封止樹脂１１ｄを覆うように接触するカバー部分７４ａと、第２方向Ｙにおいてカバー部分７４ａに対して基板６０とは反対側に設けられる取付部分７４ｂとを有する。カバー部分７４ａ及び取付部分７４ｂは、一体的に設けられている。取付部分７４ｂは、第２方向Ｙにおいて封止樹脂１１ｄに対して基板６０とは反対側に突出している。取付部分７４ｂには、ねじ等の締結部材が挿入される貫通孔７４ｃが設けられている。一例では、第１クリップ７４は、アルミニウム合金やステンレスからなる金属板をプレス加工で折り曲げられることによって形成されている。第２クリップ７５は、第１クリップ７４と同様の構造であり、カバー部分７５ａ、取付部分７５ｂ、及び貫通孔７５ｃを有する。なお、第１金具及び第２金具は、クリップに限られず、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２を例えばヒートシンク８０に接触するように取り付けられる部品であればよい。
【００２５】
図２に示すとおり、第１クリップ７４及び第２クリップ７５はそれぞれ、基板６０の平面方向のうちの第２方向Ｙにおいて第１凹部６７から突出するように設けられている。
本実施形態の駆動回路２０の第１駆動回路２１及び第２駆動回路２２はそれぞれ、チップ化されたＩＣから構成されている。第１駆動回路２１及び第２駆動回路２２は、第２方向Ｙにおいて第１凹部６７と対向する位置に配置されている。第１駆動回路２１及び第２駆動回路２２は、第２方向Ｙにおいて隣り合うように並べて配置されている。
【００２６】
駆動電源３０は、インダクタ３１、複数のチップ抵抗３２（本実施形態では４個のチップ抵抗３２）、及びＩＣ３３を有する。駆動電源３０は、第１方向Ｘにおいて駆動回路２０に対して第３側面６３側に隣り合うように配置されている。駆動電源３０は、第２方向Ｙにおいて第１凹部６７と対向する位置に配置されている。
【００２７】
スナバ回路４０は、第２方向Ｙにおいて第１外部端子５１及び第２外部端子５２の間に設けられている。スナバ回路４０は、２つのスナバコンデンサ４１を有する。２つのスナバコンデンサ４１は、第２方向Ｙに並べて配置されている。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、パワーモジュール１は、ヒートシンク８０に接続することができる。一例では、基板６０が複数の支柱９０によってヒートシンク８０と間隔をあけて対向するようにヒートシンク８０に取り付けられている。支柱９０は、例えば接着、圧入、ねじ込み等によってヒートシンク８０に固定されている。なお、支柱９０は、ヒートシンク８０と一体に形成されてもよい。基板６０は、支柱９０の先端面に載置され、ねじ等によって支柱９０に取り付けられている。ここで、図３（ａ）において、パワーモジュール１は、ヒートシンク８０及び支柱９０を除いた部分である。
【００２９】
第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２は、ヒートシンク８０に接触している。第１クリップ７４及び第２クリップ７５は、ヒートシンク８０にねじによって固定されている。このように、第１スイッチ素子１１の封止樹脂１１ｄは、ヒートシンク８０及び第１クリップ７４により挟み込まれている。また図３では図示していないが、第２スイッチ素子１２の封止樹脂１２ｄも同様に、ヒートシンク８０及び第２クリップ７５により挟み込まれている。
【００３０】
図３（ｂ）に示すように、第１スイッチ素子１１は、封止樹脂１１ｄの内部にアイランド部１１ｅ及びＳｉＣチップ１１ｆを有する。アイランド部１１ｅは、平板状に形成され、封止樹脂１１ｄの裏面から露出し、ヒートシンク８０と絶縁シート（図示略）を介して接触している。絶縁シートの一例として、シリコーンの放熱シートを用いることができる。アイランド部１１ｅは、例えば銅、銅合金等の放熱性に優れた金属材料が用いられている。図３（ｂ）に示すとおり、アイランド部１１ｅは、第２端子１１ｂと一体化している。ＳｉＣチップ１１ｆは、アイランド部１１ｅ上に配置されている。第１スイッチ素子１１の一例は、ＳｉＣチップ１１ｆのうちのアイランド部１１ｅに面している裏面にドレイン電極が形成され、ＳｉＣチップ１１ｆの裏面とは反対側の表面にソース電極及びゲート電極が形成される、所謂縦型のＳｉＣＭＯＳＦＥＴである。この場合、ＳｉＣチップ１１ｆのドレイン電極とアイランド部１１ｅとは電気的に接続され、ＳｉＣチップ１１ｆのゲート電極とソース電極は図示しないワイヤにより図２に示す第１端子１１ａ、第３端子１１ｃに接続されている。また第１スイッチ素子１１は、ＳｉＣチップ１１ｆの表面にドレイン電極、ソース電極、及びゲート電極が形成される、所謂横型のＳｉＣＭＯＳＦＥＴであってもよい。
【００３１】
（パワーモジュールの適用例）
次に、図４を参照して、パワーモジュール１の適用例である太陽光発電システム１００について説明する。なお、図４は、太陽光発電システム１００の模式的な回路図である。また図４には、太陽光発電システム１００の回路にパワーモジュール１を適用した場合におけるパワーモジュール１の対応関係を併せて示している。
【００３２】
太陽光発電システム１００には、太陽光パネル１０１によって生成された直流電力から三相交流電力を生成するパワーコンディショナ１１０が設けられている。パワーコンディショナ１１０は、ＰＶコンバータ１０２、インバータ１０４、コンデンサ１０３、フィルタ回路１０５、及び系統連系用リレー（図示略）を備える。
【００３３】
太陽光発電システム１００は、太陽光パネル１０１で発電された直流電圧がＰＶコンバータ１０２で昇圧されて、コンデンサ１０３を介してインバータ１０４に出力される。インバータ１０４は、フルブリッジ回路であって、ＰＶコンバータ１０２から出力される直流電圧を商用交流電圧に変換する。そして、インバータ１０４から出力される交流電圧がフィルタ回路１０５及び系統連系用リレーを介して商用電力系統１０６に供給される。
【００３４】
太陽光発電システム１００は、第１電源電圧が印加される第１電源配線１０７と、第１電源電圧よりも低い第２電源電圧が印加される第２電源配線１０８とを有する。
ＰＶコンバータ１０２は、第１スイッチ素子１０２ａ、第２スイッチ素子１０２ｂ、及びインダクタ１０２ｃを有する。第１スイッチ素子１０２ａは、第１電源配線１０７に設けられている。第２スイッチ素子１０２ｂは、第１電源配線１０７と第２電源配線１０８とに並列に設けられている。第１スイッチ素子１０２ａ及び第２スイッチ素子１０２ｂはそれぞれ、第１端子、第２端子、及び第３端子を有する。第１スイッチ素子１０２ａ及び第２スイッチ素子１０２ｂの第１端子はそれぞれ、制御端子を構成している。第１スイッチ素子１０２ａの第２端子はコンデンサ１０３の第１端子と接続され、第１スイッチ素子１０２ａの第３端子は第２スイッチ素子１０２ｂの第２端子と接続されている。第２スイッチ素子１０２ｂの第３端子は第２電源配線１０８に接続されてコンデンサ１０３の第２端子と接続されている。インダクタ１０２ｃの第１端子は太陽光パネル１０１に接続され、インダクタ１０２ｃの第２端子は第１スイッチ素子１０２ａの第３端子と第２スイッチ素子１０２ｂの第２端子との間のノードＮＡ１に接続されている。
【００３５】
インバータ１０４は、２つのインバータ回路１０４Ａ，１０４Ｂを有する。各インバータ回路１０４Ａ，１０４Ｂは、直列に接続された第１スイッチ素子１０４ｘ及び第２スイッチ素子１０４ｙを有する。各インバータ回路１０４Ａ，１０４Ｂは互いに同様の構成である。第１スイッチ素子１０４ｘ及び第２スイッチ素子１０４ｙはそれぞれ、第１端子、第２端子、及び第３端子を有する。第１端子は、第１スイッチ素子１０４ｘ及び第２スイッチ素子１０４ｙの制御端子を構成している。第１スイッチ素子１０４ｘの第２端子は、第１電源配線１０７に接続され、第１スイッチ素子１０４ｘの第３端子は、第２スイッチ素子１０４ｙの第２端子に接続されている。第２スイッチ素子１０４ｙの第３端子は、第２電源配線１０８に接続されている。
【００３６】
フィルタ回路１０５は、インバータ１０４からの商用交流電圧のノイズを除去する。フィルタ回路１０５は、フィルタ回路１０５Ａ，１０５Ｂを有する。本実施形態では、フィルタ回路１０５Ａ，１０５Ｂはそれぞれ、リアクトル及びコンデンサを有する。フィルタ回路１０５Ａのリアクトルは、インバータ回路１０４Ａの第１スイッチ素子１０４ｘの第３端子と第２スイッチ素子１０４ｙの第２端子との間のノードＮＢ１に接続される電力線１０９ａに設けられる。フィルタ回路１０５Ａのコンデンサは、電力線１０９ａと中性線１０９ｃとの間に設けられている。フィルタ回路１０５Ｂのリアクトルは、インバータ回路１０４Ｂの第１スイッチ素子１０４ｘの第３端子と第２スイッチ素子１０４ｙの第２端子との間のノードＮＢ２に接続される電力線１０９ｂに設けられる。フィルタ回路１０５Ｂのコンデンサは、電力線１０９ｂと中性線１０９ｃとの間に設けられている。なお、電力線１０９ａ，１０９ｂ及び中性線１０９ｃはそれぞれ、商用電力系統１０６に接続されている。
【００３７】
上述のパワーモジュール１は、パワーコンディショナ１１０のＰＶコンバータ１０２及びインバータ１０４に適用される。図５は、ＰＶコンバータ１０２及びインバータ１０４にパワーモジュール１を適用した一例である。
【００３８】
図５に示すように、３個のパワーモジュール１Ａ〜１Ｃはそれぞれ、ＰＶコンバータ１０２を構成し、２個のパワーモジュール１Ｄ，１Ｅからインバータ１０４を構成している。なお、パワーモジュール１Ａ〜１Ｅはそれぞれ、パワーモジュール１と同じ構成である。また、ＰＶコンバータ１０２を構成するパワーモジュール１の個数は、電気的に分離された太陽光パネル１０１の個数に応じて変更可能である。
【００３９】
図４及び図５に示すように、パワーモジュール１Ａ〜１ＣがＰＶコンバータ１０２に用いられる場合、パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第１スイッチ素子１１はそれぞれ、ＰＶコンバータ１０２の第１スイッチ素子１０２ａに相当し、第２スイッチ素子１２はそれぞれ、ＰＶコンバータ１０２の第２スイッチ素子１０２ｂに相当する。第１スイッチ素子１１の第２端子１１ｂは第１電源配線１０７に接続され、第２スイッチ素子１２の第３端子１２ｃは第２電源配線１０８に接続される。パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第１外部端子５１はそれぞれ、第１電源配線１０７に設けられ、ＰＶコンバータ１０２の出力側の端子を構成する。パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第２外部端子５２はそれぞれ、第２電源配線１０８に設けられ、ＰＶコンバータ１０２の出力側の端子を構成する。パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第３外部端子はそれぞれ、第１電源配線１０７に設けられ、ＰＶコンバータ１０２の入力側の端子を構成する。パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第４外部端子はそれぞれ、第２電源配線１０８に設けられ、ＰＶコンバータ１０２の入力側の端子を構成する。
【００４０】
パワーモジュール１Ｄ，１Ｅがインバータ１０４に用いられる場合、パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの第１スイッチ素子１１はそれぞれ、第１スイッチ素子１０４ｘに相当し、第２スイッチ素子１２はそれぞれ、第２スイッチ素子１０４ｙに相当する。本適用例では、パワーモジュール１Ｄの第１スイッチ素子１１は、インバータ回路１０４Ａの第１スイッチ素子１０４ｘに相当し、パワーモジュール１Ｄの第２スイッチ素子１２は、インバータ回路１０４Ａの第２スイッチ素子１０４ｙに相当する。パワーモジュール１Ｅの第１スイッチ素子１１は、インバータ回路１０４Ｂの第１スイッチ素子１０４ｘに相当し、パワーモジュール１Ｅの第２スイッチ素子１２は、インバータ回路１０４Ｂの第２スイッチ素子１０４ｙに相当する。パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの第１外部端子５１はそれぞれ、第１電源配線１０７に設けられ、インバータ１０４の入力側の端子を構成する。パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの第２外部端子５２はそれぞれ、第２電源配線１０８に設けられ、インバータ１０４の入力側の端子を構成する。パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの第３外部端子５３はそれぞれ、フィルタ回路１０５に電気的に接続され、インバータ１０４の出力側の端子を構成する。より詳細には、パワーモジュール１Ｄの第３外部端子５３は、フィルタ回路１０５Ａに電気的に接続され、パワーモジュール１Ｅの第３外部端子５３は、フィルタ回路１０５Ｂに電気的に接続される。パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの第４外部端子５４はそれぞれ、外部の電気機器と電気的に接続されていない。
【００４１】
図５に示すとおり、３個のパワーモジュール１Ａ〜１Ｃは、複数の太陽光パネル１０１Ａ〜１０１Ｃと、複数のコンデンサ１０３との間に配置されている。パワーモジュール１Ａ〜１Ｃは、第２方向Ｙに沿って配列されている。パワーモジュール１Ａ〜１Ｃはそれぞれ、同じ向きとなるように配置されている。一例では、パワーモジュール１Ａ〜１Ｃはそれぞれ、第１外部端子５１及び第２外部端子５２が複数のコンデンサ１０３側に位置するように配置されている。複数のコンデンサ１０３は、回路基板１０９に実装されている。回路基板１０９は、第２方向Ｙが長手方向となる平板状に形成されている。
【００４２】
パワーモジュール１Ａの第１コネクタ７１の第３外部端子５３及び第４外部端子５４には太陽光パネル１０１Ａが電気的に接続されている。パワーモジュール１Ｂの第１コネクタ７１の第３外部端子５３及び第４外部端子５４には太陽光パネル１０１Ｂが電気的に接続され、パワーモジュール１Ｃの第１コネクタ７１の第３外部端子５３及び第４外部端子５４には太陽光パネル１０１Ｃが電気的に接続されている。パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第１外部端子５１及び第２外部端子５２はそれぞれ、回路基板１０９上に配置され、回路基板１０９に接続されている。パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第１外部端子５１は、回路基板１０９に形成された第１配線パターンによって互いに電気的に接続されている。パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第２外部端子５２は、回路基板１０９に形成された第２配線パターンによって互いに電気的に接続されている。パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第１外部端子５１及び第２外部端子５２には、回路基板１０９に形成された第３配線パターンによって複数のコンデンサ１０３が並列に接続されている。このように、パワーモジュール１Ａ〜１Ｃでは、第１コネクタ７１が入力端子となり、第１外部端子５１及び第２外部端子５２が出力端子となる。なお、パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第１外部端子５１及び第２外部端子５２と、回路基板１０９とがワイヤ（図示略）によって電気的に接続されてもよい。
【００４３】
２個のパワーモジュール１Ｄ，１Ｅは、複数のコンデンサ１０３と、２個のフィルタ回路１０５Ａ，１０５Ｂとの間に配置されている。パワーモジュール１Ｄ，１Ｅは、第２方向Ｙに沿って配列されている。パワーモジュール１Ｄ，１Ｅはそれぞれ、同じ向きとなるように配置されている。一例では、パワーモジュール１Ｄ，１Ｅはそれぞれ、第１外部端子５１及び第２外部端子５２が複数のコンデンサ１０３側に位置するように配置されている。図５に示すとおり、パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの配置向きはそれぞれ、第２方向Ｙにおいてパワーモジュール１Ａ〜１Ｃの配置向きと反対となる。
【００４４】
パワーモジュール１Ｄの第１コネクタ７１の第３外部端子５３にはフィルタ回路１０５Ａが電気的に接続され、パワーモジュール１Ｅの第１コネクタ７１の第３外部端子５３にはフィルタ回路１０５Ｂが電気的に接続されている。パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの第１外部端子５１及び第２外部端子５２はそれぞれ、回路基板１０９上に配置され、回路基板１０９に接続されている。パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの第１外部端子５１は、回路基板１０９に形成された第４配線パターンによって互いに電気的に接続されている。第４配線パターンと第１配線パターンとが接続されていることにより、パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの第１外部端子５１は、パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第１外部端子５１に電気的に接続されている。パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの第２外部端子５２は、回路基板１０９に形成された第５配線パターンによって互いに電気的に接続されている。第５配線パターンと第２配線パターンとが接続されていることにより、パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの第２外部端子５２は、パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第２外部端子５２に電気的に接続されている。このように、パワーモジュール１Ｄ，１Ｅでは、第１コネクタ７１が出力端子となり、第１外部端子５１及び第２外部端子５２が入力端子となる。なお、パワーモジュール１Ｄ，１Ｅの第１外部端子５１及び第２外部端子５２と、回路基板１０９とがワイヤ（図示略）によって電気的に接続されてもよい。
【００４５】
ところで、太陽光発電システム１００では、ＰＶコンバータ１０２及びインバータ１０４に印加される電圧が数百Ｖと高くなるため、ＰＶコンバータ１０２、インバータ１０４、及びＰＶコンバータ１０２及びインバータ１０４を制御する制御回路（スイッチ素子の駆動回路）の配線同士の距離を大きく取る必要がある。このため、ＰＶコンバータ１０２、インバータ１０４、及び制御回路を構成する電子部品を高密度に配置することができない。
【００４６】
この点に鑑み、本実施形態のパワーモジュール１では、１つのパワーモジュール１でハーフブリッジ型のインバータ回路を構成可能であるため、パワーモジュール１の外部に第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の駆動回路が設けられる場合に比べ、パワーモジュール１の外部の基板における配線の複雑化を抑制できる。したがって、パワーモジュール１の外部の配線の取り回しが容易になる。
【００４７】
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１−１）パワーモジュール１は、基板６０と、基板６０に実装され、互いに直列に接続された第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２と、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２のそれぞれのスイッチングを制御する駆動回路２０とを備える。基板６０上には、第１スイッチ素子１１の第２端子１１ｂに電気的に接続される第１外部端子５１と、第２スイッチ素子１２の第３端子に電気的に接続される第２外部端子５２と、第１スイッチ素子１１の第３端子１１ｃと第２スイッチ素子１２の第２端子１２ｂとの間のノードＮ１に電気的に接続される第３外部端子５３とが設けられている。この構成によれば、１つのパワーモジュール１が直列に接続された第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２と、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２を制御する制御回路とを含む構成となるため、１つのパワーモジュール１をハーフブリッジ型のインバータ回路として用いることができ、パワーモジュール１の外部の制御回路の構成を簡素化できる。２つのパワーモジュール１を用いることにより、フルブリッジ回路と、このフルブリッジ回路を制御する制御回路とを含む構成となるため、パワーモジュール１の外部の制御回路の構成を簡素化できる。また３つのパワーモジュール１を用いる場合には、三相インバータ回路と、この三相インバータ回路を制御する制御回路とを含む構成となるため、パワーモジュール１の外部の制御回路の構成を簡素化できる。このように、パワーモジュール１の汎用性を高めることができる。
【００４８】
（１−２）パワーモジュール１は、基板６０に実装され、第１駆動回路２１及び第２駆動回路２２にそれぞれ電気的に接続された駆動電源３０をさらに備える。この構成によれば、パワーモジュール１の外部に駆動電源３０が設けられる構成と比較して、パワーモジュール１の外部の回路の構成を簡素化できる。
【００４９】
（１−３）パワーモジュール１は、基板６０に実装され、第１外部端子５１と第１スイッチ素子１１の第２端子１１ｂとの間のノードＮ２と、第２外部端子５２と第２スイッチ素子１２の第３端子１２ｃとの間のノードＮ３とに電気的に接続されるスナバ回路４０をさらに備える。この構成によれば、スナバ回路４０によって第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２のオンオフ動作時に生じる過渡的な高電圧が吸収されるため、パワーモジュール１の出力電圧のノイズを低減できる。
【００５０】
（１−４）第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２はそれぞれ、基板６０のうちの第１凹部６７の底面を構成する側面６７ａから突出するように設けられている。この構成によれば、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２のうちのＳｉＣチップ１１ｆが載置されるアイランド部１１ｅがヒートシンク８０に接触し易くなる。したがって、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の放熱性を高めることができる。
【００５１】
（１−５）第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２は、基板６０の第１側面６１が凹状に形成された第１凹部６７に配置されている。第１スイッチ素子１１に取り付けられた第１クリップ７４と、第２スイッチ素子１２に取り付けられた第２クリップ７５とはそれぞれ、基板６０の平面方向（第２方向Ｙ）において第１凹部６７よりも突出している。この構成によれば、第１クリップ７４及び第２クリップ７５をヒートシンク８０に取り付けるための作業スペースが第１凹部６７によって制限されることが抑制されるため、第１クリップ７４及び第２クリップ７５をヒートシンク８０に取り付け易くなる。
【００５２】
（１−６）ハーフブリッジ型のインバータ回路では、２個の入力端子と、１個の出力端子とが必要となり、インバータ回路を１つのモジュールとした場合、外部端子としては制御用端子以外に３端子必要となる。一方、例えばＰＶコンバータ等のＤＣ／ＤＣコンバータでは、２個の出力端子及び２個の入力端子が必要となり、外部端子としては制御端子以外に４端子必要となる。このように、インバータ回路及びＤＣ／ＤＣコンバータによって必要とされる外部端子が異なる。
【００５３】
その点、本実施形態のパワーモジュール１は、基板６０上に第２外部端子５２とは個別に設けられ、第２スイッチ素子１２の第３端子１２ｃに電気的に接続される第４外部端子５４をさらに備える。この構成によれば、外部端子として第１電源配線１０７及び第２電源配線１０８に接続される４端子有しているため、パワーモジュール１をハーフブリッジ型のインバータ回路及びＤＣ／ＤＣコンバータ（ＰＶコンバータ１０２）のそれぞれに用いることができる。したがって、パワーモジュール１の汎用性をさらに高めることができる。
【００５４】
（１−７）例えば第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２にＩＧＢＴが用いられている場合、ＩＧＢＴのエミッタにアノードが接続され、ＩＧＢＴのコレクタにカソードが接続されるダイオードを追加する必要がある。このため、パワーモジュール１の部品点数が増加し、パワーモジュール１のサイズが大型化するおそれがある。その点、本実施形態では、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２はＳｉＣＭＯＳＦＥＴが用いられているため、ＩＧＢＴに逆接続されたダイオードが不要となり、パワーモジュール１の部品点数の増加を抑制できる。したがって、パワーモジュール１の大型化を抑制できる。
【００５５】
また第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２はそれぞれディスクリート型の半導体チップが用いられているため、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を１チップ化した半導体パッケージと比較して、パワーモジュール１のコストを低減できる。
【００５６】
（１−８）パワーモジュール１は、駆動回路２０に第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２をそれぞれ制御する制御信号を伝達する第２コネクタ７２及び第３コネクタ７３をさらに備える。第２コネクタ７２は、基板６０の第１側面６１側の端部に設けられ、第３コネクタ７３は、基板６０の第２側面６２側の端部に設けられている。この構成によれば、複数のパワーモジュール１が第２方向Ｙに沿って並べて配置された場合に、パワーモジュール１の第２コネクタ７２と、このパワーモジュール１と隣り合うパワーモジュール１の第３コネクタ７３との第２方向Ｙの距離が短くなる。したがって、例えば隣り合うパワーモジュール１の駆動電源３０のそれぞれに電力を供給する場合に、パワーモジュール１の第２コネクタ７２と、このパワーモジュール１と隣り合うパワーモジュール１の第３コネクタ７３とをケーブル等で接続する際に、ケーブル等の配線が複雑になることが抑制される。
【００５７】
（１−９）パワーコンディショナ１１０では、ＰＶコンバータ１０２を構成する３個のパワーモジュール１Ａ〜１Ｃとインバータ１０４を構成する２個のパワーモジュール１Ｄ，１Ｅとが同じ構成のパワーモジュール１が用いられている。この構成によれば、パワーモジュール１の種類を減らすことができるので、パワーコンディショナ１１０のコストを低減できる。
【００５８】
（１−１０）パワーモジュール１Ａ〜１Ｃは、基板６０の短手方向となる第２方向Ｙに並べて配置されている。この構成によれば、第１凹部６７によって第１スイッチ素子１１及び第１クリップ７４の基板６０からの第２方向Ｙの突出距離と、第２スイッチ素子１２及び第２クリップ７５の基板６０からの第２方向Ｙの突出距離とがそれぞれ短くなるため、パワーモジュール１Ａとパワーモジュール１Ｂとの間の距離、及びパワーモジュール１Ｂとパワーモジュール１Ｃとの間の距離をそれぞれ短くすることができる。したがって、ＰＶコンバータ１０２の第２方向Ｙのサイズを小さくすることができる。
【００５９】
またパワーモジュール１Ｄ，１Ｅは、基板６０の短手方向となる第２方向Ｙに並べて配置されている。この構成によれば、パワーモジュール１Ａ〜１Ｃと同様に、パワーモジュール１Ｄとパワーモジュール１Ｅとの間の距離を短くすることができるため、インバータ１０４の第２方向Ｙのサイズを小さくすることができる。
【００６０】
［第２実施形態］
図６及び図７を参照して、第２実施形態のパワーモジュール１の構成について説明する。本実施形態のパワーモジュール１は、第１実施形態のパワーモジュール１と比較して、基板６０の形状及び基板６０に実装される電子部品の配置態様が異なる。以下の説明において、第１実施形態のパワーモジュール１と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００６１】
基板６０は、第１側面６１とは異なる第２側面６２が凹状に形成された第２凹部６８をさらに有する。第２凹部６８は、第２側面６２から基板６０の内方に向けて凹んでいる。第２凹部６８は、第２方向Ｙにおいて基板６０における第１凹部６７とは反対側に設けられている。具体的には、第２方向Ｙから見て、第２凹部６８は、第１凹部６７と重なる位置に設けられている。本実施形態では、第２凹部６８の第１方向Ｘの位置は、第１凹部６７の第１方向Ｘの位置と等しく、第２凹部６８の第１方向Ｘの大きさと第１凹部６７の第１方向Ｘの大きさとが互いに等しい。また第２凹部６８の第２方向Ｙの大きさと第１凹部６７の第２方向Ｙの大きさとが互いに等しい。
【００６２】
第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２はそれぞれ、平面視において基板６０の側面から突出するように設けられている。すなわち第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の一部が、平面視において基板６０の側面よりも外側に位置している。
【００６３】
本実施形態では、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の一方が第１凹部６７に配置され、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の他方が第２凹部６８に配置されている。このように、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２が離れて配置されているため、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の互いの熱影響を低減できる。図６では、第１スイッチ素子１１は、基板６０のうちの第１凹部６７の底面を構成する側面６７ａから突出するように設けられている。第２スイッチ素子１２は、基板６０のうちの第２凹部６８の底面を構成する側面６８ａから突出するように設けられている。このため、第１スイッチ素子１１が第１凹部６７に配置され、第２スイッチ素子１２が第２凹部６８に配置されている。第１クリップ７４は、第２方向Ｙにおいて第１凹部６７から突出するように設けられている。第２クリップ７５は、第２方向Ｙにおいて第２凹部６８から突出するように設けられている。
【００６４】
第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２は、第１方向Ｘにおいてずれているように配置されている。すなわち、第２方向Ｙから見て、第１スイッチ素子１１と第２スイッチ素子１２は、互いに重ならないように配置されている。本実施形態では、第１スイッチ素子１１は、第１凹部６７において第１外部端子５１（第２外部端子５２）側に配置され、第２スイッチ素子１２は、第２凹部６８において第２コネクタ７２（第３コネクタ７３）側に配置されている。すなわち、第１方向Ｘにおいて、第１スイッチ素子１１は、第２スイッチ素子１２よりも第１外部端子５１（第２外部端子５２）側に配置されている。
【００６５】
駆動回路２０は、第２方向Ｙにおいて第２スイッチ素子１２と対向するように設けられている。駆動回路２０は、第２方向Ｙにおいて第２スイッチ素子１２の第１〜第３端子１２ａ〜１２ｃよりも第１凹部６７側に配置されている。
【００６６】
駆動電源３０は、第１方向Ｘにおいて第１凹部６７及び第２凹部６８よりも第２コネクタ７２（第３コネクタ７３）側に配置されている。駆動電源３０は、第２方向Ｙにおいて第２コネクタ７２と第３コネクタ７３との間に配置されている。
【００６７】
第１コネクタ７１は、第２方向Ｙにおいて第１スイッチ素子１１と対向するように設けられている。第１コネクタ７１は、第２方向Ｙにおいて第１スイッチ素子１１の第１〜第３端子１１ａ〜１１ｃよりも第２凹部６８側に配置されている。
【００６８】
図７は、第１実施形態と同様に、ＰＶコンバータ１０２及びインバータ１０４に本実施形態のパワーモジュール１を適用した一例である。
３個のパワーモジュール１Ａ〜１ＣからＰＶコンバータ１０２を構成し、２個のパワーモジュール１Ｄ，１Ｅからインバータ１０４を構成している。なお、パワーモジュール１Ａ〜１Ｅは、本実施形態のパワーモジュール１と同じ構成である。また太陽光パネル１０１Ａ〜１０１Ｃ及びコンデンサ１０３Ａ〜１０３Ｃとパワーモジュール１Ａ〜１Ｃとの接続構成、及びフィルタ回路１０５Ａ，１０５Ｂとパワーモジュール１Ｄ，１Ｅとの接続構成はそれぞれ第１実施形態と同様である。
【００６９】
第２方向Ｙにおいて、パワーモジュール１Ａの第１凹部６７は、パワーモジュール１Ｂの第２凹部６８と対向し、パワーモジュール１Ｂの第１凹部６７は、パワーモジュール１Ｃの第２凹部６８と対向している。
【００７０】
パワーモジュール１Ａの第１クリップ７４の一部は、パワーモジュール１Ｂの第２凹部６８に収容されている。パワーモジュール１Ｂの第２クリップ７５の一部は、パワーモジュール１Ａの第１凹部６７に収容されている。これにより、第１方向Ｘにおいてパワーモジュール１Ａの第１クリップ７４とパワーモジュール１Ｂの第２クリップ７５とが隣り合う。
【００７１】
パワーモジュール１Ｂの第１クリップ７４の一部は、パワーモジュール１Ｃの第２凹部６８に収容されている。パワーモジュール１Ｃの第２クリップ７５の一部は、パワーモジュール１Ｂの第１凹部６７に収容されている。これにより、第１方向Ｘにおいてパワーモジュール１Ｂの第１クリップ７４とパワーモジュール１Ｃの第２クリップ７５とが隣り合う。
【００７２】
このように、第１凹部６７が第２クリップ７５を収容し、第２凹部６８が第１クリップ７４を収容することができるため、パワーモジュール１Ａとパワーモジュール１Ｂとの間の距離と、パワーモジュール１Ｂとパワーモジュール１Ｃとの間の距離とをそれぞれ短くすることができる。したがって、ＰＶコンバータ１０２の第２方向Ｙのサイズを小さくすることができる。
【００７３】
なお、図７では、第１クリップ７４の一部が第２凹部６８に収容され、第２クリップ７５の一部が第１凹部６７に収容される構成であるが、第２凹部６８には、第１スイッチ素子１１及び第１クリップ７４が収容され、第１凹部６７には、第２スイッチ素子１２及び第２クリップ７５が収容されるように、パワーモジュール１Ａ〜１Ｃを第２方向Ｙに配置してもよい。これにより、第１方向Ｘにおいてパワーモジュール１Ａの第１スイッチ素子１１とパワーモジュール１Ｂの第２スイッチ素子１２とが隣り合い、パワーモジュール１Ｂの第１スイッチ素子１１とパワーモジュール１Ｃの第２スイッチ素子１２とが隣り合うようになるため、ＰＶコンバータ１０２の第２方向Ｙのサイズをより小さくすることができる。
【００７４】
第２方向Ｙにおいて、パワーモジュール１Ｄの第２凹部６８は、パワーモジュール１Ｅの第１凹部６７と対向している。
パワーモジュール１Ｄの第２クリップ７５の一部は、パワーモジュール１Ｅの第１凹部６７に収容されている。パワーモジュール１Ｅの第１クリップ７４の一部は、パワーモジュール１Ｄの第２凹部６８に収容されている。これにより、第１方向Ｘにおいてパワーモジュール１Ｄの第２クリップ７５とパワーモジュール１Ｅの第１クリップ７４とが隣り合う。
【００７５】
このように、第１凹部６７が第２クリップ７５を収容し、第２凹部６８が第１クリップ７４を収容することができるため、パワーモジュール１Ｄとパワーモジュール１Ｅとの間の距離を短くすることができる。したがって、インバータ１０４の第２方向Ｙのサイズを小さくすることができる。
【００７６】
なお、図７では、第１クリップ７４の一部が第２凹部６８に収容され、第２クリップ７５の一部が第１凹部６７に収容される構成であるが、第２凹部６８には、第１スイッチ素子１１及び第１クリップ７４が収容され、第１凹部６７には、第２スイッチ素子１２及び第２クリップ７５が収容されるように、パワーモジュール１Ｄ，１Ｅを第２方向Ｙに配置してもよい。これにより、第１方向Ｘにおいてパワーモジュール１Ｄの第２スイッチ素子１２とパワーモジュール１Ｅの第１スイッチ素子１１とが隣り合うようになるため、インバータ１０４の第２方向Ｙのサイズをより小さくすることができる。
【００７７】
［第３実施形態］
図８及び図９を参照して、第３実施形態のパワーモジュール１の構成について説明する。本実施形態のパワーモジュール１は、第２実施形態のパワーモジュール１と比較して、基板６０に実装される電子部品の配置態様が異なる。以下の説明において、第２実施形態のパワーモジュール１と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００７８】
本実施形態では、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２がともに第１凹部６７に配置されている。第１凹部６７における第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の配置態様は、第１実施形態の第１凹部６７における第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の配置態様と同様である。第１クリップ７４及び第２クリップ７５の配置態様は、第１実施形態の第１クリップ７４及び第２クリップ７５の配置態様と同様である。
【００７９】
駆動回路２０は、第１方向Ｘにおいて第１スイッチ素子１１とスナバ回路４０との間に設けられている。なお、駆動回路２０は、第１スイッチ素子１１の第１〜第３端子１１ａ〜１１ｃよりも第２凹部６８側に配置され、第２方向Ｙにおいて第１スイッチ素子１１と対向するように配置されてもよい。
【００８０】
駆動電源３０は、第２スイッチ素子１２の第１〜第３端子１２ａ〜１２ｃよりも第２凹部６８側に配置されてもよい。駆動電源３０の一部は、第２凹部６８よりも第２コネクタ７２（第３コネクタ７３）側に配置されている。駆動電源３０の一部は、第１コネクタ７１よりも第２凹部６８側に配置されている。
【００８１】
図９は、第１実施形態と同様に、ＰＶコンバータ１０２及びインバータ１０４に本実施形態のパワーモジュール１を適用した一例である。
３個のパワーモジュール１Ａ〜１ＣからＰＶコンバータ１０２を構成し、２個のパワーモジュール１Ｄ，１Ｅからインバータ１０４を構成している。なお、パワーモジュール１Ａ〜１Ｅは、本実施形態のパワーモジュール１と同じ構成である。また太陽光パネル１０１Ａ〜１０１Ｃ及びコンデンサ１０３Ａ〜１０３Ｃとパワーモジュール１Ａ〜１Ｃとの接続構成、及びフィルタ回路１０５Ａ，１０５Ｂとパワーモジュール１Ｄ，１Ｅとの接続構成はそれぞれ第１実施形態と同様である。
【００８２】
第２方向Ｙにおいて、パワーモジュール１Ａの第１凹部６７は、パワーモジュール１Ｂの第２凹部６８と対向し、パワーモジュール１Ｂの第１凹部６７は、パワーモジュール１Ｃの第２凹部６８と対向している。
【００８３】
パワーモジュール１Ｂの第１スイッチ素子１１及び第１クリップ７４と第２スイッチ素子１２及び第２クリップ７５とはそれぞれ、パワーモジュール１Ａの第２凹部６８に収容されている。パワーモジュール１Ｃの第１スイッチ素子１１及び第１クリップ７４と第２スイッチ素子１２及び第２クリップ７５とはそれぞれ、パワーモジュール１Ｂの第２凹部６８に収容されている。
【００８４】
このように、第２凹部６８に第１スイッチ素子１１及び第１クリップ７４と第２スイッチ素子１２及び第２クリップ７５とをそれぞれ収容することができるため、パワーモジュール１Ａとパワーモジュール１Ｂとの間の距離と、パワーモジュール１Ｂとパワーモジュール１Ｃとの間の距離とをそれぞれ短くすることができる。したがって、ＰＶコンバータ１０２の第２方向Ｙのサイズを小さくすることができる。
【００８５】
第２方向Ｙにおいて、パワーモジュール１Ｄの第２凹部６８は、パワーモジュール１Ｅの第１凹部６７と対向している。
パワーモジュール１Ｄの第１スイッチ素子１１及び第１クリップ７４と第２スイッチ素子１２及び第２クリップ７５とはそれぞれ、パワーモジュール１Ｅの第２凹部６８に収容されている。
【００８６】
このように、第２凹部６８に第１スイッチ素子１１及び第１クリップ７４と第２スイッチ素子１２及び第２クリップ７５とをそれぞれ収容することができるため、パワーモジュール１Ｄとパワーモジュール１Ｅとの間の距離を短くすることができる。したがって、インバータ１０４の第２方向Ｙのサイズを小さくすることができる。
【００８７】
［その他の実施形態］
上記各実施形態は本開示に関するパワーモジュールが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本開示に関するパワーモジュールは上記各実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、上記各実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または、上記各実施形態に新たな構成を付加した形態である。
【００８８】
・第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の少なくとも一方がＳｉＣＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチ素子を用いることができる。第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の少なくとも一方は、ＳｉＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等を用いてもよい。第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の少なくとも一方にＩＧＢＴが用いられた場合、ＩＧＢＴが用いられたスイッチ素子には、ＩＧＢＴのエミッタにアノードが接続され、ＩＧＢＴのコレクタにカソードが接続されたダイオードを有することが好ましい。
【００８９】
・上記各実施形態において、第１スイッチ素子１１、第２スイッチ素子１２、駆動回路２０、駆動電源３０、スナバ回路４０、第１外部端子５１、第２外部端子５２、第１コネクタ７１、第２コネクタ７２、及び第３コネクタ７３の配置態様は任意に変更可能である。一例では、駆動回路２０、駆動電源３０、及びスナバ回路４０の少なくとも１つが基板６０の第２主面６６に実装されてもよい。また一例では、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の少なくとも一方が基板６０の第１主面６５に実装されてもよい。
【００９０】
・上記各実施形態において、駆動回路２０の構成は任意に変更可能である。一例では、駆動回路２０は、第１駆動回路２１及び第２駆動回路２２を１チップ化した構成であってもよい。
【００９１】
・上記各実施形態において、駆動電源３０及びスナバ回路４０の少なくとも一方を省略してもよい。
・上記各実施形態において、第２コネクタ７２及び第３コネクタ７３のうちの一方を省略してもよい。
【００９２】
・上記各実施形態において、基板６０の形状は任意に変更可能である。一例では、第１実施形態の基板６０から第１凹部６７を省略してもよい。第２及び第３実施形態の基板６０から第１凹部６７及び第２凹部６８の少なくとも一方を省略してもよい。第１凹部６７及び第２凹部６８が省略された場合、第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２は、基板６０の第１側面６１及び第２側面６２の一方から突出するように設けられる。
【００９３】
・上記各実施形態において、第１方向Ｘにおける第１スイッチ素子１１及び第２スイッチ素子１２の配置態様は任意に変更可能である。一例では、第１及び第３実施形態において、第１スイッチ素子１１が第２スイッチ素子１２よりも第２コネクタ７２（第３コネクタ７３）側に配置されてもよい。第２実施形態において、第１スイッチ素子１１における第１凹部６７内の第１方向Ｘの位置が、第２スイッチ素子１２における第２凹部６８内の第１方向Ｘの位置よりも第２コネクタ７２（第３コネクタ７３）側であってもよい。
【００９４】
・上記第１実施形態において、第１凹部６７の第２方向Ｙの大きさは任意に変更可能である。一例では、図１０に示すように、第１凹部６７は、第１スイッチ素子１１及び第１クリップ７４と、第２スイッチ素子１２及び第２クリップ７５とを収容可能な大きさに変更することができる。この場合、駆動回路２０の第１駆動回路２１及び第２駆動回路２２が第１方向Ｘに沿って配置されている。駆動電源３０は、第３コネクタ７３に隣り合うように配置されている。具体的には、複数のチップ抵抗３２が第２方向Ｙにおいて第３コネクタ７３と隣り合うように配置され、インダクタ３１が第１方向Ｘにおいて第３コネクタ７３と隣り合うように配置されている。スナバ回路４０は、第１外部端子５１よりも第２外部端子５２寄りとなるように配置されている。なお、図１０に示す変形例においても、駆動回路２０、駆動電源３０、スナバ回路４０、第１外部端子５１、第２外部端子５２、第１コネクタ７１、第２コネクタ７２、及び第３コネクタ７３の配置位置は任意に変更可能である。
【００９５】
・上記各実施形態において、第３外部端子５３の位置は任意に変更可能である。一例では、図１１に示すように、第３外部端子５３が第１コネクタ７１とは別に設けられてもよい。第３外部端子５３は、第１方向Ｘにおいて第２外部端子５２と間隔をあけて並べて設けられている。
【００９６】
・上記各実施形態において、パワーモジュール１を適用した太陽光発電システムのパワーコンディショナ１１０の構成は任意に変更可能である。一例では、図１２に示すように、パワーコンディショナ１１０は、三相四線式の商用電力系統１０６に適用してもよい。この場合、インバータ１０４は、フルブリッジ回路に代えて、三相インバータ回路を有する。一例では、インバータ１０４は、Ｕ相のインバータ回路１０４Ａ、Ｖ相のインバータ回路１０４Ｂ、及びＷ相のインバータ回路１０４Ｃを有する。インバータ回路１０４Ｃは、インバータ回路１０４Ａ，１０４Ｂと同様の構成であり、第１スイッチ素子１０４ｘ及び第２スイッチ素子１０４ｙを有する。またフィルタ回路１０５は、フィルタ回路１０５Ａ〜１０５Ｃを有する。フィルタ回路１０５Ｃは、インバータ回路１０４Ｃの第１スイッチ素子１０４ｘの第３端子と第２スイッチ素子１０４ｙの第２端子との間のノードＮＢ３に電気的に接続されている。
【００９７】
図１３に示すように、３個のパワーモジュール１Ｄ〜１Ｆから三相のインバータ１０４を構成している。なお、パワーモジュール１Ａ〜１Ｆは同じ構成である。パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆがインバータ１０４に用いられる場合、パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの第１スイッチ素子１１はそれぞれ、第１スイッチ素子１０４ｘに相当し、第２スイッチ素子１２はそれぞれ、第２スイッチ素子１０４ｙに相当する。本適用例では、パワーモジュール１Ｄの第１スイッチ素子１１は、インバータ回路１０４Ａの第１スイッチ素子１０４ｘに相当し、パワーモジュール１Ｄの第２スイッチ素子１２は、インバータ回路１０４Ａの第２スイッチ素子１０４ｙに相当する。パワーモジュール１Ｅの第１スイッチ素子１１は、インバータ回路１０４Ｂの第１スイッチ素子１０４ｘに相当し、パワーモジュール１Ｅの第２スイッチ素子１２は、インバータ回路１０４Ｂの第２スイッチ素子１０４ｙに相当する。パワーモジュール１Ｆの第１スイッチ素子１１は、インバータ回路１０４Ｃの第１スイッチ素子１０４ｘに相当し、パワーモジュール１Ｆの第２スイッチ素子１２は、インバータ回路１０４Ｃの第２スイッチ素子１０４ｙに相当する。パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの第１外部端子５１はそれぞれ、第１電源配線１０７に設けられ、インバータ１０４の入力側の端子を構成する。パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの第２外部端子５２はそれぞれ、第２電源配線１０８に設けられ、インバータ１０４の入力側の端子を構成する。パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの第３外部端子５３はそれぞれ、フィルタ回路１０５に電気的に接続され、インバータ１０４の出力側の端子を構成する。より詳細には、パワーモジュール１Ｄの第３外部端子５３は、フィルタ回路１０５Ａに電気的に接続され、パワーモジュール１Ｅの第３外部端子５３は、フィルタ回路１０５Ｂに電気的に接続され、パワーモジュール１Ｆの第３外部端子５３は、フィルタ回路１０５Ｃに電気的に接続されている。パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの第４外部端子５４はそれぞれ、外部の電気機器と電気的に接続されていない。
【００９８】
３個のパワーモジュール１Ｄ〜１Ｆは、複数のコンデンサ１０３と、３個のフィルタ回路１０５Ａ〜１０５Ｃとの間に配置されている。パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆは、第２方向Ｙに沿って配列されている。パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆはそれぞれ、同じ向きとなるように配置されている。一例では、パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆはそれぞれ、第１外部端子５１及び第２外部端子５２が複数のコンデンサ１０３側に位置するように配置されている。図１３に示すとおり、パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの配置向きはそれぞれ、第２方向Ｙにおいてパワーモジュール１Ａ〜１Ｃの配置向きと反対となる。
【００９９】
パワーモジュール１Ｄの第１コネクタ７１の第３外部端子５３にはフィルタ回路１０５Ａが電気的に接続され、パワーモジュール１Ｅの第１コネクタ７１の第３外部端子５３にはフィルタ回路１０５Ｂが電気的に接続され、パワーモジュール１Ｆの第１コネクタ７１の第３外部端子５３にはフィルタ回路１０５Ｃが電気的に接続されている。パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの第１外部端子５１及び第２外部端子５２はそれぞれ、回路基板１０９上に配置され、回路基板１０９に接続されている。パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの第１外部端子５１は、回路基板１０９に形成された第４配線パターンによって互いに電気的に接続されている。第４配線パターンと第１配線パターンとが接続されていることにより、パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの第１外部端子５１は、パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第１外部端子５１に電気的に接続されている。パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの第２外部端子５２は、回路基板１０９に形成された第５配線パターンによって互いに電気的に接続されている。第５配線パターンと第２配線パターンとが接続されていることにより、パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの第２外部端子５２は、パワーモジュール１Ａ〜１Ｃの第２外部端子５２に電気的に接続されている。このように、パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆでは、第１コネクタ７１が出力端子となり、第１外部端子５１及び第２外部端子５２が入力端子となる。なお、パワーモジュール１Ｄ〜１Ｆの第１外部端子５１及び第２外部端子５２と、回路基板１０９とがワイヤ（図示略）によって電気的に接続されてもよい。
【０１００】
・上記各実施形態において、パワーモジュール１の適用例は、太陽光発電システムのパワーコンディショナ１１０に限られない。例えば、モータの駆動装置にパワーモジュール１を適用することもできる。一例では、駆動装置は、三相交流モータの駆動させる三相インバータ回路である。この場合、図１２のインバータ１０４と三相インバータ回路は同様の回路構成となるため、パワーモジュール１も同様に適用できる。
【符号の説明】
【０１０１】
１，１Ａ〜１Ｆ…パワーモジュール
１１…第１スイッチ素子
１１ａ…第１端子
１１ｂ…第２端子
１１ｃ…第３端子
１２…第２スイッチ素子
１２ａ…第１端子
１２ｂ…第２端子
１２ｃ…第３端子
２０…駆動回路
２１…第１駆動回路
２２…第２駆動回路
３０…駆動電源（電源回路）
４０…スナバ回路
５１…第１外部端子
５２…第２外部端子
５３…第３外部端子
５４…第４外部端子
６０…基板
６１…第１側面（側面）
６２…第２側面（側面）
６３…第３側面（側面）
６４…第４側面（側面）
６７…第１凹部
６８…第２凹部
７４…第１クリップ（第１金具）
７５…第２クリップ（第２金具）
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３…ノード
【図１】
2019213399.tif 000003
【図２】
2019213399.tif 000004
【図３】
2019213399.tif 000005
【図４】
2019213399.tif 000006
【図５】
2019213399.tif 000007
【図６】
2019213399.tif 000008
【図７】
2019213399.tif 000009
【図８】
2019213399.tif 000010
【図９】
2019213399.tif 000011
【図１０】
2019213399.tif 000012
【図１１】
2019213399.tif 000013
【図１２】
2019213399.tif 000014
【図１３】
2019213399.tif 000015