(57)【要約】【課題】小型で取り扱いが容易なスナバモジュールを実現して、電力変換装置を小型化する。【解決手段】スナバモジュール１０は、サージ電圧を抑制するためのスナバ回路を構成する１２個のスナバ用ダイオードと、スナバコンデンサとが樹脂モールド１０１内に封入され、スナバコンデンサの２つの端子にそれぞれ接続された２つのコンデンサ用外部端子であるＰ側引出し線１０３、Ｎ側引出し線１０４と、１２個のスナバ用ダイオードのうちの各２つのスナバ用ダイオードの接続部にそれぞれ接続された６つの引出し端子１０２とが樹脂モールド１０１から露出するように構成されている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サージ電圧を抑制するためのスナバ回路を構成する１２個のスナバ用ダイオードと、スナバコンデンサとが樹脂モールド内に封入され、前記スナバコンデンサの２つの端子にそれぞれ接続された２つのコンデンサ用外部端子と、前記１２個のスナバ用ダイオードのうちの各２つのスナバ用ダイオードの接続部にそれぞれ接続された６つのダイオード用外部端子とが前記樹脂モールドから露出するように構成されているスナバモジュール。
【請求項２】
前記スナバ回路が、
それぞれ２つのスナバ用ダイオードにより構成され、一方のスナバ用ダイオードのアノード端子と他方のスナバ用ダイオードのカソード端子とが接続され、アノード端子とカソード端子との接続部が前記６つのダイオード用外部端子にそれぞれ接続された少なくとも６つの直列ダイオードと、
一方の端子が前記各直列ダイオードのダイオード用外部端子に接続されていない側のアノード端子と共通に接続され、他方の端子が前記各直列ダイオードのダイオード用外部端子に接続されていない側のカソード端子と共通に接続されたスナバ用コンデンサと、から構成されている請求項１記載のスナバモジュール。
【請求項３】
前記６つのダイオード用外部端子が、３つの端子間で双方向に電力を供給することができる半導体スイッチモジュールの入力端子および出力端子と同一間隔となるように構成されている請求項１または２記載のスナバモジュール。
【請求項４】
自己消孤能力を備えかつ逆耐圧特性を有する１８個の半導体スイッチ素子により構成され、該１８個の半導体スイッチ素子のうちの２つが互いに逆並列接続されて１つの双方向スイッチを構成することにより９つの双方向スイッチが構成され、それぞれ３つの双方向スイッチにより構成された３つの双方向スイッチ群が、３つの入力端子と１つの出力端子にそれぞれ接続された半導体スイッチモジュールと、
前記６つのダイオード用外部端子がそれぞれ前記半導体スイッチモジュールの各入出力端子に１つずつ接続された請求項１から３のいずれか１項記載のスナバモジュールと、から構成された電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３つの端子間で双方向に電力を供給することができる半導体スイッチモジュールを備えた電力変換装置に関し、特にこの半導体スイッチモジュールのサージ電圧を抑制するためのスナバ回路が構成された電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、双方向に電力を供給することができる半導体スイッチモジュールと、サージ電圧を抑制するためのスナバ回路とから構成される電力変換装置は、図３に示すような回路構成のものがあった。（例えば、特許文献１、または特願２００２−１３７８７１号出願参照。）
このスナバ回路は、スナバ用ダイオードＤ１〜Ｄ１２と、スナバコンデンサ４０と、スナバ放電回路３０とから構成され、半導体スイッチ素子のスイッチングの際に発生するサージ電圧を抑制して、半導体スイッチ素子が破壊されるのを防いでいる。また、半導体スイッチモジュール２０は、自己消孤能力を備えかつ逆耐圧特性を有する半導体スイッチ素子である１８個の逆耐圧ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｉｔｏｒ）５０１〜５０１８により構成され、入力端子２０１および出力端子２０２間で双方向に電力を供給することができるようになっている。
【０００３】
この半導体スイッチモジュール２０では、１８個の逆耐圧ＩＧＢＴ５０１〜５０１８のうちの２つが互いに逆並列接続されて１つの双方向スイッチを構成することにより９つの双方向スイッチが構成され、それぞれ３つの双方向スイッチにより構成された３つの双方向スイッチ群が、３つの入力端子２０１と、３つの出力端子２０２のうちの１つの出力端子にそれぞれ接続されている。
【０００４】
スナバ回路では、半導体スイッチモジュール２０の入力端子２０１および出力端子２０２（Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ、Ｗ）に逆回復特性の良好な高速ダイオードであるスナバ用ダイオードＤ１〜Ｄ１２によりクランプ型スナバ回路が形成され、このクランプ型スナバ回路の両端は、吸収したサージ電圧を蓄えるスナバコンデンサ４０に接続されている。また、スナバコンデンサ４０の電圧が上昇した場合に放電を行うためのスナバ放電回路３０がさらに設けられている場合もある。
【０００５】
この図３に示した半導体スイッチモジュール２０の外観を図４に示す。この図４に示した半導体スイッチモジュール２０では、１８個の逆耐圧ＩＧＢＴ５０１〜５０１８が樹脂モールド２００内に封入されている。また、半導体スイッチモジュール２０には、入力端子２０１、出力端子２０２、取付け用穴２０３、半導体スイッチ駆動用ゲート端子２０４が樹脂モールド２００外部に露出するように構成されている。半導体スイッチ駆動用ゲート端子２０４は、逆耐圧ＩＧＢＴ５０１〜５０１８のゲート端子にそれぞれ接続されており、この半導体スイッチ駆動用ゲート端子２０４に制御信号を接続することにより逆耐圧ＩＧＢＴ５０１〜５０１８のスイッチング制御が行われる。
【０００６】
スナバ用ダイオードＤ１は、たとえば図５のような形状をしており、アノード端子Ａ１およびカソード端子Ｋ１がネジ形状となっている。このようなディスクリートのスナバ用ダイオードを用いたスナバ回路は、図６のような構成となる。すなわち、図５に示したような構成のスナバ用ダイオードのアノード端子Ａ１とカソード端子Ｋ１をそれぞれ接続して直列ダイオードとし、その直列ダイオードのアノード端子Ａ１とカソード端子Ｋ１の接続部からリード線を出し、半導体スイッチモジュール２０の入出力端子２０１、２０２へ接続する。直列ダイオードの両端のうちカソード端子Ｋ１はＰ側ブスバー１、２に接続され、他方のアノード端子Ａ１はＮ側ブスバー３、４に接続される。また、Ｐ側ブスバー１、２およびＮ側ブスバー３、４は、それぞれ、Ｐ側引出し線１０３とＮ側引出し線１０４によりスナバコンデンサ４０に接続される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１４６６４９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の電力変換装置では、スナバ回路がディスクリート部品で構成されているため小型化が難しく、また配線が長くなってしまうために配線のインダクタンスが大きくなりサージ電圧を抑制するスナバ回路の効果も低くなってしまう。さらに、スナバ用ダイオードがむき出しになっているため絶縁対策も必要となるという問題点があった。
【０００９】
本発明の目的は、スナバ回路の小型化が容易で、配線を短くすることができ、さらに、絶縁対策も容易となるスナバモジュールおよび電力変換装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、サージ電圧を抑制するためのスナバ回路を構成する１２個のスナバ用ダイオードと、スナバコンデンサとが樹脂モールド内に封入され、前記スナバコンデンサの２つの端子にそれぞれ接続された２つのコンデンサ用外部端子と、前記１２個のスナバ用ダイオードのうちの各２つのスナバ用ダイオードの接続部にそれぞれ接続された６つのダイオード用外部端子とが前記樹脂モールドから露出するように構成されている。
【００１１】
本発明によれば、スナバ回路を構成するスナバ用ダイオードおよびスナバコンデンサが樹脂モールド内に封入されているため、スナバ回路をディスクリート部品を配線して構成した場合と比較して、小型のスナバモジュールを実現することができる。また、ディスクリートのスナバ回路を配線により接続する場合と比較して、配線の長さを短縮することができ、配線インダクタンスの低減が可能となる。さらに、スナバモジュールから露出するのは６つのダイオード用外部端子とコンデンサ用外部端子のみであり、他の配線が露出されることがないため、絶縁対策も容易となる。
【００１２】
また、本発明のスナバモジュールは、前記スナバ回路を、
それぞれ２つのスナバ用ダイオードにより構成され、一方のスナバ用ダイオードのアノード端子と他方のスナバ用ダイオードのカソード端子とが接続され、アノード端子とカソード端子との接続部が前記６つのダイオード用外部端子にそれぞれ接続された少なくとも６つの直列ダイオードと、
一方の端子が前記各直列ダイオードのダイオード用外部端子に接続されていない側のアノード端子と共通に接続され、他方の端子が前記各直列ダイオードのダイオード用外部端子に接続されていない側のカソード端子と共通に接続されたスナバ用コンデンサと、から構成するようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明のスナバモジュールは、前記６つのダイオード用外部端子を、３つの端子間で双方向に電力を供給することができる半導体スイッチモジュールの入力端子および出力端子と同一間隔となるように構成するようにしてもよい。
【００１４】
本発明によれば、スナバモジュールの６つのダイオード用外部端子が、半導体スイッチモジュールの入力端子および出力端子と同一間隔となるように構成されているため、接続ねじによりスナバモジュールと半導体スイッチモジュールとを接続することができ、半導体スイッチモジュールとの脱着が容易となる。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、自己消孤能力を備えかつ逆耐圧特性を有する１８個の半導体スイッチ素子により構成され、該１８個の半導体スイッチ素子のうちの２つが互いに逆並列接続されて１つの双方向スイッチを構成することにより９つの双方向スイッチが構成され、それぞれ３つの双方向スイッチにより構成された３つの双方向スイッチ群が、３つの入力端子と１つの出力端子にそれぞれ接続された半導体スイッチモジュールと、
前記６つのダイオード用外部端子がそれぞれ前記半導体スイッチモジュールの各入出力端子に１つずつ接続された請求項１から３のいずれか１項記載のスナバモジュールとから構成されている。
【００１６】
本発明によれば、スナバ回路が樹脂モールド内に封入されたスナバモジュールを用いて電力変換装置を構成するようにしているので、スナバ回路をディスクリート部品により構成した場合と比較して、電力変換装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態のスナバモジュール１０の構造を示す外観図である。図１中において、図３、図４にした従来の電力変換装置の構成と同一名称にはできる限り同一符号を付け重複説明を省略する。
【００１９】
本実施形態のスナバモジュール１０は、図３に示したスナバ用ダイオードＤ１〜Ｄ１２およびスナバコンデンサ４０が樹脂モールド１０１内に封入されて形成されたものである。スナバモジュール１０は、引出し端子１０２、Ｐ側引出し線１０３、Ｎ側引出し線１０４が樹脂モールド１０１外部に露出した構成を取っている。
【００２０】
６つの引き出し端子１０２は、ダイオード用外部端子であり、直列ダイオードのアノード端子とカソード端子が接続された接続部と電気導電性の良好な引き出し導体によって接続されている。Ｐ側引き出し線１０３およびＮ側引き出し線１０４は、コンデンサ用外部端子であり、樹脂モールド１０１に封入されているスナバコンデンサ４０にそれぞれ電気導電性の良好な引き出し導体によって接続されている。本実施形態では、Ｐ側引出し線１０３、Ｎ側引出し線１０４は、配線によって構成されているものとして説明したが、端子形状としても良い。
【００２１】
図２は、本実施形態のスナバモジュール１０を半導体スイッチモジュール２０に取り付けた構造図である。スナバモジュール１０と半導体スイッチモジュール２０の端子間隔は同一とるように構成されているため、接続ねじ３００により取り付け可能となっている。また、入力端子２０１、出力端子２０２が設けられている辺とは別の辺に半導体スイッチ駆動用ゲート端子２０４が設けられているため、半導体スイッチモジュール２０にスナバモジュール１０をねじ締めした状態で半導体スイッチ駆動用ゲート端子２０４へ容易に結線が可能となっている。
【００２２】
以上述べたように本実施形態のスナバモジュール１０によれば、スナバ回路を構成するスナバ用ダイオードＤ１〜Ｄ１２およびスナバコンデンサ４０が樹脂モールド１０１内に封入されているため、スナバ回路をディスクリート部品で配線して構成した場合と比較して、電力変換装置を小型化することができるとともに小型のスナバモジュール１０を実現することができる。また、ディスクリートのスナバ回路を配線により接続する場合と比較して、配線の長さを短縮することができ、配線インダクタンスの低減が可能となる。そのため、スナバ回路によるサージ電圧抑制効果を高めることができる。さらに、スナバモジュール１０から露出するのは引き出し端子１０２、Ｐ側引き出し線１０３およびＮ側引き出し線１０４のみであり、他の配線が露出されることがないため、絶縁対策も容易となる。また、接続ねじ３００により半導体スイッチモジュール２０との接続が行われるため、半導体スイッチモジュール２０との脱着が容易であり、さらに樹脂モールド１０１されていることにより取り扱いも容易となる。
【００２３】
本実施形態では、樹脂モールド１０１に封入されるスナバ用ダイオードは、図５に示したような形状のものである場合を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＴＯ−３Ｐパッケージのような形状のダイオードを封入する場合でも同様に本発明を適用することができるものである。また、ディスクリートタイプのダイオードを樹脂モールド１０１内に封入するだけでなく、ダイオードチップを直接樹脂モールド１０１内に封入するようにしてもよい。このようにダイオードチップを直接樹脂モールド１０１内に封入するようにすれば、ディスクリートタイプのダイオードを封入する場合と比較して、さらに小型化が可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スナバ回路を樹脂モールド内に封入されているため、小型のスナバモジュールを実現することができ電力変換装置の小型化が図れるとともに、配線インダクタンスの低減および絶縁対策の容易化を図ることができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のスナバモジュール１０の構造を示す外観図である。
【図２】本発明の一実施形態のスナバモジュール１０と半導体スイッチモジュール２０とを組み合わせた図である・
【図３】半導体スイッチモジュールとサージ抑制用のスナバ回路の回路図である。
【図４】図３に示した半導体スイッチモジュール２０の構造を示す外観図である。
【図５】ディスクリートのスナバ用ダイオードＤ１の外観図である。
【図６】半導体スイッチモジュール２０にスナバ回路を設けた従来の電力変換装置の構成図である。
【符号の説明】
１、２　　Ｐ側ブスバー
３、４　　Ｎ側ブスバー
１０　　スナバモジュール
２０　　半導体スイッチモジュール
３０　　スナバ放電回路
４０　　スナバコンデンサ
５０１〜５０１８　　逆耐圧付ＩＧＢＴ
１０１　　樹脂モールド
１０２　　引出し端子
１０３　　Ｐ側引出し線
１０４　　Ｎ側引出し線
２００　　樹脂モールド
２０１　　入力端子
２０２　　出力端子
２０３　　取付け用穴
２０４　　半導体スイッチ駆動用ゲート端子
３００　　接続ねじ
Ｄ１〜Ｄ１２　　スナバ用ダイオード
Ａ１　　アノード端子
Ｋ１　　カソード端子
【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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