(57)【要約】二つのパワー半導体素子（１１、１３）への制御信号のアンバランスを低減する。第一パワー半導体モジュール(１０１ａ)および第二パワー半導体モジュール（１０１ｂ）は、制御信号配線基板（１００）の表面に沿って所定方向に並んでおり、制御信号配線基板の表面に沿って、第一パワー半導体モジュールの長手方向と第二パワー半導体モジュールの長手方向とは、所定方向であり、第一制御信号配線（５４）上で、外部制御信号端子から第二制御信号端子（１３ｇ）までの距離は、外部制御信号端子から第一制御信号端子（１１ｇ）までの距離に等しい。
2015136593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を変換する第一回路部、前記第一回路部に対して電力を入出力する第一パワー端子、および前記第一回路部へ制御信号を入力する第一制御信号端子を含む第一パワー半導体モジュールと、  電力を変換する第二回路部、前記第二回路部に対して電力を入出力する第二パワー端子、および前記第二回路部へ制御信号を入力する第二制御信号端子を含む第二パワー半導体モジュールと、  電力を入出力する外部パワー端子に対して、前記第一パワー端子および前記第二パワー端子を並列に接続するパワー配線と、  制御装置から制御信号を受ける外部制御信号端子に対して、前記第一制御信号端子および前記第二制御信号端子を並列に接続する第一制御信号配線を含む制御信号配線基板と、を備え、  前記第一パワー半導体モジュールおよび前記第二パワー半導体モジュールは、前記制御信号配線基板の表面に沿って所定方向に並んでおり、  前記制御信号配線基板の表面方向における前記第一パワー半導体モジュールの長手方向と前記第二パワー半導体モジュールの長手方向とは、前記所定方向であり、  前記第一制御信号配線上で、前記外部制御信号端子から前記第二制御信号端子までの距離は、前記外部制御信号端子から前記第一制御信号端子までの距離に等しい、電力変換ユニット。
【請求項２】
前記第一制御信号配線は、前記外部制御信号端子から第一分岐点までを接続する配線である第一幹線と、前記第一分岐点から前記第一制御信号端子までを接続する配線である第一支線と、前記第一分岐点から前記第二制御信号端子までを接続する配線である第二支線とを含み、  前記第二支線の距離は、前記第一支線の距離に等しい、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項３】
前記第一回路部は、第一正極側スイッチング素子と、前記第一正極側スイッチング素子の負極側に接続された第一負極側スイッチング素子と、前記第一正極側スイッチング素子へ制御信号を入力する前記第一制御信号端子と、前記第一負極側スイッチング素子へ制御信号を入力する第三制御信号端子とを含み、  前記第二回路部は、第二正極側スイッチング素子と、前記第二正極側スイッチング素子の負極側に接続された第二負極側スイッチング素子と、前記第二正極側スイッチング素子へ制御信号を入力する前記第二制御信号端子と、前記第二負極側スイッチング素子へ制御信号を入力する第四制御信号端子とを含み、  前記制御信号配線基板は、前記外部制御信号端子に対して、前記第三制御信号端子および前記第四制御信号端子を並列に接続し、  前記第二制御信号配線は、前記外部制御信号端子から第二分岐点までを接続する配線である第二幹線と、前記第二分岐点から前記第三制御信号端子までを接続する配線である第三支線と、前記第二分岐点から前記第四制御信号端子までを接続する配線である第四支線とを含み、  前記第四支線の距離は、前記第三支線の距離に等しい、請求項２に記載の電力変換ユニット。
【請求項４】
前記制御信号配線基板の表面に平行で且つ前記所定方向に垂直な方向に、前記第一回路部および前記第二回路部を挟み込み、前記第一回路部および前記第二回路部からの熱を受ける受熱部を備える、請求項３に記載の電力変換ユニット。
【請求項５】
前記第一パワー半導体モジュールおよび前記第二パワー半導体モジュールの間で前記所定方向に垂直な仮想平面に対し、前記第一制御信号端子および前記第二制御信号端子は、前記制御信号配線基板上でミラー対称に配置されており、前記第三制御信号端子および前記第四制御信号端子は、前記制御信号配線基板上でミラー対称に配置されている、請求項４に記載の電力変換ユニット。
【請求項６】
前記第一制御信号端子、前記第二制御信号端子、前記第三制御信号端子、および前記第四制御信号端子は、前記制御信号配線基板の表面上で前記所定方向の仮想直線上に配置されている、請求項５に記載の電力変換ユニット。
【請求項７】
前記第一パワー半導体モジュールは、前記第一回路部による温度検知の結果を出力する第一温度検知端子を含み、  前記第二パワー半導体モジュールは、前記第二回路部による温度検知の結果を出力する第二温度検知端子を含み、  前記制御信号配線基板は、前記第一温度検知端子から前記制御装置に接続される端子までの第一温度検知配線と、前記第一温度検知端子から前記制御装置に接続される端子までの第二温度検知配線とを含み、  前記制御信号配線基板の厚さ方向において、前記第一制御信号配線と、前記第二制御信号配線と、前記第一温度検知配線と、前記第二温度検知配線とは、互いに重ならない、請求項５に記載の電力変換ユニット。
【請求項８】
前記外部パワー端子は、ユニット接続部を介して他の電力変換ユニットの外部パワー端子に接続される、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項９】
前記パワー配線上で、前記外部パワー端子から前記第二パワー端子までの距離は、前記外部パワー端子から前記第一パワー端子までの距離に等しい、請求項７に記載の電力変換ユニット。
【請求項１０】
前記パワー配線を介して前記第一回路部および前記第二回路部に対し並列に接続されるコンデンサと、  前記パワー配線を介して前記第一回路部および前記第二回路部に対し直列に接続される短絡保護素子と、を備える、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項１１】
前記第一パワー半導体モジュールおよび前記第二パワー半導体モジュールは、互いに同一の構成を有し、前記制御信号配線基板に垂直な仮想直線に対して回転対称に配置されている、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項１２】
複数の電力変換ユニットと、  前記複数の電力変換ユニットを接続するユニット接続部と、を備え、  前記複数の電力変換ユニットのそれぞれは、    電力を変換する第一回路部、前記第一回路部に対して電力を入出力する第一パワー端子、および前記第一回路部へ制御信号を入力する第一制御信号端子を含む第一パワー半導体モジュールと、    電力を変換する第二回路部、前記第二回路部に対して電力を入出力する第一パワー端子、および前記第二回路部へ制御信号を入力する第二制御信号端子を含む第二パワー半導体モジュールと、    電力を入出力する外部パワー端子に対して、前記第一パワー端子および前記第二パワー端子を並列に接続するパワー配線と、    制御装置から制御信号を受ける外部制御信号端子に対して、前記第一制御信号端子および前記第二制御信号端子を並列に接続する第一制御信号配線を含む制御信号配線基板と、を備え、  前記第一パワー半導体モジュールおよび前記第二パワー半導体モジュールは、前記制御信号配線基板の表面に沿って所定方向に並んでおり、  前記制御信号配線基板の表面方向における前記第一パワー半導体モジュールの長手方向と前記第二パワー半導体モジュールの長手方向とは、前記所定方向であり、  前記第一制御信号配線上で、前記外部制御信号端子から前記第二制御信号端子までの距離は、前記外部制御信号端子から前記第一制御信号端子までの距離に等しい、電力変換装置。
【請求項１３】
電力を変換する第一回路部、前記第一回路部に対して電力を入出力する第一パワー端子、および前記第一回路部へ制御信号を入力する第一制御信号端子を含む第一パワー半導体モジュールと、電力を変換する第二回路部、前記第二回路部に対して電力を入出力する第一パワー端子、および前記第二回路部へ制御信号を入力する第二制御信号端子を含む第二パワー半導体モジュールと、電力を入出力する外部パワー端子に対して、前記第一パワー端子および前記第二パワー端子を並列に接続するパワー配線と、制御装置から制御信号を受ける外部制御信号端子に対して、前記第一制御信号端子および前記第二制御信号端子を並列に接続する第一制御信号配線を含む制御信号配線基板と、を含む電力変換ユニットにおける電力変換方法であって、  制御装置から前記外部制御信号端子へ制御信号を入力し、  前記第一制御信号配線上で、前記外部制御信号端子から前記第二制御信号端子までの距離が、前記外部制御信号端子から前記第一制御信号端子までの距離に等しくなるように、前記制御信号を分岐させて前記第一制御信号端子および前記第二制御信号端子へ入力する、ことを備え、  前記第一パワー半導体モジュールおよび前記第二パワー半導体モジュールは、前記制御信号配線基板の表面に沿って所定方向に並んでおり、  前記制御信号配線基板の表面方向における前記第一パワー半導体モジュールの長手方向と前記第二パワー半導体モジュールの長手方向とは、前記所定方向である、電力変換方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電力変換のための回路に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、電力変換装置としてのインバータ装置の大容量化が求められている。大容量化に対応するためには、パワー半導体素子であるＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）や電流還流用のダイオードを並列接続する必要がある。【０００３】  しかし、ＩＧＢＴなどのパワー半導体素子やダイオードを実装したパワー半導体モジュールを並列接続する際に、各パワー半導体素子のパワー配線の寄生抵抗や寄生インダクタンスのアンバランスにより、並列接続された各パワー半導体素子に流れる電流のアンバランスが生じるという問題がある。出力電流は、パワー配線の寄生抵抗や寄生インダクタンスが小さいパワー半導体素子に集中しやすくなっており、パワー半導体素子の寿命や信頼性を低下させる恐れがある。【０００４】  この問題に関して、例えば特許文献１では、各パワー半導体素子を接続するパワー配線のインピーダンスの均等化をすることで、出力電流の均等化を図る技術が開示されている。また、特許文献２では、各スイッチング素子に流れる電流を均一にするとともに、各スイッチング素子間を接続する導体を最短にすることで、電流アンバランスを改善するとともに、サージ電圧の低減を図る構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−００７９５８号公報
【特許文献２】特開平６−２６１５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかしながら、パワー半導体素子の制御信号配線のアンバランスによっても、電流のアンバランスが生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記課題を解決するために、本発明の一態様である電力変換ユニットは、電力を変換する第一回路部、第一回路部に対して電力を入出力する第一パワー端子、および第一回路部へ制御信号を入力する第一制御信号端子を含む第一パワー半導体モジュールと、電力を変換する第二回路部、第二回路部に対して電力を入出力する第二パワー端子、および第二回路部へ制御信号を入力する第二制御信号端子を含む第二パワー半導体モジュールと、電力を入出力する外部パワー端子に対して、第一パワー端子および第二パワー端子を並列に接続するパワー配線と、制御装置から制御信号を受ける外部制御信号端子に対して、第一制御信号端子および第二制御信号端子を並列に接続する第一制御信号配線を含む制御信号配線基板と、を備える。第一パワー半導体モジュールおよび第二パワー半導体モジュールは、制御信号配線基板の表面に沿って所定方向に並んでおり、制御信号配線基板の表面方向における第一パワー半導体モジュールの長手方向と第二パワー半導体モジュールの長手方向とは、所定方向であり、第一制御信号配線上で、外部制御信号端子から第二制御信号端子までの距離は、外部制御信号端子から第一制御信号端子までの距離に等しい。
【発明の効果】
【０００８】  本発明の一態様によれば、二つのパワー半導体素子への制御信号のアンバランスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例のＵＰＳの回路図である。
【図２】電力変換ユニット３００の回路図である。
【図３】電力変換ユニット３００の斜視図である。
【図４】電力変換ユニット３００のうちパワー半導体モジュール１０１ａ、１０１ｂ付近の分解斜視図である。
【図５】パワー半導体モジュール１０１ａ、１０１ｂの回路図である。
【図６】パワー配線集合体１１０をＹ方向から見た平面図である。
【図７】パワー配線集合体１１０の第一変形例を示す平面図である。
【図８】パワー配線集合体１１０の第二変形例を示す平面図である。
【図９】制御信号配線基板１００をＹ方向から見た平面図である。
【図１０】実施例２の電力変換ユニット３００ｂの斜視図である。
【図１１】実施例２の電力変換部２ａの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１１】  実施例として、ＵＰＳ（Uninterruptible  Power-supply  System、無停電電源装置）について説明する。【００１２】  図１は、実施例のＵＰＳの回路図である。【００１３】  このＵＰＳ２は、停電時に無瞬断で電力供給を継続できる常時インバータ給電方式を用いる。なお、本発明は、常時インバータ給電方式に限らず、常時商用給電方式等の他の方式にも適用できる。【００１４】  ３相交流の商用電源３は、通常運用時において、コンバータ４１１とインバータ４１２を経由して負荷４へ電力を給電する。ここで、コンバータ４１１は、３相交流の商用電源３を直流電圧５に変換してインバータ４１２へ供給する。インバータ４１２は、直流電圧５を３相交流電力６に変換する。これにより、商用電源３に瞬時電圧低下等の電圧変動が生じた場合でも、コンバータ４１１とインバータ４１２が制御することで、通常の商用電源と同等の電力を安定して負荷４へ供給できる。【００１５】  一方、停電時には、インバータ４１２が起動している状態で、蓄電池４１４からインバータ４１２を介して負荷４へ電力を供給する。これにより、ＵＰＳ２は無瞬断で電力を負荷４へ供給できる。本実施例においては、ＵＰＳ２の体積を小型化するために、蓄電池４１４の総電圧は、インバータ４１２に印加する直流電圧より十分小さくしている。そのため、本実施例のＵＰＳ２は、蓄電池４１４の放電により出力される低圧の直流電圧を所望の直流電圧５まで昇圧させてインバータ４１２へ出力する昇圧チョッパ４１３を搭載している。なお、ＵＰＳ２は、体積の制約が無い場合、昇圧チョッパ４１３を省き、所望の直流電圧を供給できる高圧の蓄電池４１４を有するＵＰＳ２にも適用できる。【００１６】  以下の説明において、コンバータ４１１、インバータ４１２、および昇圧チョッパ４１３を合わせて電力変換装置２ａと呼ぶ。【００１７】  ＵＰＳ２は更に、電力変換装置２ａを空冷する冷却機構を有していても良い。【００１８】  バイパス回路１７は、指示に応じて電力変換装置２ａをバイパスし、商用電源３と負荷４を直接接続する。保守バイパス回路１６は、電力変換装置２ａおよびバイパス回路１７の保守のために、指示に応じて、電力変換装置２ａおよびバイパス回路１７をバイパスし、商用電源３と負荷４を直接接続する。【００１９】  以下、電力変換装置２ａを構成する電力変換ユニット３００について説明する。【００２０】  電力変換装置２ａは、複数の電力変換ユニット３００を含む。コンバータ４１１は、Ｒ，Ｓ，Ｔの三相にそれぞれ対応する三つの電力変換ユニット３００を並列に接続することにより構成される。インバータ４１２は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相にそれぞれ対応する三つの電力変換ユニット３００を並列に接続することにより構成される。昇圧チョッパ４１３は、少なくとも一つの電力変換ユニット３００により構成される。【００２１】  図２は、電力変換ユニット３００の回路図である。【００２２】  電力変換ユニット３００は、パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂと、平滑コンデンサ１２０と、短絡保護素子（ヒューズ）１６０ｐ、１６０ｎと、制御信号配線基板１００と、パワー配線集合体１１０とを含む。パワー配線集合体１１０は、出力配線１７０と、正極パワ��配線１８０と、負極パワー配線１９０が一体化されたものである。例えば、出力配線１７０と正極パワー配線１８０と負極パワー配線１９０とのそれぞれが平板状の導体として形成され、出力配線１７０と正極パワー配線１８０と負極パワー配線１９０とが絶縁されて積層されることにより、平板上のパワー配線集合体１１０が形成される。【００２３】  パワー半導体モジュール１０１ａは、パワー半導体素子１１と、パワー半導体素子１１に並列に接続された還流素子２１と、パワー半導体素子１１の正極側に直列に接続されたパワー半導体素子１２と、パワー半導体素子１２に並列に接続された還流素子２２と、パワー半導体モジュール１０１ａ内の温度を検知する温度検知素子５１とを含む。同様に、パワー半導体モジュール１０１ｂは、パワー半導体素子１３と、パワー半導体素子１３に並列に接続された還流素子２３と、パワー半導体素子１３の正極側に直列に接続されたパワー半導体素子１４と、パワー半導体素子１４に並列に接続された還流素子２４と、パワー半導体モジュール１０１ｂ内の温度を検知する温度検知素子５２とを含む。本実施例においては、パワー半導体モジュール１０１ａ、１０１ｂは、同一の構成を有する。パワー半導体素子１１、１２、１３、１４は例えばＩＧＢＴなどのスイッチング素子である。還流素子２１、２２、２３、２４は例えばダイオードである。【００２４】  パワー半導体モジュール１０１ａ、１０１ｂの正極パワー端子１８０ａ、１８０ｂは、それぞれパワー半導体素子１２、１４の正極である。正極パワー端子１８０ａ、１８０ｂは、正極パワー配線１８０を介して正極側の短絡保護素子１６０ｐの一端に接続されており、短絡保護素子１６０ｐの他端は外部正極パワー端子１８０ｔとなる。パワー半導体モジュール１０１ａ、１０１ｂの負極パワー端子１９０ａ、１９０ｂは、それぞれパワー半導体素子１１、１３の負極である。負極パワー端子１９０ａ、１９０ｂは、負極パワー配線１９０を介して負極側の短絡保護素子１６０ｎに接続されており、短絡保護素子１６０ｎの他端は外部負極パワー端子１９０ｔとなる。これにより、パワー半導体モジュール１０１ａ、１０１ｂは、互いに並列に接続されている。外部正極パワー端子１８０ｔは、ユニット接続部を介して、他の電力変換ユニット３００の外部正極パワー端子に接続される。外部負極パワー端子１９０ｔは、ユニット接続部を介して、他の電力変換ユニット３００の外部負極パワー端子に接続される。ユニット接続部は、例えば、複数の電力ユニット３００の外部正極パワー端子１８０ｔの間を接続する正極導体と、複数の電力ユニット３００の外部負極パワー端子１９０ｔの間を接続する負極導体とを含むバスバーである。出力配線１７０は、パワー半導体モジュール１０１ａにおけるパワー半導体素子１１、１２の間の出力パワー端子１７０ａと、パワー半導体モジュール１０１ａにおけるパワー半導体素子１３、１４の間の出力パワー端子１７０ｂとを、外部出力端子１７０ｔに接続する。以下の説明において、パワー半導体モジュール１０１ａの正極パワー端子１８０ａ、負極パワー端子１９０ａ、および出力パワー端子１７０ａと、パワー半導体モジュール１０１ｂの正極パワー端子１８０���、負極パワー端子１９０ｂ、および出力パワー端子１７０ｂをパワー端子と呼ぶことがある。【００２５】  温度検知素子５１は温度検知端子５１ｍに接続され、温度検知端子５１ｍは制御信号配線基板１００に接続されている。温度検知素子５２は温度検知端子５２ｍに接続され、温度検知端子５２ｍは制御信号配線基板１００に接続されている。【００２６】  平滑コンデンサ１２０は、互いに並列に接続された複数のコンデンサであっても良い。【００２７】  パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂを並列接続する場合、その制御信号端子１１ｇ、１２ｇ、１３ｇ、１４ｇも並列接続する必要がある。パワー半導体モジュール１０１ａおよびパワー半導体モジュール１０１ｂの制御信号配線は、制御信号配線基板１００に配置されている。制御信号端子１１ｇ、１２ｇ、１３ｇ、１４ｇは、それぞれパワー半導体素子１１、１２、１３、１４のゲート端子である。【００２８】  図３は、電力変換ユニット３００の斜視図であり、図４は、電力変換ユニット３００のうちパワー半導体モジュール１０１ａ、１０１ｂ付近の分解斜視図である。【００２９】  ここで、長方形の平板である制御信号配線基板１００の短手方向をＸ方向とする。制御信号配線基板１００の厚さ方向であって、パワー半導体モジュール１０１ａ、１０１ｂおよび受熱部１３０に対して制御信号配線基板１００の方向をＹ方向とする。制御信号配線基板１００の長手方向であって、パワー半導体モジュール１０１ａ、１０１ｂおよび受熱部１３０に対して放熱フィン１５０の方向をＺ方向とする。パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂは、Ｚ方向に並んで配置されている。【００３０】  パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂのそれぞれは、ＹＺ平面に平行な平板状であってパワー半導体素子および還流素子を含む回路部と、回路部からＹ方向へ突出しておりパワー端子及び制御信号端子を含む端子部とを有する。回路部の両面には放熱面２００が設けられており、受熱部１３０に接している。二つの受熱部１３０は、Ｘ方向に互いに対向しており、パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂの回路部を挟み込み、ボルトで互いに固定されている。ヒートパイプ１４０は、受熱部１３０を貫通してＺ方向に突出しており、突出している部分には、放熱フィン１５０が接続されている。【００３１】  端子部のうち、パワー端子は、パワー配線集合体１１０に接続されている。端子部のうち、制御信号端子は、パワー配線集合体１１０に形成されている開口を貫通し、制御信号配線基板１００に接続されている。【００３２】  パワー配線集合体１１０には更に、平滑コンデンサ１２０と、短絡保護用の短絡保護素子１６０ｐ、１６０ｎとが、パワー配線集合体１１０に接続されている。平滑コンデンサ１２０は、正極パワー配線１８０と負極パワー配線１９０の間に接続されている。正極パワー配線１８０と負極パワー配線１９０は、それぞれ短絡保護素子１６０ｐ、１６０ｎを介して給電系統に接続されている。電力変換ユニット３００に搭載された素子の破壊など、短絡電流が流れる場合、短絡保護素子１６０ｐ、１６０ｎが短絡電流により断路して電力変換ユニット３００の給電が遮断される。【００３３】  制���信号配線基板１００は、制御信号コネクタ１００ｃを介してマイクロプロセッサなどの制御装置に接続され、制御装置から駆動信号を受信し、駆動信号を等インピーダンスでパワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂに分配する。パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂは駆動信号に従ってスイッチングし、出力配線１７０を介して出力電流を出力する。【００３４】  この際、パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂの損失によって発生する熱は、放熱面２００から受熱部１３０へ伝えられ、受熱部１３０からヒートパイプ１４０へ伝えられる。ヒートパイプ１４０は受熱部１３０と放熱フィン１５０の間で熱を効率よく伝えることができる。また、放熱フィン１５０は、冷媒に熱を放出し、パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂの温度の上昇を抑えることが可能である。例えば、冷却機構として送風機が、放熱フィン１５０のＹ方向に設けられ、−Ｙ方向へ送風することにより、放熱フィン１５０を冷却する。回路部の両面が受熱部１３０によって挟まれていることにより、パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂの冷却効率を高めることができる。【００３５】  複数の電力変換ユニット３００が並列接続される場合、複数の電力変換ユニット３００の外部正極パワー端子１８０ｔの間がユニット接続部により接続されると共に、複数の電力変換ユニット３００の外部負極パワー端子１９０ｔの間がユニット接続部により接続される。この構成により、電力変換ユニット３００の管理者は、電力変換ユニット３００のＹ方向から容易に電力変換ユニット３００のメンテナンスを行うことができる。【００３６】  図５は、パワー半導体モジュール１０１ａ、１０１ｂの回路図である。【００３７】  パワー半導体モジュール１０１ａには内部寄生素子４２が存在する。同様に、パワー半導体モジュール１０１ｂには内部寄生素子４６が存在する。ここで、パワー半導体モジュール１０１ａと、パワー半導体モジュール１０１ｂとは、一般的に同じ生産プロセスで作製されるため、パワー半導体モジュール１０１ａの内部寄生素子４２は、パワー半導体モジュール１０１ｂの内部寄生素子４６の寄生インピーダンスは均一であることが想定される。【００３８】  パワー半導体素子１１、１３のゲート端子であるハイサイド（正極側）制御信号端子１１ｇ、１３ｇは、ハイサイド信号配線５３に接続されている。パワー半導体素子１２、１４のゲート端子であるローサイド（負極側）制御信号端子１２ｇ、１４ｇは、ローサイド信号配線５４に接続されている。さらに、パワー半導体モジュール１０１ａに内蔵された温度検知素子５１は温度検知素子用信号配線５５と接続されており、パワー半導体モジュール１０１ｂに内蔵された温度検知素子５２は温度検知素子用信号配線５６と接続されている。【００３９】  パワー半導体モジュール１０１ａのハイサイド制御信号端子とハイサイド信号配線５３の間には制御信号配線外部寄生素子３３および３４が存在し、パワー半導体モジュール１０１ｂのハイサイド制御信号端子とハイサイド信号配線５３の間には制御信号配線外部寄生素子３７および３８が存在する。パワー半導体モジュール１０１ａのローサイド制御信号端子とローサイ���信号配線５４の間には制御信号配線外部寄生素子３１および３２が存在し、パワー半導体モジュール１０１ｂのローサイド制御信号端子とローサイド信号配線５４の間には制御信号配線外部寄生素子３５および３６が存在する。【００４０】  パワー半導体モジュール１０１ａと、パワー半導体モジュール１０１ｂを並列接続する場合においては、パワー半導体モジュール１０１ａと正極パワー配線１８０との間には外部寄生素子４４が存在し、パワー半導体モジュール１０１ｂと正極パワー配線１８０の間には外部寄生素子４８が存在する。また、パワー半導体モジュール１０１ａと出力配線１７０の間には外部寄生素子４３が存在し、パワー半導体モジュール１０１ｂと出力配線１７０の間には外部寄生素子４７が存在する。さらに、パワー半導体モジュール１０１ａと負極パワー配線１９０の間には外部寄生素子４１が存在し、パワー半導体モジュール１０１ｂと負極パワー配線１９０の間には外部寄生素子４５が存在する。【００４１】  図６は、パワー配線集合体１１０をＹ方向から見た平面図である。【００４２】  パワー配線集合体１１０は、パワー半導体モジュール１０１ａおよびパワー半導体モジュール１０１ｂに対してＹ方向に、且つＹ軸に垂直に配置されている。パワー半導体モジュール１０１ａおよびパワー半導体モジュール１０１ｂは、Ｙ軸に平行な回転軸１０４に対し、回転対称に配置されている。すなわち、パワー半導体モジュール１０１ａの出力パワー端子１７０ａ、正極パワー端子１８０ａ、負極パワー端子１９０ａ、制御信号端子１１ｇ、１２ｇ、および温度検知端子５１ｍと、パワー半導体モジュール１０１ｂの出力パワー端子１７０ｂ、正極パワー端子１８０ａ、負極パワー端子１９０ｂ、制御信号端子１３ｇ、１４ｇ、および温度検知端子５２ｍとは、回転軸１０４に対し、回転対称に配置されている。【００４３】  このうち、出力パワー端子１７０ａ、正極パワー端子１８０ａ、負極パワー端子１９０ａ、出力パワー端子１７０ｂ、正極パワー端子１８０ａ、負極パワー端子１９０ｂは、パワー配線集合体１１０に接続されている。パワー配線集合体１１０は、Ｚ軸に平行な直線１０５上に並ぶ開口２１１ａ、２１２ａ、２１１ｂ、２１２ｂを有する。温度検知端子５１ｍおよび制御信号端子１１ｇは、開口２１１ａを貫通し、パワー配線集合体１１０からＹ方向へ突出している。制御信号端子１２ｇは、開口２１２ａを貫通し、パワー配線集合体１１０からＹ方向へ突出している。制御信号端子１４ｇは、開口２１２ｂを貫通し、パワー配線集合体１１０からＹ方向へ突出している。制御信号端子１３ｇおよび温度検知端子５２ｍは、開口２１１ｂを貫通し、パワー配線集合体１１０からＹ方向へ突出している。【００４４】  パワー半導体モジュール１０１ａとパワー半導体モジュール１０１ｂを並列接続する場合、パワー配線の配置によって外部寄生素子のアンバランスが生じる場合がある。そこで、パワー半導体モジュール１０１ａおよびパワー半導体モジュール１０１ｂのパワー端子を回転軸１０４に対して回転対称に配置して並列に接続することで、外部寄生素子のアンバランスを改善し、出力電流の均等化を図る。【００４５】  図７は、パワー配線集合体１１０の第一���形例を示す平面図である。【００４６】  この第一変形例においては、パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂの中間に位置する鏡映面１０２に対し、パワー半導体モジュール１０１ａおよびパワー半導体モジュール１０１ｂのパワー端子をミラー（鏡像）対称に配置して並列に接続することで、外部寄生素子のアンバランスを改善し、出力電流の均等化を図る。【００４７】  図８は、パワー配線集合体１１０の第二変形例を示す平面図である。【００４８】  この第二変形例においては、パワー半導体モジュール１０１ａおよびパワー半導体モジュール１０１ｂのパワー端子を回転軸１０４に対して回転対称に配置して並列に接続することで、外部寄生素子のアンバランスを改善し、出力電流の均等化を図る。また、パワー半導体モジュール１０１ａおよびパワー半導体モジュール１０１ｂのパワー端子は、直線１０５に対してミラー対象に配置されている。【００４９】  なお、実施例の電力変換ユニット３００、または第二変形例の電力変換ユニット３００において、パワー半導体モジュール１０１ａおよびパワー半導体モジュール１０１ｂの一方のパワー半導体モジュールの正極パワー配線１８０および負極パワー配線１９０を入れ替え、パワー半導体モジュール１０１ａおよびパワー半導体モジュール１０１ｂを鏡映面１０２に対してミラー対称の構造に形成しても良い。【００５０】  図９は、制御信号配線基板１００をＹ方向から見た平面図である。【００５１】  制御信号配線基板１００は、パワー配線集合体１１０に対してＹ方向に、且つＹ軸に垂直に配置されている。制御信号配線基板１００は、多層基板である。この図で示されている層である制御信号配線層には、ハイサイド信号配線５３、ローサイド信号配線５４、温度検知素子用信号配線５５、５６が配置されている。他の層には、電源配線や他の部品の配線が配置されている。【００５２】  制御信号配線層上で、Ｚ軸に平行な直線１０６上には順に、温度検知端子５１ｍと、制御信号端子１１ｇと、制御信号端子１２ｇと、制御信号端子１４ｇと、制御信号端子１３ｇと、温度検知端子５２ｍとが接続されている。また、パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂの中間に位置する鏡映面１０２に対し、温度検知端子５１ｍ、ローサイドの制御信号端子１１ｇ、およびハイサイドの制御信号端子１２ｇと、温度検知端子５２ｍ、ローサイドの制御信号端子１３ｇ、およびハイサイドの制御信号端子１４ｇとは、それぞれミラー対称に配置されている。【００５３】  制御信号配線層上で、制御信号端子１２ｇ、１４ｇの間の領域であって、Ｘ軸に平行な直線で鏡映面１０２から一定距離に位置する直線Ａａ、Ａｂの間の領域を中央領域とする。制御信号配線基板１００において、制御装置からの制御信号配線は、中央領域において二つに分岐し、中央領域からパワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂの端子まで鏡映面１０２に対してミラー対称の形状を有する。即ち、ハイサイド信号配線５３およびローサイド信号配線５４のそれぞれは、中央領域に分岐点を有する。これにより、中央領域から、パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂの二つの制御信号端子までの信号配線の距離が等しくなる。即ち、ハイサイド信号配線５３およびローサイド信号配線５４のそれぞれにおいて、制御装置から二つの制御信号端子までの信号配線の距離が等しくなる。【００５４】  パワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂを並列接続する場合、制御信号配線外部寄生素子のインピーダンスのアンバランスが生じると、パワー配線の場合と同様に、出力電流のアンバランスを生じる可能性がある。本実施例の制御信号配線基板１００によれば、ハイサイド信号配線５３およびローサイド信号配線５４に存在するパワー半導体モジュール１０１ａおよび１０１ｂの制御信号配線外部寄生素子のインピーダンスを均等化できる。【００５５】  温度検知素子用信号配線５５および５６のそれぞれは独立した信号配線であり、分岐点を必要としない。【００５６】  制御信号配線基板１００の厚さ方向において、ハイサイド制御信号配線５３と、ローサイド信号配線５４と、温度検知素子用信号配線５５、５６とは、互いに重ならない。また、ハイサイド制御信号配線５３と、ローサイド信号配線５４と、温度検知素子用信号配線５５、５６とは、他層の配線と互いに重なる領域を有していない。その効果として、制御信号配線の層間の結合によるインピーダンスの不整合を抑制することが可能であり、結果として制御信号の均等化を図ることができ、出力電流のアンバランスを改善できる。【００５７】  本実施例によれば、並列接続されたパワー半導体素子のパワー配線と制御信号配線を等インピーダンス化することで、並列接続されたパワー半導体素子の出力電流を均等化する。
【実施例２】
【００５８】  図１０は、実施例２の電力変換ユニット３００ｂの斜視図である。【００５９】  実施例１と比較すると、本実施例の電力変換ユニット３００ｂは、受熱部１３０ｂに変えて受熱部１３０ｂを有し、ヒートパイプ１４０に変えてヒートパイプ１４０ｂを有し、放熱フィン１５０に代えて放熱フィン１５０ｂを有する。ヒートパイプ１４０ｂは、受熱部１３０ｂ内を貫通し、受熱部１３０ｂから−Ｙ方向およびＺ方向の間の方向へ突出している。ヒートパイプ１４０ｂのうち受熱部１３０ｂから突出している部分には、放熱フィン１５０ｂが接続されている。本実施例においては、例えば、送風機が、放熱フィン１５０ｂの−Ｚ方向に設けられ、Ｚ方向へ送風することにより、放熱フィン１５０ｂを冷却する。【００６０】  図１１は、実施例２の電力変換部２ａの斜視図である。【００６１】  本実施例における電力変換部２ａは、複数の電力変換ユニット３００ｂを含む。複数の電力変換ユニット３００ｂは、ユニット接続部３１０により並列に接続されている。ユニット接続部３１０は、複数の電力変換ユニットの外部正極パワー端子１８０ｔを接続する正極導体と、複数の電力変換ユニットの外部負極パワー端子１９０ｔを接続する負極導体とを有する。複数の電力変換ユニット３００ｂのうち、三つの電力変換ユニット３００ｂがコンバータ４１１を構成しており、他の三つの電力変換ユニット３００ｂがインバータ４１２を構成しており、他の二つの電力変換ユニット３００ｂが昇圧チョッパ４１３を構成している。【００６２】  コンバータ４１１である三つの電力変換ユニット３００ｂの出力配線１７０ｔは、それぞれＲ、Ｓ、Ｔの三相に対応する。インバータ４１２である三つの電力変換ユニット３００ｂの出力配線１７０ｔは、それぞれＵ、Ｖ、Ｗの三相に対応する。制御装置からの制御信号が、各電力変換ユニット３００ｂの制御信号配線基板１００に入力されることにより、各電力変換ユニット３００ｂが制御される。この制御方法によって、複数の電力変換ユニット装置３００ｂは、コンバータ４１１、インバータ４１２、昇圧チョッパ４１３として機能することが可能である。また、この構成によれば、ＵＰＳ２の管理者は、電力変換部２ａのＹ方向から容易に電力変換部２ａのメンテナンスを行うことができる。【００６３】  実施例２の電力変換ユニット３００ｂと同様にして、実施例１の複数の電力変換ユニット３００を並列接続することにより電力変換部２ａを実現することができる。【００６４】  このように、電力変換ユニット３００、３００ｂは、コンバータ４１１、インバータ４１２、および昇圧チョッパ４１３などの電力変換装置や、それを用いるＵＰＳやＰＣＳ（Power  Conditioning  System）などに適用可能である。また、産業機械のモータを駆動するための電力変換装置にも適用可能である。【００６５】  用語について説明する。電力変換ユニットは、電力変換ユニット３００、３００ｂなどに対応する。電力変換装置は、コンバータ４１１、インバータ４１２、昇圧チョッパ４１３、ＵＰＳ２などに対応する。パワー配線は、パワー配線集合体１１０などに対応する。制御信号配線基板は、制御信号配線基板１００などに対応する。第一回路部は、パワー半導体素子１１、��２、還流素子２１、２２、放熱面２００などに対応する。第一パワー端子は、正極パワー端子１８０ａ、負極パワー端子１９０ａ、出力パワー端子１７０ａなどに対応する。第一制御信号端子は、制御信号端子１１ｇなどに対応する。第二回路部は、パワー半導体素子１３、１４、還流素子２３、２４、放熱面２００などに対応する。第二パワー端子は、正極パワー端子１８０ｂ、負極パワー端子１９０ｂ、出力パワー端子１７０ｂなどに対応する。外部パワー端子は、外部正極パワー端子１８０ｔ、外部負極パワー端子１９０ｔなどに対応する。第二制御信号端子は、制御信号端子１３ｇなどに対応する。第一制御信号配線は、ローサイド制御信号配線５５などに対応する。第一分岐点は、ローサイド制御信号配線５５のうち中央領域内の部分などに対応する。第三制御信号端子は、制御信号端子１２ｇなどに対応する。第四制御信号端子は、制御信号端子１４ｇなどに対応する。第二制御信号配線は、ハイサイド制御信号配線５４などに対応する。第二分岐点は、ハイサイド制御信号配線５４のうち中央領域内の部分などに対応する。受熱部は、受熱部１３０、１３０ｂなどに対応する。仮想平面は、鏡映面１０２などに対応する。所定方向の仮想直線は、直線１０６などに対応する。コンデンサは、平滑コンデンサ１２０などに対応する。短絡保護素子は、短絡保護素子１６０ｐ、１６０ｎなどに対応する。ユニット接続部は、ユニット接続部３１０などに対応する。制御信号配線基板に垂直な仮想直線は、回転軸１０４などに対応する。【００６６】  本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、その趣旨から逸脱しない範囲で、他の様々な形に変更することができる。
【符号の説明】
【００６７】  ２：ＵＰＳ  ２ａ：電力変換部  １１、１２、１３、１４：パワー半導体素子  ２１、２２、２３、２４：還流素子  ５１、５２：温度検知素子  ５３：ハイサイド信号配線  ５４：ローサイド信号配線  ５５、５６：温度検知素子用信号配線  １００：制御信号配線基板  １０１ａ、１０１ｂ：パワー半導体モジュール  １１０：パワー配線集合体  １２０：平滑コンデンサ  １３０、１３０ｂ：受熱部  １４０、１４０ｂ：ヒートパイプ  １５０、１５０ｂ：放熱フィン  １６０ｐ、１６０ｎ：短絡保護素子  １７０：出力配線  １８０：正極パワー配線  １９０：負極パワー配線  ３００、３００ｂ：電力変換ユニット  ３１０：ユニット接続部  ４１１：コンバータ  ４１２：インバータ  ４１３：昇圧チョッパ 
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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