(57)【要約】【課題】高速スイッチング速度を有する電子コンポーネントを備えたデバイスを提供すること。【解決手段】本発明は、  -少なくとも1つの電子コンポーネント(12)と、  -1つまたは個々のコンポーネント(12)を制御するように設計された制御回路(14)であって、個々のコンポーネント(12)が、対応する個々の接続(18)によって制御回路(14)に接続されている制御回路(14)と  を備え、コンポーネント(12)が10kA/μsより速く、あるいは20kV/μsより速いスイッチング速度を有すること、また、1つまたは個々の接続(18)が10nHより小さいインダクタンスを有することを特徴とする電気スイッチングデバイス(10)に関している。【選択図】図1
2013236078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも2つの電子コンポーネント(12)と、
前記1つまたは個々のコンポーネント(12)を制御するように設計された制御回路(14)と
を備えた電気スイッチングデバイス(10)であって、
個々のコンポーネント(12)が、対応する個々の接続(18)によって前記制御回路(14)に接続されることを特徴とし、また、
個々のコンポーネント(12)が、10kA/μsより速いか、あるいは20kV/μsより速いスイッチング速度を有すること、および前記1つまたは個々の接続(18)が10nHより小さいインダクタンスを有することを特徴とする
電気スイッチングデバイス(10)。
【請求項２】
前記コンポーネント(12)が、ダイヤモンド、炭化ケイ素および窒化ガリウムからなるグループの中から選択される材料から製造される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項３】
前記制御回路(14)が信号増幅器を含み、前記接続(18)が前記増幅器を前記コンポーネント(12)に接続する、請求項1または2に記載のデバイス。
【請求項４】
前記コンポーネント(12)が、1kHzと500kHzの間のスイッチング周波数で動作する、請求項1から3のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記コンポーネント(12)が、10kHzと40kHzの間のスイッチング周波数で動作する、請求項4に記載のデバイス。
【請求項６】
前記デバイス(10)が、Nが1より断然大きい整数であるN個のコンポーネント(12)を備え、前記回路(14)が、[ ]が整数部分である[(N+1)/2]個の制御ユニット(16)を含み、前記複数の制御ユニット(16)の各々が1つまたは2つの電子コンポーネント(12)に接続される、請求項1から5のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記デバイス(10)が、Nが1より断然大きい整数であるN個のコンポーネント(12)からなり、前記回路(14)がN個の制御ユニット(16)を含み、個々のコンポーネント(12)が異なるユニット(16)に接続される、請求項1から5のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記デバイス(10)が複数の接続(18)を備え、個々の接続(18)が±3%内で同じインダクタンスを有する、請求項1から7のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記接続(18)が5nHより小さいインダクタンスを有する、請求項1から8のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
個々のコンポーネント(12)が15kA/μsまたは30kV/μsより速いスイッチング速度を有する、請求項1から9のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記1つまたは個々の回路(14)が互いに同期化されたいくつかの制御ユニット(16)からなる、請求項1から10のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
個々のユニット(16)が出力を有し、前記ユニット(16)が、前記ユニット(16)の前記出力の各々を同じ電位に接続することによって同期化される、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１３】
請求項1から12のいずれか一項に記載のデバイス(10)を備える電力変換器。
【請求項１４】
請求項13に記載の電力変換器を含む鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速スイッチング速度を有する電子コンポーネントのための電気スイッチングデバイスに関する。本発明は、とりわけ鉄道セクタに適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
現在、広いバンドギャップを有する半導体材料でできた電子コンポーネントが市場に出回っている。例えば、現在、炭化ケイ素または窒化ガリウムでできたコンポーネントが市場に出回っている。これらのコンポーネントは、より小さい損失、および通常の材料を使用して製造されたコンポーネントより速いスイッチング速度での動作をもたらしている。さらに、これらのコンポーネントは、通常、その接合温度がより高い。
【０００３】
これらのコンポーネントは、質量および体積の点で利益を提供し、また、電気的損失を著しく小さくするため、電力変換器にはこのようなコンポーネントが使用されることが望ましい。
【０００４】
炭化ケイ素でできたコンポーネントは、ダイオード、MOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、またはフランス語のTransistor  a  effet  de  champ  a  structure  metal-oxyde-semiconducteurの頭辞語)として知られているトランジスタ、またはJFET(「接合電界効果トランジスタ」の頭辞語)タイプのトランジスタのようないくつかのタイプのコンポーネントを入手することができる。
【０００５】
これらのコンポーネントは、小さいパック(「パッケージング」としても知られている)の中であれ、あるいはパワーモジュールの形態であれ、様々な形式で存在している。自ら知られている方法で、パワーモジュールは、通常、例えば並列のいくつかのコンポーネントからなっている。
【０００６】
コンポーネントが販売される形態がどのようなものであれ、これらの新しいコンポーネントを使用することによって得られる利点から利益を得ることができるためには、いくつかの重要課題を考慮しなければならない。詳細には、受動コンポーネントのサイズを最小化するためには、使用されるスイッチング周波数は数十kHz(キロヘルツ)程度でなければならない。また、スイッチング損失を最小化するためには、同じくスイッチング速度を速くしなければならない。本発明の文脈においては、高速スイッチング速度とは、少なくともミリ秒当たり10キロアンペア(kA/μs)またはミリ秒当たり20キロボルト(kV/μs)のスイッチング速度である。
【０００７】
IPM(インテリジェントパワーモジュールの頭辞語)と呼ばれているコンポーネントを使用することは知られている実践である。この場合、すべてのコンポーネントがパワーモジュールの中に存在し、このパワーモジュールの上に部品がモールドされる。この部品は制御回路を含んでおり、したがって1個の単一片である。
【０００８】
しかしながら、現在の設計によるIPMコンポーネントの場合、スイッチング速度が速くなる(10kA/μsより速くなる)と制御と電力半導体の間で生じる発振の問題のため、炭化ケイ素のすべての利点を引き出すことは不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、高速スイッチング電子コンポーネントの高速スイッチング速度を利用することができるデバイスが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのために、本発明によれば、少なくとも1つの電子コンポーネント、および1つまたは個々のコンポーネントを制御するように設計された制御回路を備えた電気スイッチングデバイスが提供される。個々のコンポーネントは、対応する個々の接続によって制御回路に接続されている。コンポーネントは、10kA/μsより速いか、あるいは20kV/μsより速いスイッチング速度を有しており、また、1つまたは個々の接続は、10nHより小さいインダクタンスを有している。
【００１１】
また、本発明は、少なくとも2つの電子コンポーネント、および1つまたは個々のコンポーネントを制御するように設計された制御回路を備えた電気スイッチングデバイスに関している。個々のコンポーネントは、対応する個々の接続によって制御回路に接続されている。個々のコンポーネントは、10kA/μsより速いか、あるいは20kV/μsより速いスイッチング速度を有しており、また、1つまたは個々の接続は、10nHより小さいインダクタンスを有している。
【００１２】
特定の実施形態によれば、デバイスは、単独で、あるいはすべての技術的に可能な組合せに従って考察される、以下の特徴のうちの1つまたは複数を備えている。
-コンポーネントは、ダイヤモンド、炭化ケイ素および窒化ガリウムからなるグループの中から選択される材料から製造される。
-制御回路は信号増幅器を含み、上記接続が増幅器をコンポーネントに接続する。
-コンポーネントは、1kHzと500kHzの間のスイッチング周波数で動作する。
-コンポーネントは、10kHzと40kHzの間のスイッチング周波数で動作する。
-デバイスは、Nが1より断然大きい整数であるN個のコンポーネントを備え、また、回路は、[  ]が整数部分である[(N+1)/2]個の制御ユニットを含み、複数の制御ユニットの各々は、1つまたは2つの電子コンポーネントに接続されている。
-デバイスは、Nが1より断然大きい整数であるN個のコンポーネントを備え、回路はN個の制御ユニットを含み、個々のコンポーネントは異なるユニットに接続されている。
-デバイスは複数の接続を備えており、個々の接続は、±3%内で同じインダクタンスを有している。
-接続は、5nHより小さいインダクタンスを有している。
-コンポーネントは、15kA/μsまたは30kV/μsより速いスイッチング速度を有している。
-回路は、互いに同期化されたいくつかの制御ユニットからなっている。
-これらのユニットは、これらのユニットの出力の各々を同じ電位に接続することによって同期化される。
【００１３】
また、本発明は、本明細書内の上記に既に説明したデバイスを備えた電力変換器に関している。
【００１４】
また、本発明の目的は、本明細書内の上記に既に説明した電力変換器を有する鉄道車両である。
【００１５】
本発明の他の特徴および利点は、以下に示されている、単なる一例として与えられている本発明の一実施形態についての詳細な説明を、以下の図面を参照しながら読むことによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による電気スイッチングデバイスの一例の略図である。
【図２】デバイスの他の例の略図である。
【図３】最新技術によるデバイスに対するディジタルシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図４】最新技術によるデバイスに基づく他のディジタルシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図５】本発明によるデバイスを使用して得られた結果を示すグラフである。
【図６】最新技術によるデバイスに対するスイッチングシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図７】最新技術によるデバイスに対するスイッチングシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図８】本発明によるデバイスに対するスイッチングシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図９】本発明によるデバイスに対するスイッチングシミュレーションの結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図1に示されている電気スイッチングデバイス10は、6個の電子コンポーネント12を備えている。これらのコンポーネント12は、高速スイッチング速度を有している。高速スイッチング速度という用語は、10kA/μsまたは20kV/μsより速いスイッチング速度を意味していることを理解されたい。
【００１８】
好ましい実施形態によれば、これらのコンポーネント12のスイッチング速度は、15kA/μs(それぞれ30kV/μs)より速い。
【００１９】
例えば、これらのコンポーネント12は、高速スイッチング速度を有するダイヤモンド、炭化ケイ素または窒化ガリウムでできている。
【００２０】
これらのコンポーネント12は、実例として、MOSFETトランジスタ、JFETトランジスタまたは上で言及したスイッチング速度を有する任意の他の電子コンポーネントである。
【００２１】
また、デバイス10は、制御回路14つまり点火器を備えている。制御回路14は、コンポーネント12を制御するために使用される。
【００２２】
例えば、制御回路14は、トランジスタの入力「ゲート」に課せられる命令を送信することができる。
【００２３】
図1の例によれば、制御回路14は複数の制御ユニット16を備えている。図に示されている事例では、回路14は2つのユニット16を含む。
【００２４】
図1によれば、さらに、ユニット16の個々の出力はまとめて接続されている。これは、すべてのユニット16の出力がすべて同じ電位にあることを意味している。言い換えると、これらの出力は同じ信号を引き渡している。したがってこれらのユニット16の最適同期化が保証される。
【００２５】
このような同期化により、制御信号がすべてのコンポーネント12に同時に到達することが保証される。したがってすべてのコンポーネント12の間に電力電流が一様に分配される。
【００２６】
変形態様として、これらの出力はまとめて接続されない。この場合、個々のユニット16の点火(すなわちブロッキング)のシーケンスは、コンポーネント12間の平衡が改善され、かつ、デバイス10の製造が容易になるように制御される。
【００２７】
この変形態様では、この場合も、点火のシーケンスを介して制御ユニット16が互いに同期化される。
【００２８】
個々のコンポーネント12は、接続18を介してユニット16に結合されている。
【００２９】
図1に示されているように、接続18は配線タイプの接続であり、コンポーネント12と関連するユニット16との間に導電率を提供するための任意のタイプの接続を考慮することができることは理解されよう。実例として、これらの接続は、アルミニウムワイヤ(総称英語用語「ワイヤボンディング」で参照されている)から構築され、あるいは印刷回路基板(例えば「直接接合銅」の頭辞語であるDBCタイプの印刷回路基板)上に構築される。制御システムを発振させることなくスイッチング速度を加速することができるようにするためには、これらのワイヤの長さを制限しなければならない。1cmの距離は、10nH程度の配線インダクタンスを与える。この1cmの距離は、高速スイッチング速度と、合理的な製造コストで製造することができるデバイス10との間の良好な妥協のようである。
【００３０】
接続18の各々は、10nH(ナノヘンリー)より小さいインダクタンスを有している。回路14は、制御されるコンポーネント12の近傍に置かれるため、このようなインダクタンス値により、コンポーネント12の高速スイッチングが保証される。
【００３１】
好ましいことには、すべての接続18は、すべてのコンポーネント12に対して高速スイッチング速度を保証するために、±3%内で同じインダクタンスを有している。
【００３２】
コンポーネントのスイッチングの品質をさらに改善するためには、接続18のインダクタンスを5nHより小さくすることが好ましい。
【００３３】
接続18のこのような小さいインダクタンスを容易に得るために、図1によれば、制御回路14をコンポーネント12の比較的近くに配置することが提案されている。近くに配置するということは、回路14を個々のコンポーネント12からせいぜい約10mm以内に配置することを意味している。
【００３４】
したがってデバイス10は、コンポーネント12および制御回路14を組み込んだパワーモジュール20の形態で提供されている。パワーモジュール20は、実際、制限された寸法を有している。図1の例によれば、辺の寸法がいずれも12cm以内である直方体の形を有するハウジングが存在している。この統合により、デバイスをコンパクトにする利点が提供される。
【００３５】
1つのユニット16毎に、最大でも3つのコンポーネント12しか結合されていない。そうすることにより、これらのコンポーネント12をユニット16の比較的近くに置くことができる。
【００３６】
変形態様として、N個の電子コンポーネント12を備えたデバイス10の場合、
[-]が整数部分を表す[(N+1)/2]個のユニット16
を有する制御回路14を提供することが有利である。
【００３７】
実際には、個々のユニット16は最大2個のコンポーネント12に接続される。したがってユニット16と、そのユニット16が接続されるコンポーネント12との間の距離が著しく短縮される。
【００３８】
数Nが奇数の整数である特殊な場合、モジュール20は、
(N-1)/2+1個のユニット16
を含む。
【００３９】
(N-1)/2個のユニット16がそれぞれ2個のコンポーネント12に接続され、また、1個の単一ユニット16が単一のコンポーネント12に接続される。単一のユニットに関連付けられるこのコンポーネント12は、他のコンポーネント12の中間に置かれる。
【００４０】
図2は、コンポーネント12とユニット16の間の接続18毎に、関連する小さい値のインダクタンスを得ることができる他の変形態様を示したものである。
【００４１】
この変形態様によれば、個々のコンポーネント12が1つの制御ユニット16に結合される。この図によれば、デバイス10は4個のコンポーネント12のみを備えており、したがって制御回路14は4個のユニット16を備えている。コンポーネント12毎に単一の制御ユニット16を有することにより、より良好なコンポーネント12の制御を保証することができる。
【００４２】
さらに、図2の例によれば、ユニット16は、第1のサブユニット22および第2のサブユニット24を備えている。第1のサブユニット22は、高速スイッチング速度のためのコンポーネント12の適切な機能に影響を及ぼすユニット16のエレメントを含む。したがってこのサブユニット22は、ユニット16の能動部品と見なすことができる。一例として、サブユニット22は信号増幅器を有している。この第1のサブユニット22は、コンポーネント12の近傍に存在するよう、モジュール20の中に置かれている。
【００４３】
第2のサブユニット24はモジュール20の中に統合されていない。したがってサブユニット24は、サブユニット22よりもコンポーネント12からさらに離れている。サブユニット24は、例えばDC-DC変換器、ガルバニック隔離を提供するための手段、欠陥管理コントローラ、および考察されている様々な実施形態による他の機能を保証するための手段を備えている。図1に示されている実施形態では、サブユニット24のエレメントの機能は、それらが高速スイッチング速度のためのコンポーネント12の適切な機能に影響を及ぼすことはないため、遠くに離れている。詳細には、サブユニット24は、モジュール20から10cmを超えて離れている。
【００４４】
そのため、モジュール20の中にはサブユニット22しか存在していない。
【００４５】
動作中、電気スイッチングデバイス10は、コンポーネント12の高速スイッチング特性の恩恵を受けている。高速スイッチング特性を達成することができるのは、本発明における接続18のインダクタンスの値が小さいことによるものである。これを立証するために、様々な試験およびシミュレーションが実施された。
【００４６】
以下のTable  1(表1)は、いくつかの構成に対して実施された試験の結果を示したものである。構成1および2は最新技術に基づく構成であり、一方、構成3は本発明による構成である。Table  1(表1)は、スイッチングのための関連する性能レベルを示している。より詳細には、kA/μsで表された、試験のために使用されたコンポーネント12のスイッチング速度が示されている。同じくスイッチング時間が示されている。このスイッチング時間は、ns(ナノ秒)で表されている。さらに、スイッチング損失に対応するスイッチングパワーが同じく示されている。このスイッチングパワーは、mJ(ミリジュール)で表されており、コンポーネントが750V(ボルト)、500A(アンペア)で動作する構成で測定されている。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
構成1は、制御回路がモジュール20の外部に置かれた場合に対応している。この構成は、半導体デバイスが比較的遅いスイッチング速度を有している従来の構成に対応している。この場合、制御回路とコンポーネントの間の接続は、通常、1000nH程度である。
【００４９】
構成1の場合、約3.0kA/μsのスイッチング速度の場合には、60mJ程度の損失および160ns程度のスイッチング時間を有していることが分かる。したがってスイッチング速度が比較的遅く、スイッチング時間も遅く、また、スイッチングパワーは著しいレベルにある。したがってこの構成は、スイッチング周波数の制限および著しい損失を伴う。したがって、構成1で試験されたコンポーネントを使用することを伴う電力変換器に使用される受動コンポーネントのサイズを著しく小さくすることは不可能である。そのため、構成1によれば、コンポーネント12からなる変換器は、比較的重く、かつ、高価になる。
【００５０】
最新技術による構成2は、上で既に説明したIPMコンポーネントの場合に対応している。この場合、接続のインダクタンスは約100nHに小さくなっている。コンポーネントのスイッチング速度は構成1の場合より速い。さらに、構成1と比較すると、スイッチング速度はより速い(7.0kA/μs)が、スイッチングパワー(26.6mJ)およびスイッチング時間(71ns)は、構成1の場合の約50%にすぎない。
【００５１】
最後の事例は本発明の事例に対応している。この場合、接続のインダクタンスは10nHである。コンポーネント12のスイッチング速度が11.1kA/μsの場合、スイッチングパワーは17mJであり、また、スイッチング時間は45nsにすぎないことが分かる。これは、10nHまで小さくなったインダクタンスを使用することにより、良好なスイッチングを得ることができることを示している。
【００５２】
図3、4および5は、コンポーネント12を制御している制御回路の他の試験の結果を示したものである。この場合、コンポーネント12はトランジスタであり、自ら知られている方法でドレイン、ソースおよびゲートを備えたパワーMOSFETである。使用されたMOSFETトランジスタは、CRIブランド(基準DMF  20  120  D)の炭化ケイ素でできたMOSFETトランジスタである。図3、4および5の各グラフは、いくつかの構成に基づく試験の結果を示している。変数パラメータは、制御回路14とコンポーネント12の間の接続18の制御されるべきインダクタンス、およびコンポーネント12のスイッチング速度である。
【００５３】
図3の例によれば、配線インダクタンスは、制御回路とMOSFETトランジスタの間で100nHである。これは、詳細には、最新技術による構成2に対応している。図3の場合、MOSFETトランジスタは、1.5kV/μs程度の遅いスイッチング速度で制御されている。図3では、2つの曲線26および28の時間に対する展開傾向は、オシログラム(波形線図)の形で表されており、時間の単位は100ns/升である。
【００５４】
第1の曲線26は、トランジスタのドレインとソースの間の電圧の時間に対する展開の変化を示す曲線である。1つの升は100ボルトVを表している。第2の曲線28は、トランジスタのゲートとソースの間の電圧の変化を示す曲線である。この曲線28は、5V/升に対応する縦座標(y座標)を使用して表されている。
【００５５】
図3の事例では、曲線28によって示されているコマンドとトランジスタの出力信号の間には、信号の大きなひずみは全く出現していない。これは、この遅いスイッチング速度でデバイスを機能させることができることに対応している。
【００５６】
図4は、同じ構成に対して得られたものであるが、もっと速いスイッチング速度、つまり6kV/μsのスイッチング速度で得られた時間に対する変化を示したものである。
【００５７】
図4も同じくオシログラム(波形)の形をしており、その時間の単位は50ns/升である。
【００５８】
ドレインとソースの間の電圧の時間に対する変化は曲線30で表されており、一方、曲線32は、ゲートとソースの間の電圧の時間に対する変化を示している。
【００５９】
変化の単位は、曲線30と32の間で同じではない。曲線32の場合、1つの升は10Vを表しており、一方、曲線30の場合、1つの升は100Vを表している。
【００６０】
この図4の最も顕著な要素は、円で囲まれた部分34で観察される再ブロッキングの現象である。再ブロッキングつまり再点火の現象は、制御回路14とトランジスタ12の間の共振に関連している。これらの発振の原因は、これらの2つのエレメントの間の接続の比較的大きいインダクタンスである。
【００６１】
これは、実際、最新技術による構成2の場合、10kA/μsまたは20kV/μsを超える速度までスイッチング速度を速くすることは不可能であることを示している。このようなスイッチング速度は、本発明によるデバイス10の場合に可能である。図5は、得られた実験結果を示したものである。この場合も図5はオシログラムの形で示されている。時間に対する変化は、ドレインとソースの間の電圧、およびゲートとソースの間の電圧に対して表されている。
【００６２】
ドレインとソースの間の電圧に対応する曲線36は、横座標(X軸)の単位が5V/升および100ns/升で表されている。曲線38は、縦座標(Y軸)のスケールが100V/升、横座標のスケールが100ns/升で表されている。
【００６３】
この場合、再ブロッキングに対応する発振は観察されない。これは、10nH未満の比較的小さいインダクタンスの場合、トランジスタ12のスイッチングが安定で、かつ、高速であることを示している。
【００６４】
図3、4および5の結果は、制御回路14が1つの単一コンポーネント12を制御する場合を示している。
【００６５】
パワーモジュールの場合、断然大きい電流に耐えることができるスイッチを形成するために、いくつかのコンポーネント(半導体チップ)が並列に配置される。
【００６６】
最新技術によれば、単一の制御回路14を使用して並列に配置されたすべてのコンポーネント12が制御され、関連する接続18は、変化するインダクタンス(3%を超える変化)を有しており、また、そのインダクタンスの値は比較的大きい(10nHより大きい)。
【００６７】
図6および7は、炭化ケイ素でできた、並列に配置された2つのMOSFETタイプのトランジスタ12に対する、単一の制御回路14によって制御された場合のスイッチングのシミュレーション結果を示したものである。
【００６８】
これらの2つの図6および7には、コンポーネント12のドレインとソースの間の電流の時間に対する変化、ならびに2つのトランジスタ12のゲートとソースの間の電圧の時間に対する変化が示されている。電流および電圧の曲線上で発振が観察される。
【００６９】
これらの発振は、制御回路14とコンポーネント12を接続している異なる接続18間のインダクタンスの差が大きすぎることによるものである。
【００７０】
図8および9は、本発明による構成が使用されている点を除き、図6および7の事例と同じ事例を示したものである。この場合、高速スイッチングモジュールの挙動が安定しているため、コンポーネント12のスイッチング速度を著しく速くすることができる。
【００７１】
しかしながら、これらの2つの図8および9では、電流および電圧の曲線上で依然として発振が生じていることが分かる。これらの発振は、コンポーネント12と回路14の間に依然として残留インダクタンスが存在していることに対応している。これらの発振は、インダクタンスが極めて小さい場合であっても、スイッチング速度が12kA/μsより速くなると出現し始める。
【００７２】
これは、制御ユニット16を同期させることが好ましいことに対応している。このような同期化により、制御信号がすべてのコンポーネント12に同時に到達することが保証される。したがってすべてのコンポーネント12の間に電力電流が一様に分配される。
【００７３】
提案されている本発明の利点は、極めて高速の電力半導体12を使用することにより、パワーモジュール20のスイッチングが最適化されることである。さらに、スイッチングを安定させることも可能である。
【００７４】
この最適化により、スイッチングの周波数を高くすることができ、したがって高周波スイッチングに適した他のタイプの磁気材料を使用することができる。このような材料を使用することにより、電力変換器全体の質量をより小さくすることができ、また、体積を小さくすることができる。一例として、50kW(キロワット)のケイ素変換器の重量は90kg程度であり、一方、炭化ケイ素でできた同じ50kWの変換器の重量は、90kgのわずかに33%である。
【００７５】
また、炭化ケイ素を適切に使用することにより、電力変換器の損失の低減が促進される。したがってジュール効果によって生成される熱が減少する。したがって冷却システムの必要性を小さくすることができる。そのため、コストを節約することができる。
【符号の説明】
【００７６】
10  電気スイッチングデバイス
12  電子コンポーネント
14  制御回路
16  制御ユニット
18  接続
20  パワーモジュール
22  第1のサブユニット
24  第2のサブユニット
26  トランジスタのドレインとソースの間の電圧の時間に対する展開の変化を示す曲線
28  トランジスタのゲートとソースの間の電圧の変化を示す曲線
30  ドレインとソースの間の電圧の時間に対する変化を表す曲線
32  ゲートとソースの間の電圧の時間に対する変化を示す曲線
34  再ブロッキングの現象を示す部分
36  ドレインとソースの間の電圧に対応する曲線
38  縦座標(Y軸)のスケールが100V/升、横座標のスケールが100ns/升で表される曲線
【図１】
2013236078.tif 000004
【図２】
2013236078.tif 000005
【図３】
2013236078.tif 000006
【図４】
2013236078.tif 000007
【図５】
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【図６】
2013236078.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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