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CN112470390B - 电源模块及电力转换装置 - Google Patents

电源模块及电力转换装置 Download PDF

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CN112470390B
CN112470390B CN201980048860.3A CN201980048860A CN112470390B CN 112470390 B CN112470390 B CN 112470390B CN 201980048860 A CN201980048860 A CN 201980048860A CN 112470390 B CN112470390 B CN 112470390B
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Abstract

电源模块应用于将多个上下臂电路(10)并联并与电力线(12、13)连接而成的电力转换装置(5)。电源模块包括:上下臂电路;电容器(C1),该电容器与上下臂电路并联连接;上配线(11Pa),该上配线将构成上下臂电路的上臂(10U)和电容器的正极端子连接;下配线(11Na),该下配线将构成上下臂电路的下臂(10L)和所述电容器的负极端子连接;以及上电力配线(11P)和下电力配线(11N),该上电力配线(11P)和下电力配线(11N)是与电力线连接的电力配线,上述上电力配线将电力线中的高电位侧的线和上配线连接,上述下电力配线将电力线中的低电位侧的线和下配线连接。

Description

电源模块及电力转换装置
相关申请的援引
本申请以2018年7月25日申请的日本专利申请2018-139476号、2019年1月24日申请的日本专利申请2019-10387号、2019年3月14日申请的日本专利申请2019-47418号、2019年2月14日申请的日本专利申请2019-24703号为基础,在此援引其记载内容作为参照。
技术领域
本公开涉及电源模块及电力转换装置。
背景技术
专利文献1提出了一种将直流电压转换成交流电压的逆变器(电力转换装置)。该电力转换装置包括:与直流的电力线并联连接的各相的上下臂电路和使电力线的电压平滑化的平滑电容器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利JP2013-169075A
发明内容
伴随上下臂电路的切换而产生的电涌电压随着每单位时间的电流变化量(电流变化率)变大、或者配线电感变大而变大。此外,在电力转换装置的情况下,从平滑电容器供给切换上下臂电路时所需的电荷。因此,若使连接上下臂电路和平滑电容器的配线的长度缩短,则能减小电涌电压的配线电感,从而减小电涌电压。
为了减小电力转换装置中的电力损耗,上下臂电路的切换高速化的需求变高,并且减小电涌电压的需求变高。然而,在以往的电力转换装置的结构中,如上所述地缩短配线长度来减小配线电感存在极限,并且可能难以进一步减小电涌电压。
本公开的目的在于提供一种与以往相比能减小电涌电压的、应用于电力转换装置的电源模块和电力转换装置。
根据本发明的一方式,电源模块应用于将多个上下臂电路并联并与电力线连接而成的电力转换装置。电源模块包括:上下臂电路,该上下臂电路具有上臂和下臂;电容器,该电容器与上下臂电路并联连接;上配线,该上配线将构成上下臂电路的上臂和电容器的正极端子连接;下配线,该下配线将构成上下臂电路的下臂和电容器的负极端子电连接;电力配线,该电力配线与电力线连接,并包括上电力配线和下电力配线,上述上电力配线将电力线中的高电位侧的线和上配线连接,上述下电力配线将电力线中的低电位侧的线和下配线连接;以及输出配线,该输出配线将上臂具有的主端子和下臂具有的主端子连接,输出配线具有与上配线和下配线的至少一方相对的相对部。
电源模块形成不包括电力线的以下闭环电路。即,闭环电路依次串联连接有电容器的正极端子、上配线、上下臂电路、下配线以及电容器的负极端子且不包括电力线。因此,当从电容器供给切换上下臂电路时所需的电荷时,由于该电荷供给路径上不包括电力线,因此能缩短该路径的配线。另一方面,在现有技术文献中,在由平滑电容器供给电荷的现有结构的情况下,由于从平滑电容器向上下臂电路的电荷供给路径上包括电力线,因此可能无法充分缩短该路径的配线。
根据本公开,与现有结构相比,电源模块能容易实现缩短作为产生电涌电压的主要原因之一的配线长度。因此,能减小与电涌电压相关的配线电感,并减小在上下臂电路中产生的电涌电压。
并且,由于闭环电路不包括电力线,因此使电涌电压难以与电力线叠加。因此,能够抑制电涌电压通过电力线与其他上下臂电路发生干涉的情况。
根据本公开的另一方式,电力转换装置包括:电力线,该电力线与多个上下臂电路并联连接;以及电源模块,该电源模块分别设于各相,将设于各相中的第一相的电源模块设为第一电源模块,将设于各相中的第二相的电源模块设为第二电源模块,将第一电源模块中的从正极端子到上臂的电气路径的阻抗设为相内上阻抗,将从第一电源模块的正极端子到第二电源模块的上臂的电气路径的阻抗设为相间上阻抗,相间上阻抗比相内上阻抗大。
电力转换装置中,电源模块分别设于各相。因此,针对各相的电源模块发挥由闭环电路产生的减小电涌电压的效果。此外,针对各相的电源模块还发挥了抑制电涌电压通过电力线与其他上下臂电路发生干涉的效果。
附图说明
可以通过参照了附图的下述详细说明来更明确本公开的上述以及其他目的、特征以及优点。附图如下所述。
图1是示出了应用第一实施方式的电力转换装置的驱动系统的等效电路图。
图2是表示半导体装置的立体图。
图3是图2的沿III-III线的剖视图。
图4是从主端子一侧观察半导体装置的俯视图。
图5是相对于图2省略了密封树脂件的图。
图6是去掉引线框不需要的部分之前的立体图。
图7是表示IGBT和主端子的位置关系的俯视图。
图8是表示半导体装置的另一例的立体图。
图9是表示半导体装置的另一例的立体图。
图10是表示半导体装置的另一例的立体图。
图11是表示主端子的总电感的磁场解析结果的图。
图12是表示半导体装置的另一例的立体图。
图13是表示半导体装置的另一例的俯视图,是与图7对应的图。
图14是表示半导体装置的另一例的俯视图,是与图7对应的图。
图15是表示半导体装置的另一例的俯视图,是与图7对应的图。
图16是表示半导体装置的另一例的俯视图,是与图7对应的图。
图17是表示半导体装置的另一例的剖视图,是与图3对应的图。
图18是图17的沿XVIII-XVIII线的剖视图。
图19是表示半导体装置的另一例的半导体装置的剖视图。
图20是表示IGBT和主端子的位置关系的俯视图,是与图7对应的图。
图21是表示电源模块的俯视图。
图22是图21的沿XXII-XXII线的剖视图。
图23是从背面侧观察图21的俯视图。
图24是从A方向观察图21的俯视图。
图25是从B方向观察图21的俯视图。
图26是从C方向观察图21的俯视图。
图27是用于说明半导体装置、平滑电容器、各母线的连接的图。
图28是包括了配线的寄生电感的等效电路图。
图29是表示图27的另一例的示意图。
图30是表示第二实施方式的电源模块的分解立体图。
图31是图30的沿XXXI-XXXI线的剖视图。
图32是图30的沿XXXII-XXXII线的剖视图。
图33是表示电源模块的另一例的剖视图,是与图32对应的图。
图34是表示壳体的另一例的立体图。
图35是与图34对应的电源模块的俯视图。
图36是与图34对应的电源模块的俯视图。
图37是第三实施方式的电源模块的等效电路图。
图38是表示电源模块的示意图。
图39是表示电源模块的具体例的立体图。
图40是从D方向观察图39的俯视图。
图41是表示电源模块的另一例的立体图。
图42是表示电源模块的另一例的立体图。
图43是表示电源模块的另一例的立体图。
图44是表示电源模块的另一例的立体图。
图45是表示电源模块的其他变形例的立体图。
图46是表示第四实施方式的电源模块中的电流传感器和输出母线的周围的剖视图。
图47是表示应用了电源模块的电力转换装置的示意结构的局部剖视图。
图48是表示电源模块的参考例的剖视图。
图49是用于说明图46所示的结构的效果的剖视图。
图50是表示电源模块的另一例的剖视图。
图51是表示应用了电源模块的装置的另一例的图。
具体实施方式
参照附图对多个实施方式进行说明。在多个实施方式中,对功能上和/或结构上对应的部分标注相同的参照符号。
(第一实施方式)
本实施方式的电力转换装置可以应用于例如电动汽车(EV)、混合动力汽车(HV)等车辆。以下,对应用于混合动力汽车的例子进行说明。
(驱动系统)
基于图1,对应用了电力转换装置的驱动系统的示意结构进行说明。
如图1所示,车辆的驱动系统1包括:直流电源2、电动发电机3、4以及在直流电源2与电动发电机3、4之间进行电力转换的电力转换装置5。
直流电源2是锂离子电池、镍氢电池等能充电放电的二次电池。电动发电机3、4是三相交流方式的旋转电机。电动发电机3作为由未图示的发动机驱动而发电的发电机(交流发电机)以及使发动机起动的电动机(起动器)发挥作用。电动发电机4作为车辆的行驶驱动源、即电动机发挥作用。此外,在再生期间作为发电机发挥作用。车辆包括发动机和电动发电机4作为行驶驱动源。
电力转换装置5包括:转换器6、逆变器7、8、控制电路部9、平滑电容器C2以及滤波电容器C3等。转换器6以及逆变器7、8是电力转换部。转换器6是将直流电压转换为数值不同的直流电压的DC-DC转换部,逆变器7、8是DC-AC转换部。这些电力转换部均包括具有上下臂电路10和电容器C1的并联电路11。
上下臂电路10具有开关元件Q1、Q2以及二极管D1、D2。在本实施方式中,将n通道型的IGBT用作开关元件Q1、Q2。上臂10U将用于回流的二极管D1反向并联连接到开关元件Q1。下臂10L将用于回流的二极管D2反向并联连接到开关元件Q2。另外,开关元件Q1、Q2不限于IGBT。例如,也可以采用MOSFET。也可以使用寄生二极管作为二极管D1、D2。
将上臂10U设为VH线12H侧,上臂10U和下臂10L在VH线与N线13之间串联连接。作为高电位侧的电力线的P线12除了VH线12H之外还具有VL线12L。VL线12L连接到直流电源2的正极端子。在VL线12L与VH线12H之间设有转换器6,VH线12H的电位在VL线12L的电位以上。N线13连接到直流电源2的负极,也被称为接地线。这样,上臂10U和下臂10L在电力线之间串联连接,以构成上下臂电路10。后述的半导体装置20构成一个臂。
另外,开关元件Q1的集电极与VH线12H连接,开关元件Q2的发射极与N线13连接。使开关元件Q1的发射极和开关元件Q2的集电极连接。
电容器C1的正极端子与构成上臂10U的开关元件Q1的集电极连接。电容器C1的负极端子与构成下臂10L的开关元件Q2的发射极连接。即,电容器C1与对应的上下臂电路10并联连接。并联电路11中,上下臂电路10与电容器C1并联连接。并联电路11具有共用配线11P、11N。上臂10U和电容器C1的正极端子的连接点经由共用配线11P连接到VH线12H。下臂10L和电容器C1的负极端子的连接点经由共用配线11N连接到N线13。
在本实施方式中,除了平滑电容器C2、滤波电容器C3以外,还设置有电容器C1。电容器C1只要具有供给在切换构成并联连接的上下臂电路10的开关元件Q1、Q2时所需的电荷的作用即可。由于切换会产生能量损耗(损失),使上下臂的两端之间的电压下降,因此,从并联连接的电容器C1供给不足的电荷。因此,电容器C1的电容被设为充分小于平滑电容器C2、滤波电容器C3的电容的值。例如,平滑电容器C2的电容为1000μF,电容器C1的电容为10μF~20μF。后述的电源模块110构成一个并联电路11。
滤波电容器C3连接到VL线12L与N线13之间。滤波电容器C3与直流电源2并联连接。滤波电容器C3去除例如来自直流电源2的电源噪声。由于滤波电容器C3配置于比平滑电容器C2更靠低电压侧的位置,因此也被称为低压侧电容器。另外,在N线13和VL线12L的至少一方,在直流电源2与滤波电容器C3之间设有未图示的系统主继电器(SMR)。
转换器6具有并联电路11和电抗器。本实施方式的转换器6构成为多相转换器、具体为两相转换器。转换器6具有两组并联电路11和针对各并联电路11设置的电抗器R1、R2。并联电路11在VH线12H与N线13之间并联连接。电抗器R1、R2的一端连接到VL线12L,另一端分别经由升压配线14连接到对应的并联电路11中的上臂10U和下臂10L的连接点。即,在VL线12L与对应的上下臂电路10的连接点之间配置有电抗器R1、R2。电抗器R1、R2在VL线12L与N线13之间彼此并联连接。
转换器6根据由控制电路部9进行的开关控制将直流电压转换为数值不同的直流电压。转换器6具有使从直流电源2供给的直流电压升压的作用。此外,还具有使用平滑电容器C2的电荷对直流电源2充电的降压作用。
平滑电容器C2连接到VH线12H与N线13之间。平滑电容器C2设于转换器6与逆变器7、8之间,并且与转换器6和逆变器7、8并联连接。平滑电容器C2例如使由转换器6升压后的直流电压平滑化,并存储该直流电压的电荷。平滑电容器C2的两端之间的电压成为用于驱动电动发电机3、4的直流的高电压。平滑电容器C2的两端之间的电压在滤波电容器C3的两端之间的电压以上。由于平滑电容器C2配置于比滤波电容器C3更靠高电压侧的位置,因此也被称为高压侧电容器。
逆变器7经由平滑电容器C2与转换器6连接。逆变器7具有三组并联电路11。即,逆变器7具有三相的上下臂电路10。U相的上下臂电路10的连接点与设于电动发电机3的定子的U相绕组连接。同样地,V相的上下臂电路10的连接点与电动发电机3的V相绕组连接。W相的上下臂电路10的连接点与电动发电机3的W相绕组连接。各相的上下臂电路10的连接点经由针对各相设置的输出配线15与对应的相的绕组连接。
逆变器7根据由控制电路部9进行的开关控制,将直流电压转换为三相交流电压,并向电动发电机3输出。由此,电动发电机3被驱动成产生规定的转矩。此外,逆变器7也可以根据由控制电路部9进行的开关控制将电动发电机3接收发动机的输出而发电的三相交流电压转换为直流电压,并向VH线12H输出。这样,逆变器7在转换器6与电动发电机3之间进行双向的电力转换。
同样地,逆变器8也经由平滑电容器C2与转换器6连接。逆变器8也具有三组并联电路11。即,逆变器8具有三相的上下臂电路10。U相的上下臂电路10的连接点与设于电动发电机4的定子的U相绕组连接。V相的上下臂电路10的连接点与电动发电机4的V相绕组连接。W相的上下臂电路10的连接点与电动发电机4的W相绕组连接。各相的上下臂电路10的连接点经由针对各相设置的输出配线15与对应的相的绕组连接。
逆变器8根据由控制电路部9进行的开关控制,将直流电压转换为三相交流电压,并向电动发电机4输出。由此,电动发电机3被驱动成产生规定的转矩。此外,逆变器8也可以根据由控制电路部9进行的开关控制将电动发电机4在车辆的再生制动时接收来自车轮的旋转力而发电的三相交流电压转换为直流电压,并向VH线12H输出。这样,逆变器8在转换器6与电动发电机4之间进行双向的电力转换。
控制电路部9生成用于使逆变器7、8的开关元件动作的驱动指令,并将该驱动指令向未图示的驱动电路部(驱动器)输出。控制电路部9基于从未图示的上级ECU输入的转矩请求、由各种传感器检测到的信号来生成驱动指令。
作为各种传感器,包括:对流过电动发电机3、4的各相的绕组的相电流进行检测的电流传感器;对电动发电机3、4的转子的旋转角进行检测的旋转角传感器;检测平滑电容器C2的两端电压即VH线12H的电压的电压传感器;检测滤波电容器C3的两端电压即VL线12L的电压的电压传感器;以及设于升压配线14并对流过电抗器R1、R2的电流进行检测的电流传感器等。电力转换装置5具有上述未图示的传感器。具体地,控制电路部9输出PWM信号作为驱动指令。控制电路部9构成为包括例如微型计算机(microcomputer)。
另外,驱动电路部基于来自控制电路部9的驱动指令生成驱动信号,并将该驱动信号向对应的上下臂电路10的开关元件Q1、Q2的栅极输出。由此,驱动开关元件Q1、Q2,即驱动接通、驱动断开。在本实施方式中,针对各上下臂电路10设置驱动电路部。
接着,在说明电力转换装置5之前,对上述构成要素即半导体装置20以及包括半导体装置20的电源模块110进行说明。
(半导体装置)
对能应用于本实施方式的电力转换装置5的半导体装置20的一例进行说明。以下所示的半导体装置20构成为形成上下臂电路10的一方,即一个臂。即,由两个半导体装置构成上下臂电路10。由于上述半导体装置20以构成一个臂的元件单位封装化,因此也被称为一合一型封装。半导体装置20对于上臂10U和下臂10L的基本结构相同,例如也可以是共用部件。
如图2~图7所示,半导体装置20包括:密封树脂件30、半导体芯片40、导电构件50、接线头60、主端子70以及信号端子80。另外,图5是相对于图2省略了密封树脂件30的图。图6示出了在密封树脂件30成型之后,且在去除系杆等引线框100不需要的部分之前的状态。图7是示出了半导体芯片40和主端子70的位置关系的俯视图,并且省略了密封树脂件30的一部分、导电构件50E和接线头60而示出。
在以下的说明中,将半导体芯片40的板厚方向表示为Z方向,并将与Z方向正交的一方向表示为X方向。具体地,将主端子70的排列方向表示为X方向。此外,将与Z方向和X方向这两个方向正交的方向表示为Y方向。只要没有特别限定,将沿着由X方向和Y方向规定的XY面的形状设为俯视形状。
密封树脂件30由例如环氧类树脂制成。密封树脂件30例如通过传递模塑法成型。如图2~图4所示,密封树脂件30在平行于半导体芯片40的板厚方向的Z方向上具有一面31和与一面31相反的背面32。一面31和背面32例如是平坦面。密封树脂件30具有连接一面31和背面32的侧面。在本例中,密封树脂件30俯视呈大致矩形形状。
半导体芯片40中,在Si、SiC、GaN等的半导体基板上形成有元件。半导体装置20包括一个半导体芯片40。在半导体芯片40形成有构成一个臂的元件(开关元件和二极管)。即,作为元件,形成有RC(Reverse Conducting:反向导通)-IGBT。例如,当用作上臂10U时,形成于半导体芯片40的元件作为开关元件Q1和二极管D1发挥作用,而当用作下臂10L时,形成于半导体芯片40的元件作为开关元件Q2和二极管D2发挥作用。
元件呈立式结构,以使主电流沿Z方向流动。虽然省略了图示,但是元件具有栅极。栅极呈沟槽结构。如图3所示,半导体芯片40在Z方向的两面具有主电极。具体地,在一面侧具有集电极41作为主电极,在与一面相反的背面侧具有发射极42作为主电极。集电极41也兼作二极管的阴极电极,发射极42也兼作二极管的阳极电极。集电极41形成于一面的几乎整个表面上。发射极42形成于背面的一部分。
如图3和图7所示,半导体芯片40在形成有发射极42的背面具有信号用的电极即焊盘43。焊盘43形成于与发射极42不同的位置。焊盘43与发射极42电分离。焊盘43在Y方向上形成于与发射极42的形成区域相反一侧的端部。
在本例中,半导体芯片40具有五个焊盘43。具体地,作为五个焊盘43,用于栅极、用于检测发射极42的电位的开尔文发射器、用于电流读出、用于检测半导体芯片40的温度的温度传感器(热敏二极管)的阳极电位、用于检测半导体芯片40的温度的温度传感器(热敏二极管)的阴极电位。在俯视呈大致矩形的半导体芯片40中,五个焊盘43一起形成于Y方向的一端侧并且在X方向上排列形成。
导电构件50将半导体芯片40和主端子70电中继。即,起到作为主电极的配线的作用。在本例中,还起到使半导体芯片40(元件)的热量向半导体装置20的外部散热的作用。因此,导电构件50也被称为散热器。导电构件50通过至少使用Cu等金属材料而形成,以确保导电性和热传导性。
导电构件50以夹着半导体芯片40的方式成对设置。各导电构件50设置为在从Z方向投影时内置半导体芯片40。半导体装置20具有配置于半导体芯片40的集电极41侧的导电构件50C和配置于发射极42侧的导电构件50E作为一对导电构件50。导电构件50C使集电极41和后述的主端子70C电中继,导电构件50E使发射极42和后述的主端子70E电中继。
如图3、图5和图7所示,导电构件50C具有:在Z方向上厚壁的部分即主体部51C和比主体部51C薄壁的部分即延伸部52C。主体部51C具有基本恒定的平坦形状和基本恒定的厚度。主体部51C在Z方向上具有半导体芯片40侧的安装面53C和与安装面53C相反的散热面54C。延伸部52C在Y方向上从主体部51C的端部延伸。延伸部52C以使X方向的长度即宽度与主体部51C相同的方式在Y方向上延伸。延伸部52C的半导体芯片40侧的面与主体部51C的安装面53C大致共面,而与半导体芯片40相反的面被密封树脂件30密封。延伸部52C只要至少设于配置主端子70一侧的端部即可。在本例中,在主体部51C的两端分别设置延伸部52C。在图7中,用双点划线表示主体部51C和延伸部52C的边界。
如图3和图5所示,导电构件50E具有:在Z方向上厚壁的部分即主体部51E和比主体部51E薄壁的部分即延伸部52E。主体部51E具有基本恒定的平坦形状和基本恒定的厚度。主体部51E在Z方向上具有半导体芯片40侧的安装面53E和与安装面53E相反的散热面54E。延伸部52E在Y方向上从主体部51E的端部延伸。延伸部52E以使X方向的长度即宽度与主体部51E相同的方式在Y方向上延伸。延伸部52E的半导体芯片40侧的面与主体部51E的安装面53E大致共面,而与半导体芯片40相反的面被密封树脂件30密封。延伸部52E只要至少设于配置主端子70一侧的端部即可。在本例中,在主体部51E的两端分别设置延伸部52E。另外,在本例中,采用共用部件作为导电构件50C、50E。
半导体芯片40的集电极41经由焊锡90连接到导电构件50C的主体部51C的安装面53C。作为连接方法,不限于锡焊接合。导电构件50C的大部分被密封树脂件30覆盖。导电构件50C的散热面54C从密封树脂件30露出。散热面54C与一面31大致共面。导电构件50C的表面中的除了与焊锡90连接的连接部、散热面54C以及与主端子70相连的部分以外的部分被密封树脂件30覆盖。
接线头60夹在半导体芯片40与导电构件50E之间。接线头60呈大致长方体,其俯视形状(俯视呈大致矩形)与发射极42基本一致。由于接线头60位于半导体芯片40的发射极42和导电构件50E的导电、热传导路径的中途,因此为了确保导电性和热传导性,至少使用Cu等金属材料形成接线头60。接线头60与发射极42相对配置,并且经由焊锡91和发射极42连接。作为连接方法,不特别限定于锡焊接合。接线头60也可以构成为后述的引线框100的一部分。
半导体芯片40的发射极42经由焊锡92与导电构件50E的主体部51E的安装面53E电连接。具体地,导电构件50E和接线头60经由焊锡92连接。此外,发射极42和导电构件50E经由焊锡91、接线头60和焊锡92电连接。导电构件50E也大部分被密封树脂件30覆盖。导电构件50E的散热面54E从密封树脂件30露出。散热面54E与背面32大致共面。导电构件50E的表面中的除了与焊锡92连接的连接部、散热面54E以及与主端子70相连的部分以外的部分被密封树脂件30覆盖。
主端子70是用于将半导体装置20和外部设备电连接的外部连接端子中的流过主电流的端子。半导体装置20包括多个主端子70。主端子70与对应的导电构件50相连。可以通过对相同的金属构件进行加工,使主端子70和对应的导电构件50一体地设置,还可以通过连接使作为分体构件的主端子70与导电构件50相连。在本例中,如图6所示,主端子70和信号端子80一起构成为引线框100的一部分,并且是与导电构件50分体的构件。如图3所示,主端子70在密封树脂件30的内部与对应的导电构件50相连。
如图3和图4所示,各个主端子70从对应的导电构件50沿Y方向延伸,并从密封树脂件30的一个侧面33向外部突出。主端子70在密封树脂件30的内外延伸。主端子70是与半导体芯片40的主电极电连接的端子。半导体装置20具有与集电极41电连接的主端子70C和与发射极42电连接的主端子70E作为主端子70。主端子70C也被称为集电极端子,主端子70E也被称为发射极端子。
主端子70C与导电构件50C相连。具体地,主端子70C经由焊锡93连接到延伸部52C之一的半导体芯片40侧的面。作为连接方法,不特别限定于锡焊接合。主端子70C从导电构件50C沿Y方向延伸,并从密封树脂件30的侧面33向外部突出。主端子70E与导电构件50E相连。具体地,主端子70E经由焊锡94连接到延伸部52E之一的半导体芯片40侧的面。作为连接方法,不特别限定于锡焊接合。如图3和图4所示,主端子70E从导电构件50E沿与主端子70C相同的方向即Y方向延伸,并从与主端子70C相同的侧面33向外部突出。在后面详细说明主端子70C、70E。
信号端子80连接到对应的半导体芯片40的焊盘43。半导体装置20具有多个信号端子80。在本例中,信号端子80经由接合线95连接到对应的半导体芯片40的焊盘43。信号端子80在密封树脂件30的内部和接合线95连接。连接到各焊盘43的五个信号端子80分别沿Y方向延伸,并从密封树脂件30的与侧面33相反的侧面34向外部突出。信号端子80构成为引线框100的一部分。另外,也可以通过对相同的金属构件进行加工,使信号端子80和主端子70C一起与导电构件50C一体地设置。
另外,如图6所示,引线框100在切割前的状态下具有外周框部101和系杆102。主端子70和信号端子80中的每一个经由系杆102固定于外周框部101。在密封树脂件30成型后,去除外周框部101、系杆102等引线框100不需要的部分,从而使主端子70和信号端子80电气分离,进而获得半导体装置20。作为引线框100,可以采用厚度恒定的构件、或者局部厚度不同的异形构件。
在如上所述地构成的半导体装置20中,通过密封树脂件30将半导体芯片40、各导电构件50的一部分、接线头60、各主端子70的一部分、以及各信号端子80的一部分一体地密封。即,构成一个臂的元件被密封。因此,半导体装置20也被称为一合一型封装。
此外,导电构件50C的散热面54C与密封树脂件30的一面31大致共面。此外,导电构件50E的散热面54E与密封树脂件30的背面32大致共面。半导体装置20呈散热面54C、54E均从密封树脂件30露出的双面散热结构。例如,可以通过将导电构件50和密封树脂件30一起切削加工来形成上述半导体装置20。此外,也可以通过以使散热面54C、54E与使密封树脂件30成型的模具的型腔壁面接触的方式使密封树脂件30成型来形成半导体装置20。
接着,对主端子70详细说明。
主端子70具有多个主端子70C、70E的至少一方。主端子70C和主端子70E以使板面彼此没有相对而侧面彼此相对的方式在主端子70的板宽方向即X方向上排列配置。半导体装置20具有多个由相邻的主端子70C、70E形成的侧面相对部。板面是主端子70的表面中的主端子70的板厚方向上的面,侧面是连接板面的面并且是沿着主端子70的延伸方向的面。主端子70的其他表面是延伸方向上的两个端面,即突出前端面和后端面。只要构成侧面相对部的侧面的至少一部分在主端子70的板厚方向上相对即可。例如,也可以设置成在板厚方向上错开。但是,整个面相对会更有效。此外,相对是指,只要相对的面至少面对即可。面优选设为彼此大致平行,更优选完全平行的状态。
主端子70的侧面是面积比板面小的面。主端子70C、70E配置成互相相邻。由于彼此相邻,在分别具有多个主端子70C、70E的结构中,主端子70C和主端子70E交替地配置。主端子70C、70E按顺序配置。
如图7所示,通过在X方向上连续配置的三个以上的主端子70构成主端子组71。主端子70C、70E相邻配置,主端子组71包括主端子70C、70E这两者,并且构成为包括多个主端子70C、70E的至少一方。构成主端子组71的各主端子70的至少一部分配置于规定的区域A1内。区域A1是在X方向上在延长线EL1与延长线EL2之间的区域,上述延长线EL1从半导体芯片40的一方的端面44假想地延长,上述延长线EL2从与端面44相反的端面45假想地延长。在X方向上,延长线EL1、EL2之间的长度与半导体芯片40的宽度、即元件宽度一致。
在本例中,主端子70C、70E在全长上沿相同的方向(Y方向)延伸。主端子70俯视呈一条直线,且不具有X方向上的延伸部分。主端子70C的厚度比主体部51C薄,例如与延伸部52C的厚度基本相同。主端子70E的厚度比主体部51E薄,例如与延伸部52E的厚度基本相同。主端子70的厚度在全长上基本恒定,主端子70C、70E的厚度基本相同。主端子70的宽度W1在全长上基本恒定,主端子70C、70E的宽度相同。此外,对于所有主端子70,在X方向上相邻的主端子70的间隔P1也相同。间隔P1也被称为端子间间距。
各主端子70在密封树脂件30内具有两处弯曲部。由此,主端子70在ZY平面上呈大致曲柄状。在主端子70中,比弯曲部更靠前端的部分呈平板状,该平板状部分的一部分从密封树脂件30突出。如图3和图4所示,在从密封树脂件30突出的突出部分即平板状部分中,主端子70C、70E在Z方向上配置于基本相同的位置。此外,在平板状部分中,主端子70C、70E的板厚方向与Z方向大致一致。由此,主端子70C的侧面和主端子70E的侧面在Z方向的几乎整个区域上相对。此外,主端子70C、70E的平板状部分的延伸长度基本相同,并且在Y方向上配置于基本相同的位置。由此,主端子70C、70E的侧面在平板状部分中以几乎整个面相对。
如图2、图5~图7所示,半导体装置20包括奇数个主端子70、具体包括九个主端子70。其中四个是主端子70C,其余五个是主端子70E。主端子70C、70E在X方向上交替地配置,由此半导体装置20具有八个侧面相对部。在X方向两端配置有主端子70E,由除了两端的主端子70E之外的七个主端子70构成主端子组71。主端子组71由奇数个(7个)主端子70构成,具体由四个主端子70C和三个主端子70E构成。未构成主端子组71的两个主端子70E的各自的整体在X方向上配置于区域A的外侧。构成主端子组71的主端子70比未构成主端子组71的主端子70多。
构成主端子组71的七个主端子70中的位于两端的两个主端子70C各自的一部分在X方向上配置于区域A1内。其余五个主端子70各自的整体在X方向上配置于区域A1内。这样,构成主端子组71的一部分主端子70各自的整体配置于区域A1内,其余主端子70各自的一部分配置于区域A1内。尤其在本例中,构成主端子组71的多个(五个)主端子70各自的整体配置于区域A1内。
主端子70C、70E的宽度W1相同,并且对于所有主端子70,主端子70C、70E的间隔P1也相同。此外,奇数个主端子70中的在X方向上配置于正中间(中央)的主端子70E的宽度的中心位于穿过半导体芯片40的中心的中心线CL上。这样,主端子70C、70E配置为在X方向上相对于穿过半导体芯片40的中心的中心线CL线对称。另外,多个主端子70C配置为相对于中心线CL线对称,多个主端子70E配置为相对于中心线CL线对称。此外,构成主端子组71的奇数个主端子70也配置为相对于中心线CL线对称。中心线CL的延伸方向与Z方向和X方向正交。
接着,对半导体装置20的效果进行说明。
半导体装置20具有多个主端子70C、70E的至少一方,主端子70C、70E在X方向上相邻地配置。此外,相邻的主端子70C、70E的侧面彼此相对。在主端子70C、70E处,主电流的方向相反。这样,主端子70C、70E配置为使流过主电流时产生的磁通彼此抵消。因此,能减小电感。尤其在本例中,由于具有多个主端子70C、70E的侧面相对部,所以可以有效地减小电感。由于使多个相同类型的主端子70并排,因此可以通过侧面相对部的并排来减小电感。
此外,由连续配置的至少三个主端子70构成主端子组71。构成主端子组71的主端子70各自的至少一部分在X方向上配置于从半导体芯片40的两端面44、45延长的延长线EL1、EL2之间的区域A1内。即,多个侧面相对部配置于区域A1内。由此,能简化构成主端子组71的主端子70与半导体芯片40的主电极之间的电流路径,具体能缩短电流路径。因此,能减小电感。
综上,根据半导体装置20,与以往相比能减小主电路配线的电感。另外,也可以是,多个主端子70以使侧面彼此相对的方式在X方向上排列配置,具有多个主端子70C、70E的至少一方,由连续配置的至少三个主端子70构成主端子组71,在一部分中相同类型的主端子70连续配置。由此,由于多个主端子70C、70E的至少一方并排,因此能减小电感。此外,由于具有主端子组71,因此能简化构成主端子组71的主端子70与半导体芯片40的主电极之间的电流路径。由此,能减小电感。因此,能起到等同于本例的效果。然而,如本例所示,将主端子70C、70E相邻配置时能通过抵消磁通的效果进一步减小电感。
在主端子组71中,在简化电流路径这方面,与仅一部分配置于区域A1的主端子70相比,更优选在X方向上整体配置于区域A1内的主端子70。根据本例,构成主端子组71的一部分主端子70各自的整体配置于区域A1内,其余主端子70各自的一部分配置于区域A1内。由于主端子组71包括对于简化电流路径更有效的主端子70,因此可以有效地减小电感。尤其在本例中,包括整体配置于区域内的多个主端子70。由于包括对于简化电流路径更有效的多个主端子70,因此可以有效地减小电感。
在本例中,主端子70的数量是奇数。在奇数的情况下,容易在X方向上具有对称性,并且可以抑制主端子70与半导体芯片40之间的电流路径的偏置。此外,无论从一面31侧观察还是从背面32侧观察,主端子70在X方向上的排列顺序均相同。因此,能提高半导体装置20的配置的自由度。
尤其在本例中,主端子70C、70E配置为在X方向上相对于半导体芯片40的中心线CL线对称。由此,半导体芯片40的主电流以相对于中心线CL线对称的方式流动。主电流在中心线CL的左右基本均匀地流动。因此,能进一步减小电感。此外,能抑制局部发热。
图8~图10示出了另一例。在图8~图10中,为了方便,省略了密封树脂件30和信号端子80的图示。在图8~图10中,为了方便,省略区域A1的图示,并示出了规定区域A1的延长线EL1、EL2。
在图8中,半导体装置20包括三个主端子70,具体包括一个主端子70C和两个主端子70E。即,具有两个侧面相对部。此外,由所有主端子70构成主端子组71。配置于正中间的主端子70C整体在X方向上配置于区域A1,两端的主端子70E各自的一部分配置于区域A1。
在图9中,半导体装置20包括五个主端子70,具体包括两个主端子70C和三个主端子70E。即,具有四个侧面相对部。此外,由所有主端子70构成主端子组71。两端的主端子70E各自的一部分配置于区域A1,其余三个主端子70均整体配置于区域A1。
在图10中,半导体装置20包括七个主端子70,具体包括三个主端子70C和四个主端子70E。即,具有六个侧面相对部。此外,由所有主端子70构成主端子组71。两端的主端子70E各自的一部分配置于区域A1,其余五个主端子70均整体配置于区域A1。
图11示出了对半导体装置20包括的主端子的总电感进行磁场解析的结果。在该磁场解析(仿真)中,将导电构件50的X方向的长度(宽度)设为17mm,将主端子70的间隔P1设为1.0mm。此外,在构成上述半导体装置20的主端子70中,将宽度W1设为彼此相等。例如,在具有三个主端子70的结构的情况下,在图11中示为三端子。在图11中,作为比较例示出了具有两个主端子的结构(两个端子)。九端子是与图7所示的结构相同配置的结果。同样地,三端子、五端子和七端子是与图8~图10所示的结构相同配置的结果。
随着端子数量增加,每个端子的宽度变窄并且电感(自感)变大。然而,由于侧面相对部增加并且构成主端子组71的主端子70的数量也随着端子数量增加而增加到规定的端子数量,因此能减小电感。三端子、五端子和七端子如图8~图10所示,由所有主端子70构成主端子组71。即,所有主端子70配置于区域A1内。此外,如图7所示,对于九端子,由七个主端子70构成主端子组71。
根据图11的结果,显然,由于包括由三个以上主端子70构成的主端子组71,因此能在抑制体积增大的同时,使主端子的总电感小于比较例。认为这是因为在三端子以上的情况下,电感减小的效果超过了由于宽度减少导致的电感增加的效果,从而使电感减小。显然,尤其当设为包括由五个以上主端子70形成的主端子组71的结构时,与比较例相比能将电感减小到一半以下,即有效地减小电感。
另外,九端子包括构成主端子组71的七个主端子70和配置于区域A1的外部的两个主端子70。这样,虽然两个主端子70处于区域A1的外部,但是比未构成主端子组71的主端子70多的主端子70、即大部分主端子70配置于区域A1。此外,侧面相对部的数量也比七端子的侧面相对部多两个。因此,示出了比七端子低的电感。
根据本例,虽然示出了主端子70E配置于两端的结构、即主端子70E比主端子70C多的结构的例子,但是不限定于此。也可以构成为,在奇数个主端子70的情况下,使主端子70C比主端子70E多。
虽然示出了在所有主端子70中,从密封树脂件30突出的突出部分的长度相等的例子,但是不限定于此。考虑到与母线等的连接性,也可以使相邻的主端子70C、70E的突出部分的长度不同。在图12所示的另一例中,使主端子70C比主端子70E长。
在图13所示的另一例中,数量较少的主端子70C的截面积比数量较多的主端子70E的截面积大,由此,使主端子70C的总阻抗和主端子70E的总阻抗基本一致。因此,能抑制数量较少的主端子70C的发热。虽然在图13中,通过增加宽度来使主端子70C的截面积大于主端子70E的截面积,但是也可以使主端子70C的厚度比主端子70E厚。此外,也可以对宽度和厚度这二者进行调节。在图13中,使数量较少的主端子70C的延伸方向的长度比主端子70E的延伸方向的长度长。由于较长的一方的截面积更大,因此能确保主端子70的刚度。虽然在图12和图13中示出了七端子的例子,但是不限定于此。
虽然示出了在从密封树脂件30突出的突出部分中,相邻的主端子70C、70E在延伸方向的全长相对的例子,但是不限定于此。也可以构成为在突出部分的一部分处,侧面彼此没有相对。例如也可以构成为,在主端子70C、70E的至少一方中,突出前端部分弯曲,由此在突出前端部分处不相对。即使延伸长度相等,也能提高和母线等的连接性。然而,会使减小电感的效果降低。
虽然示出了在主端子70的数量为奇数的情况下,构成主端子组71的主端子70的数量也为奇数的例子,但是不限定于此。也可以由偶数个(四个以上)主端子70构成主端子组71。
半导体装置20只要包括至少一个半导体芯片40即可。例如也可以在包括多个半导体芯片40且上述半导体芯片40在主端子70C、70E之间互相并联连接的结构中,对各半导体芯片40应用主端子70的配置。
也可以是,构成主端子组71的所有主端子70各自的整体配置于区域A1内。在图14所示的另一例中,由七个主端子70中的五个主端子70构成主端子组71。此外,构成主端子组71的五个主端子70各自的整体配置于区域A1内。由此,能进一步简化与半导体芯片40的主电极之间的电流路径。
也可以包括偶数个(四个以上)主端子70。在图15所示的另一例中,半导体装置20分别包括两个主端子70C、70E。主端子70C和主端子70E交替配置。四个主端子70的宽度W1和厚度分别彼此相等。即,与延伸方向正交的截面积彼此相等。此外,四个主端子70的Y方向的延伸长度也彼此相等。此外,由所有主端子70构成主端子组71。配置于两端的两个主端子70C、70E的各自的一部分在X方向上配置于区域A1内。配置于正中间的两个主端子70C、70E的各自的整体在X方向上配置于区域A1内。
即使设为上述结构,由于具有多个主端子70C、70E的侧面相对部,因此也能有效地减小电感。此外,由于具有主端子组71,因此能简化构成主端子组71的主端子70与半导体芯片40的主电极之间的电流路径,从而减小电感。综上,与以往相比能减小主电路配线的电感。图11也示出了四端子的结果。根据图11的结果,显然,在四端子的情况下,也能在抑制体积增大的同时,使主端子的总电感小于比较例。
在图15中,由于主端子组71由所有主端子70构成,因此能有效地减小电感。另外,当主端子70的数量是偶数时,只要由连续配置的三个以上主端子70构成主端子组71即可。因此,也可以构成为在包括四个主端子70的结构中,由三个主端子70构成主端子组71,其余一个主端子70配置于区域A1的外部。这样,在主端子70的数量是偶数的情况下,也可以由奇数个(三个以上)主端子70构成主端子组71。
当主端子70的数量是偶数时,主端子70C和主端子70E的数量相同,因此流过主端子70C和主端子70E的主电流相等,由此能抑制发热不均。在图15所示的示例中,主端子70C、70E的延伸长度相等,并且截面面积也相等,由此,使主端子70C和主端子70E的阻抗基本相等。因此,能有效地抑制发热不均。
偶数的数量不限定于四个。只要是四个以上的偶数即可。例如也可以构成为包括六个主端子70,或者构成为包括八个主端子70。与奇数个相同地,也可以使相邻的主端子70C、70E的突出部分的长度不同。此外,也可以使主端子70C、70E中的突出部分的长度较长的一方的截面积比较短的一方的截面积大。由此,能确保刚度。此外,能使主端子70C和主端子70E的阻抗一致。也可以构成为在突出部分的一部分处,侧面彼此没有相对。
也可以是,作为引线框的一部分,还包括与主端子70C、70E的至少一方一起设置的连结部,在主端子70C、70E的至少一方中,通过连结部使相同的主端子彼此连结。在图16所示的另一例中,半导体装置20包括五个主端子70,具体包括两个主端子70C和三个主端子70E。此外,引线框100具有将主端子70E彼此连结的连结部96。对于从密封树脂件30突出的长度,主端子70E的突出长度比主端子70C长,并且连结部96将主端子70E的突出前端部分连结。连结部96在X方向上延伸,在Y方向上与主端子70C分开设置。连结部96在Z方向上配置于与主端子70C、70E的突出部分相同的位置。
这样,当通过连结部96将电位相同的主端子70(主端子70E)连结时,能减少与母线等的连接点。即,能提高连接性。尤其在图16中,将数量较多的主端子70E连结。由此,在相同的引线框100包括主端子70C、70E以及连结部96的结构中,能进一步减少连接点。另外,也可以代替主端子70E,通过连结部96将主端子70C连结。也可以将主端子70C、70E中数量较少的一方连结。主端子70的数量和配置不限定于图16所示的例子。当仅在主端子70C、70E的一方设置连结部96时,也可以将连结部96设于与主端子70C、70E的突出部分相同的平面。也可以与包括偶数个主端子70的结构进行组合。
此外,也可以通过连结部将各主端子70C、70E连结。在图17和图18所示的另一例中,导电构件50C、50E具有主体部51C、51E,不具有延伸部52C、52E。此外,在相同的引线框配置有导电构件50C、主端子70C和信号端子80。此外,在与包括主端子70C的引线框不同的引线框配置有导电构件50E和主端子70E。主端子70C、70E从对应的导电构件50C、50E延伸。图18是沿着图17的XVIII-XVIII的半导体装置20的剖视图。
在图17和图18中,在主端子70C侧的引线框设有连结部96C,在主端子70E侧的引线框设有连结部96E。然后,通过连结部96C使主端子70C彼此在突出前端部处连结。此外,通过连结部96E使主端子70E彼此在突出前端部处连结。主端子70C、70E在突出部分具有弯曲部,由此,使连结部96C、96E在Z方向上分开。即,连结部96C、96E在Z方向上配置于互相不同的位置。因此,即使延伸长度相同,也能通过连结部96C、96E将主端子70C、70E分别连结。此外,能进一步减少连接点的数量。
在图19和图20所示的另一例中,半导体装置20包括彼此并联连接的多个半导体芯片40。具体地,作为半导体芯片40包括半导体芯片40a和半导体芯片40b。另外,图19是与图20所示的XIX-XIX线对应的半导体装置20的剖视图。半导体芯片40a、40b的集电极41连接到相同的导电构件50C的安装面53C。此外,半导体芯片40a、40b的发射极42经由单独配置的接线头60连接到相同的导电构件50E的安装面53E。在本实施方式中,两个半导体芯片40a、40b呈彼此基本相同的俯视形状、具体呈俯视大致矩形形状,并且具有彼此基本相同的大小和基本相同的厚度。半导体芯片40a、40b在Z方向上位于基本相同的高度,并且在X方向上横向排列配置。
如图20所示,通过在X方向上连续配置的两个以上的主端子70构成主端子组72。半导体装置20具有与半导体芯片40a对应的主端子组72a和与半导体芯片40b对应的主端子组72b作为主端子组72。构成主端子组72a的主端子70各自的至少一部分在X方向上配置于从半导体芯片40a的两端面44a、45a延长的延长线EL1a、EL2a之间的区域A1a内。此外,构成主端子组72b的主端子70各自的至少一部分在X方向上配置于从半导体芯片40b的两端面44b、45b延长的延长线EL1b、EL2b之间的区域A1b内。
半导体装置20包括五个主端子70。具体地,包括两个主端子70C和三个主端子70E。主端子70的宽度W1和厚度彼此相等,间隔P1也全部相等。此外,正中间的主端子70E配置于区域A1a、A1b的外部。主端子组72a由在X方向上配置于比正中间的主端子70E更靠半导体芯片40a侧的位置的两个主端子70C、70E构成,主端子组72b由配置于比正中间的主端子70E更靠半导体芯片40b侧的位置的两个主端子70C、70E构成。
此外,构成主端子组72a的主端子70C、70E各自的整体配置于区域A1a。同样地,构成主端子组72b的主端子70C、70E各自的整体配置于区域A1b。此外,五个主端子70配置为相对于穿过两个半导体芯片40的元件中心的中心线CLm线对称。元件中心是指半导体芯片40a、40b的排列方向上正中间的中央位置,中心线CLm是与排列方向正交且穿过元件中心的假想线。
这样,在多个半导体芯片40并联连接的半导体装置20中,主端子70C和主端子70E交替地配置。此外,相邻的主端子70C、70E的侧面彼此相对。这样,由于具有多个、具体为四个主端子70C和主端子70E的侧面相对部,因此能有效地减小电感。此外,构成主端子组72a的主端子70C、70E各自的至少一部分配置于区域A1a。因此,能简化构成主端子组72a的主端子70C、70E与半导体芯片40a的主电极之间的电流路径,由此能减小电感。同样地,构成主端子组72b的主端子70C、70E各自的至少一部分配置于区域A1b。因此,能简化构成主端子组72b的主端子70C、70E与半导体芯片40b的主电极之间的电流路径,由此能减小电感。综上,与以往相比能减小主电路配线的电感。
此外,奇数个主端子70配置为相对于两个半导体芯片40的中心线CLm线对称。换言之,侧面相对部线对称地配置。因此,半导体芯片40a、40b的主电流以相对于中心线CL线对称的方式流动。即,半导体芯片40a侧的电感和半导体芯片40b侧的电感基本相等。这样,通过使电感一致,能抑制电流不均衡。
虽然示出了两个半导体芯片40并联连接的例子,但是不限定于此。也可以应用于三个以上的半导体芯片40并联连接的结构。主端子70的数量也不作特别限定。各个主端子组72只要由包括主端子70C、70E的两个以上主端子70构成即可。例如,也可以包括七个主端子70,且主端子组72a、72b分别由三个主端子70构成。也可以将图16~图18所示的连结部96(86C、86E)组合。
虽然示出了开关元件和二极管一体地形成于相同的半导体芯片40的例子,但是不限定于此。也可以将开关元件和二极管设于不同芯片。虽然作为双面散热结构的半导体装置20,示出了包括接线头60的例子,但是不限定于此。也可以构成为不包括接线头60。例如,也可以代替接线头60,在导电构件50E设置朝向发射极42突出的凸部。虽然示出了散热面54C、54E从密封树脂件30露出的例子,但是也可以构成为不从密封树脂件30露出。例如也可以通过未图示的绝缘构件覆盖散热面54C、54E。也可以在使绝缘构件贴合于散热面54C、54E的状态下,使密封树脂件30成型。
(电源模块)
对能应用于本实施方式的电力转换装置5的电源模块110的一例进行说明。电源模块110构成一组并联电路11。
如图21~图27所示,电源模块110包括:半导体装置20、冷却器120、电容器C1、P母线130、N母线140、输出母线150、驱动基板160、外部连接端子170以及保护构件180。图21、图23~图26是俯视图,但是为了容易理解保护构件180的内部元件,用实线表示内部元件。图27是用于说明半导体装置20、电容器C1和各母线130、140、150的连接的示意图。
半导体装置20为一合一型封装结构。电源模块110包括两个半导体装置20。半导体装置20中的一个构成上臂10U,另一个构成下臂10L。即,作为半导体装置20包括构成上臂10U的半导体装置20U和构成下臂10L的半导体装置20L。半导体装置20U、20L的基本结构彼此基本相同。半导体装置20U、20L分别具有七个主端子70,具体具有三个主端子70C和四个主端子70E。主端子70C、70E在X方向上交替配置。以下,将半导体装置20U包括的构成上臂10U的半导体芯片40表示为半导体芯片40U,将半导体装置20L包括的构成下臂10L的半导体芯片40表示为半导体芯片40L。
半导体装置20L为与图12所示的结构相同的结构。构成为主端子70C的从密封树脂件30突出的长度比主端子70E长。半导体装置20U为与半导体装置20L相反的结构。构成为主端子70E的从密封树脂件30突出的长度比主端子70C的从密封树脂件30突出的长度长。这样,在半导体装置20U中主端子70E较长,在半导体装置20L中主端子70C较长。半导体装置20U的主端子70C和半导体装置20L的主端子70E的长度相同,半导体装置20U的主端子70E和半导体装置20L的主端子70C的长度相同。
半导体装置20U、20L具有规定的间隙并且在X方向上排列配置。即,在与半导体芯片40的板厚方向即Z方向正交的方向上排列配置。半导体装置20U、20L配置为在Z方向上密封树脂件30的一面31彼此处于同侧,且背面32彼此处于同侧。半导体装置20U、20L的一面31彼此为在Z方向上大致共面的位置关系,并且背面彼此为在Z方向上大致共面的位置关系。
在各个半导体装置20U、20L中,信号端子80的从密封树脂件30突出的突出部分呈大致L字形。信号端子80的突出部分具有一个大致90度的弯曲部。在信号端子80的突出部分中,从密封树脂件30的根部到弯曲部在Y方向上延伸,从弯曲部到突出前端在Z方向上延伸并向电容器C1的相反侧延伸。
冷却器120主要冷却半导体装置20。使用热传导性优异的金属材料例如铝类材料形成冷却器120。冷却器120具有供给管121、排出管122和热交换部123。由于冷却器120设于电源模块110,因此冷却器120也被称为模块内冷却器。
热交换部123由一对板124、125构成。使用俯视大致矩形形状的金属薄板来形成板124、125。板124、125的至少一方呈由于冲压加工而在Z方向上膨出的形状,例如浅底的锅底形状。在本例中,板124呈锅底形状。此外,板124、125的外周缘部彼此通过铆接等固定,并且通过钎焊等在整个外周互相接合,由此,在板124、125之间形成有流路126。
热交换部123整体上呈扁平形状的管状体。冷却器120具有两个热交换部123,热交换部123在Z方向上配置为两级。两个半导体装置20U、20L以在X方向上排列配置的状态被两个热交换部123夹持。两个热交换部123配置成使板124彼此相对。热交换部123中的一个配置于半导体装置20的一面31侧,而热交换部123中的另一个配置于背面32侧。在散热面54C、54E从密封树脂件30露出的结构中,在半导体装置20与热交换部123的板124之间配置有油脂、陶瓷板、树脂材料等电绝缘构件。
供给管121是在其内部形成有流路的筒状体,并在Z方向上延伸。供给管121相对于俯视大致矩形的热交换部123配置于X方向上的一方的端部并配置于Y方向上的主端子70侧的端部。此外,供给管121与各热交换部123连接,供给管121的流路与热交换部123的流路126连通。在Z方向上,供给管121的一端开口,另一端连接到第二级热交换部123。第一级热交换部123的流路126在向供给管121延伸的中途与供给管121的流路相连。另外,第一级热交换部123位于靠近供给管121和排出管122的开口端的一侧,第二级热交换部123位于远离供给管121和排出管122的开口端的一侧。供给管121的从开口端起的一部分向保护构件180的外部突出。
排出管122是在其内部形成有流路的筒状体,并在Z方向上延伸。排出管122相对于俯视大致矩形的热交换部123配置于X方向上的与供给管121相反的端部并配置于Y方向上的信号端子80侧的端部。然后,排出管122与各热交换部123连接,且排出管122的流路与热交换部123的流路126连通。排出管122在Z方向上在供给管121的同侧开口。与开口端相反的端部连接到第二级热交换部123。第一级热交换部123的流路126在向排出管122延伸的中途与排出管122的流路相连。排出管122的从开口端起的一部分向保护构件180的外部突出。
如图26中的双点划线的箭头所示,从供给管121流入的制冷剂在热交换部123内的流路126中流动,从排出管122排出。供给管121和排出管122设于俯视大致矩形形状的对角位置处。这样,通过设于对角位置处,能在X方向和Y方向上有效地对配置于供给管121与排出管122之间的半导体芯片40U、40L进行冷却。另外,虽然未图示,但是也可以在热交换部123的流路126内配置内翅片。内翅片是弯曲形成为波形的金属板。通过配置内翅片,能促进板124、125与在流路126中流动的制冷剂之间的热传递。
作为流过流路126的制冷剂,可以使用水、氨等相变的制冷剂、以及乙二醇类等非相变的制冷剂。冷却器120主要冷却半导体装置20。然而,除了冷却作用,还可以具有在环境温度较低时加热的作用。在这种情况下,冷却器120被称为温度调节器。此外,制冷剂被称为热介质。
电容器C1只要配置于电源模块110包括的一组半导体装置20U、20L附近且至少具有供给切换时所需的电荷的作用即可。因此,电容器C1的电容设为例如10~20μF。电容器C1呈大致长方体形状。电容器C1呈扁平形状,且厚度即Z方向上的长度相对于X方向上的长度和Y方向上的长度足够短。这样,使电容器C1小型化。作为电容器C1,例如可以使用薄膜电容器。
在本例中,俯视呈与Y方向相比X方向更长的长方形。在Z方向上投影时,电容器C1的大部分配置于与冷却器120的热交换部123重叠的位置。在上述投影观察时,与半导体装置20U、20L的大部分、具体为除了主端子70的突出部分和信号端子80的突出部分的部分重叠。因此,电容器C1在Z方向上与半导体装置20U、20L并排配置。俯视为长方形的电容器C1的X方向的两端部分配置于未与冷却器120重叠的位置,即配置于冷却器120的外侧。
电容器C1配置成在与半导体装置20之间夹着热交换部123。电容器C1相对于热交换部123配置于与半导体装置20相反的一侧。在本例中,电容器C1相对于第一级热交换部123配置于与半导体装置20相反的一侧。即,配置于供给管121和排出管122的开口端侧。电容器C1在Z方向上配置于比供给管121和排出管122的开口端靠近半导体装置20的位置。电容器C1在Z方向上在热交换部123侧的面上具有用于与外部连接的未图示的正极端子,且在与正极端子相反的面上具有未图示的负极端子。
P母线130、N母线140和输出母线150是包含了导电性优异的金属例如铜的金属板材。在本例中,各母线中厚度基本均匀。P母线130、N母线140和输出母线150设为彼此基本相同的厚度。作为金属板材,也可以使用局部厚度不同的异形条。P母线130、N母线140和输出母线150与冷却器120电气分离。
P母线130具有连接部131、共用配线部132和并联配线部133。连接部131是与电容器C1的正极端子连接的部分。在本例中,在Z方向上投影观察时,与电容器C1重叠的部分整体为连接部131。另外,虽然未图示,但是也可以在X方向或者Y方向上投影观察时的与电容器C1重叠的部分即电容器C1的侧面设置连接部131。
共用配线部132从连接部131的Y方向的一端延伸。共用配线部132是P母线130中的作为共用配线11P发挥作用的部分。由此,形成于电源模块110内的一组上下臂电路10和电容器C1以共用的方式与VH线12H连接,而不是分别单独与VH线12H连接。共用配线部132与连接部131相比,X方向的长度即宽度更窄。共用配线部132在X方向上与连接部131的中央部分相连。共用配线部132与连接部131大致共面,并沿Y方向延伸。共用配线部132的一部分向保护构件180的外部突出。
并联配线部133至少作为使电容器C1的正极端子和上下臂电路10的上臂10U电连接的配线、即作为使上下臂电路10和电容器C1并联连接的配线发挥作用。此外在本例中,还作为使上臂10U和共用配线11P即共用配线部132电连接的配线发挥作用。并联配线部133相对于连接部131从与共用配线部132相反的端部延伸。
并联配线部133与连接部131相比,宽度更窄。并联配线部133以恒定的宽度延伸。并联配线部133相对于中心线CL1向一方偏移配置,以不会在X方向上跨过使电容器C1二等分的中心线CL1(参照图23)。并联配线部133在半导体装置20U、20L的排列方向上,在半导体装置20U(半导体芯片40U)一侧与连接部131相连。
并联配线部133呈大致L字形。并联配线部133具有:从与连接部131的边界部沿着Y方向延伸的平行部134;以及相对于平行部134弯曲且沿着Z方向延伸的弯曲部135。因此,平行部134也被称为Y方向延伸部。弯曲部135也被称为Z方向延伸部。平行部134在Y方向上延伸并且向与共用配线部132相反的一侧延伸。平行部134与连接部131大致共面,并沿Y方向延伸。
在Z方向上投影观察时,平行部134与半导体装置20U的七个主端子70C、70E各自的至少一部分重叠。平行部134延伸到与半导体装置20U的主端子70C的突出前端基本相同的位置,并且在投影观察时与三个主端子70C的突出部分整体重叠。四个主端子70E延伸到比平行部134远离电容器C1的位置。
弯曲部135在Z方向上向与电容器C1相反的一侧延伸。弯曲部135的板厚方向与Y方向大致平行。在本例中,弯曲部135整体为在Y方向上与输出母线150相对的相对部135a。相对部135a和输出母线150的板厚方向的面即板面彼此相对。在相对部135a的前端即并联配线部133的延伸的前端形成有凸部136以连接半导体装置20U的主端子70C。凸部136针对各主端子70C设置。主端子70C在配置于对应的凸部136的前端面的状态下通过激光焊接等接合。当如上所述地设置凸部136时,主端子70E穿过没有设置凸部136的凹陷的部分,因此,能防止P母线130和主端子70E的接触。
N母线140具有连接部141、共用配线部142和并联配线部143。连接部141是与电容器C1的负极端子连接的部分。在本例中,在Z方向上投影观察时,与电容器C1重叠的部分整体为连接部141。另外,与连接部131同样地,也可以在X方向或者Y方向上投影观察时的与电容器C1重叠的部分即电容器C1的侧面设置连接部141。电容器C1和配置于电容器C1的两面的连接部131、141与冷却器120电气分离。在包括连接部131、141的电容器C1与冷却器120之间夹着电绝缘构件。
共用配线部142从连接部141的Y方向的一端延伸。共用配线部142是N母线140中的作为共用配线11N发挥作用的部分。由此,形成于电源模块110内的一组上下臂电路10和电容器C1以共用的方式与N线13连接,而不是分别单独与N线13连接。共用配线部142与连接部141相比宽度更窄,与共用配线部132宽度基本相同。共用配线部142在X方向上与连接部141的中央部分相连。共用配线部142与连接部141大致共面,并沿Y方向延伸。共用配线部132的一部分向保护构件180的外部突出。
在Z方向投影观察时,共用配线部132、142基本一致。共用配线部132、142在Z方向上以具有与电容器C1的厚度大致相等的间隔的方式相对配置。由此,能减小主电路配线的电感。
并联配线部143至少作为使电容器C1的负极端子和上下臂电路10的下臂10L电连接的配线、即作为使上下臂电路10和电容器C1并联连接的配线发挥作用。此外在本例中,还作为使下臂10L和共用配线11N即共用配线部142电连接的配线发挥作用。并联配线部143相对于连接部141从与共用配线部142相反的端部延伸。
并联配线部143与连接部141相比,宽度更窄。并联配线部143以恒定的宽度延伸。并联配线部143以不跨过电容器C1的中心线CL1的方式相对于中心线CL1配置于与并联配线部133相反的一侧。并联配线部143在半导体装置20U、20L的排列方向上,在半导体装置20L(半导体芯片40L)一侧与连接部141相连。
并联配线部143呈大致L字形。并联配线部143具有:从与连接部141的边界部沿着Y方向延伸的平行部144;以及相对于平行部144弯曲且沿着Z方向延伸的弯曲部145。平行部144在Y方向上延伸并且向与共用配线部142相反的一侧延伸。平行部144与连接部141大致共面,并沿Y方向延伸。平行部134、144以具有能确保电绝缘的间隔的方式在X方向上横向排列配置。平行部134、144的侧面彼此相对。由此,能减小主电路配线的电感。
在Z方向上投影观察时,平行部144与半导体装置20L的七个主端子70C、70E各自的至少一部分重叠。平行部144延伸到与半导体装置20L的主端子70E的突出前端基本相同的位置,并且在投影观察时与四个主端子70E的突出部分整体重叠。三个主端子70C延伸到比平行部144远离电容器C1的位置。半导体装置20U的主端子70C和半导体装置20L的主端子70E的突出前端在Y方向上处于基本相同的位置,由此,使平行部134、144的延伸的前端也处于彼此基本相同的位置。
弯曲部145在Z方向上向与电容器C1相反的一侧延伸。弯曲部145的板厚方向与Y方向大致平行。弯曲部145的延伸的前端处于与P母线130的弯曲部135的延伸的前端基本相同的位置。弯曲部135、145也以具有能确保电绝缘的间隔的方式在X方向上横向排列配置。弯曲部135、145的侧面彼此相对。由此,能减小主电路配线的电感。
在本例中,N母线140处于在Z方向上比P母线130远离半导体装置20的位置。此外,弯曲部145的一部分为在Y方向上与输出母线150相对的相对部145a。相对部145a和输出母线150的板面彼此相对。在相对部145a的前端即并联配线部143的延伸的前端形成有凸部146以连接半导体装置20L的主端子70E。凸部146针对各主端子70E设置。主端子70E在配置于对应的凸部146的前端面的状态下通过激光焊接等接合。当如上所述地设置凸部146时,主端子70C穿过没有设置凸部146的凹陷的部分,因此,能防止N母线140和主端子70C的接触。
通过并联配线部133和半导体装置20U的主端子70C使电容器C1的正极和上臂10U的集电极连接,通过并联配线部143和半导体装置20L的主端子70E使电容器C1的负极和下臂10L的发射极连接。这样,通过并联配线部133和半导体装置20U的主端子70C以及并联配线部143和半导体装置20L的主端子70E使上下臂电路10与电容器C1并联连接,从而构成并联电路11。此外,构成为通过共用配线部132、142,使并联电路与电力线即VH线12H、N线13连接。
输出母线150是用于将上臂10U和下臂10L的连接点连接到电动发电机的三相绕组的母线。输出母线150也被称为O母线。输出母线150在Y方向上配置于主端子70侧而不配置于信号端子80侧。输出母线150将板厚方向设为Y方向,以不具有弯曲部的方式在X方向上延伸。输出母线150构成输出配线15的至少一部分。另外,也可以在输出母线150的周边配置未图示的电流传感器。
输出母线150具有Z方向的长度即宽度较宽的宽幅部151和宽度比宽幅部151窄的窄幅部152。窄幅部152与宽幅部151的一端相连,并与宽幅部151大致共面,在X方向上延伸。宽幅部151的整体配置于保护构件180的内部,窄幅部152的一部分配置于保护构件180的内部,其余一部分向保护构件180的外部突出。
宽幅部151设置成在X方向上与并联配线部143的远离中心线CL1的端部和并联配线部133的远离中心线CL1的端部的范围基本一致。在X方向上,在宽幅部151的前端配置有供给管121。宽幅部151设置成在Y方向上与弯曲部135、145之间具有规定的间隔。规定的间隔是指,例如在半导体装置20U中,与从主端子70C、70E的突出前端之间的长度减去输出母线150的板厚而得到的长度基本一致。宽幅部151在Z方向上设于从与电容器C1重叠的位置到构成第二级热交换部123的板125的范围。
在宽幅部151形成有多个通孔153。在该通孔153插入有半导体装置20U的主端子70E和半导体装置20L的主端子70C。在插入状态下,主端子70通过激光焊接等与宽幅部151(输出母线150)连接。此外,以避开通孔153的方式构成与P母线130相对的相对部154p和与N母线140相对的相对部154n。输出母线150的相对部154p和P母线130的相对部135a在Y方向上以具有规定的间隔的方式相对,输出母线150的相对部154n和N母线140的相对部145a在Y方向上以具有规定的间隔的方式相对。
由于存在供给管121,因此并联配线部143与并联配线部133相比宽度更窄。由此,相对部145a与相对部135a相比宽度更窄。然而,在电容器C1中,将负极端子配置于热交换部123的相反侧,从而增加了相对部145a的延伸长度,使相对部145a与相对部135a相比Z方向(延伸方向)的长度更长。由此,相对部135a和相对部154p的相对面积与相对部145a和相对部154n的相对面积基本相等。能在X方向上抑制体积增大,并且减小电感。
驱动基板160是通过在印刷基板安装有未图示的电子部件形成的。在驱动基板160形成有从控制电路部9输入有驱动指令的驱动电路部(驱动器)。驱动基板160相当于电路基板。驱动基板160俯视呈大致矩形形状。在本例中,驱动基板160的大小在X方向上与冷却器120的热交换部123基本一致,在Y方向上比热交换部123长。在Z方向上投影观察时,驱动基板160设置成与半导体装置20U、20L的大部分重叠。具体地,设置成与除了主端子70的一部分之外的部分重叠。在Y方向上,主端子70的一部分、弯曲部135、145、输出母线150配置成没有与驱动基板160重叠。此外,在主端子70的相反侧,共用配线部132、142向驱动基板160的外侧突出。
在驱动基板160,连接有半导体装置20的信号端子80。在本例中,在驱动基板160形成有未图示的多个通孔,在各通孔插入安装信号端子80。由此,从形成于驱动基板160的驱动电路部通过信号端子80输出驱动信号。信号端子80在X方向上排列配置。多个信号端子80在驱动基板160的Y方向的一方的端部附近,以在X方向上排成一列的方式插入安装。
外部连接端子170是用于将形成有控制电路部9的未图示的控制基板和驱动基板160电连接的端子。在驱动基板160连接有多个外部连接端子170。在本例中,在驱动基板160形成有未图示的多个通孔,在各通孔插入安装外部连接端子170。外部连接端子170的一部分将控制电路部9的驱动指令向驱动基板160的驱动电路部传递。
外部连接端子170呈大致L字形。外部连接端子170具有一个大致90度的弯曲部。外部连接端子170中,从与驱动基板160连接的连接部到弯曲部的部分沿Z方向延伸,从弯曲部到前端的部分向Y方向的共用配线部132、142侧延伸。此外,从前端起规定范围的部分向保护构件180的外部突出。
保护构件180对构成电源模块110的其他元件进行保护。保护构件180呈电源模块110的外轮廓。作为保护构件180,可以使用将其他元件一体地密封的密封树脂件、预先成型的壳体等。在壳体的情况下,为了提高保护性,也可以一起使用灌封构件等。在本例中,采用密封树脂件作为保护构件180。密封树脂件是通过使用环氧树脂等树脂材料而成型的构件,也被称为模塑树脂、树脂成型件。密封树脂件例如通过传递模塑法成型。
保护构件180在Z方向上具有一面181以及与一面181相反的背面182。一面181和背面182为与Z方向正交的平面。本例的保护构件180呈大致方锥梯形形状。因此,保护构件180具有四个侧面183~186。当将一面181设为基准面时,任意侧面183~186均成为和一面181所成的角度为锐角的倾斜面。
构成电源模块110的元件从一面181侧朝向背面182依次配置为N母线140的连接部141、电容器C1、P母线130的连接部131、第一级热交换部123、半导体装置20、第二级热交换部123、驱动基板160。供给管121和排出管122从一面181向保护构件180的外部突出。没有任何构件从背面182突出。另外,虽然未图示,但是从一面181侧朝向背面182依次配置为驱动基板160、第一级热交换部123、半导体装置20、第二级热交换部123、N母线140的连接部141、电容器C1、P母线130的连接部131。
P母线130和N母线140的共用配线部132、142在Y方向上从信号端子80侧的侧面183向保护构件180的外部突出。外部连接端子170也从侧面183突出。如图21所示,在X方向上,在半导体装置20U侧的外部连接端子170与半导体装置20L侧的外部连接端子170之间配置有共用配线部132、142。此外,如图22所示,外部连接端子170在靠近背面182的位置突出,共用配线部132、142在靠近一面181的位置突出。没有任何构件从与侧面183相反的侧面184即主端子70侧的侧面184突出。输出母线150的窄幅部152在X方向上从半导体装置20U侧的侧面185向保护构件180的外部突出。没有任何构件从与侧面185相反的侧面186即半导体装置20L侧的侧面突出。
这样,仅供给管121和排出管122从保护构件180的一面181突出。因此,在一面181侧配置与电源模块110分体的冷却器,由此来冷却电源模块110时,容易将分体的冷却器和供给管121、排出管122连接。由于共用配线部132、142和输出母线150从不同的侧面突出,因此能简化与电力线、三相绕组的连接。
此处,伴随上下臂电路10的切换而产生的电涌随着每单位时间的电流变化量(电流变化率)变大、或者配线电感变大而变大。通过在电源模块110中减小配线电感实现了电涌的减小。以下,对电源模块110的结构中的减小配线电感来实现电涌减小的结构进行说明。
图28是从图1的等效电路图提取逆变器7、平滑电容器C2和电动发电机3而示出的电路图,并图示了电路的配线电感。如图28中的点划线所示,如上所述,各相的电源模块110在P线12与N线13之间并联连接。
此外,将在P线12中的连接有各相的电源模块110之间的部分产生的配线电感称为相间上电感L2P。具体地,在P线12中的与U相的共用配线部132连接的连接部位和与V相的共用配线部132连接的连接部位的相间部分产生的配线电感是相间上电感L2P。此外,在P线12中的与V相的共用配线部132连接的连接部位和与W相的共用配线部132连接的连接部位的相间部分产生的配线电感是相间上电感L2P。此外,将与相间上电感L2P成比例地产生的阻抗称为相间上阻抗。
此外,将在N线13中的连接有各相的电源模块110之间的部分产生的配线电感称为相间下电感L2N。具体地,在N线13中的与U相的共用配线部142连接的连接部位和与V相的共用配线部142连接的连接部位的相间部分产生的配线电感是相间下电感L2N。此外,在N线13中的与V相的共用配线部142连接的连接部位和与W相的共用配线部142连接的连接部位的相间部分产生的配线电感是相间下电感L2N。此外,将与相间下电感L2N成比例地产生的阻抗称为相间下阻抗。
将电源模块110的内部中的从电容器C1的正极端子到上臂10U的电气路径的配线电感称为相内上电感L1P。具体地,在P母线130的平行部134和弯曲部135处产生的配线电感是相内上电感L1P。此外,将形成相内上电感L1P的部分的配线称为上配线11Pa,将与相内上电感L1P成比例地产生的阻抗称为相内上阻抗。
将电源模块110的内部中的从电容器C1的负极端子到下臂10L的电气路径的配线电感称为相内下电感L1N。具体地,在N母线140的平行部144和弯曲部145处产生的配线电感是相内下电感L1N。此外,将形成相内下电感L1N的部分的配线称为下配线11Na,将与相内下电感L1N成比例地产生的阻抗称为相内下阻抗。
虽然在图28中,以逆变器7为例说明各阻抗,但是对于逆变器8和转换器6,各阻抗也如下所述地对应。即,将设于各相中的第一相的电源模块110设为第一电源模块,将设于第二相的电源模块110设为第二电源模块。此外,第一电源模块中的从电容器C1的正极端子到上臂10U的电气路径的阻抗相当于相内上阻抗。从第一电源模块的电容器C1的正极端子到第二电源模块的上臂10U的电气路径的阻抗相当于相间上阻抗。第一电源模块中的从电容器C1的负极端子到下臂10L的电气路径的阻抗相当于相内下阻抗。从第一电源模块的电容器C1的负极端子到第二电源模块的下臂10L的电气路径的阻抗相当于相间下阻抗。
此外,形成相间上电感L2P的配线长度比形成相内上电感L1P的配线长度长。因此,相间上电感L2P大于相内上电感L1P,相间上阻抗大于相内上阻抗。形成相间下电感L2N的配线长度比形成相内上电感L1P的配线长度长。因此,相间下电感L2N大于相内下电感L1N,相间下阻抗大于相内下阻抗。另外,相间上电感L2P和相间下电感L2N均比相内上电感L1P与相内下电感L1N相加的值大。
图28的箭头Y1表示在由V相的并联电路11形成的闭环电路中,电涌电压被电容器C1吸收的路径。上述电涌电压是在V相的开关元件Q1、Q2接通、断开时产生的。在U相和W相中也同样地,如箭头Y1所示,电涌电压被电容器C1吸收。这样,在同一相内产生和吸收的电涌电压在以下的说明中也被称为自电涌电压。
闭环电路是由并联电路11形成,并且依次与电容器C1的正极端子、上配线11Pa、上下臂电路10、下配线11Na和电容器C1的负极端子串联连接的不包括电力线的电路。闭环电路也可以说是如上所述地吸收电涌电压的路径,以及从电容器C1向开关元件Q1、Q2供给切换开关元件Q1、Q2时所需的电荷的路径。
此外,闭环电路是不包括共用配线11P、11N的电路。换言之,P母线130分支为形成上配线11Pa的图28中的双点划线所示的部分和形成共用配线11P的部分。P母线130的共用配线11P也被称为将P线12和上配线11Pa连接的上电力配线。N母线140分支为形成下配线11Na的图28中的双点划线所示的部分和形成共用配线11N的部分。N母线140的共用配线11N也被称为将N线13和下配线11Na连接的下电力配线。
图28中的箭头Y2表示V相中产生的自电涌电压从V相的闭环电路通过电力线向W相的闭环电路传递时的路径。这样,使多个上下臂电路10彼此发生干涉的电涌电压在以下的说明中也被称为干涉电涌电压。和在V相与W相之间传递的干涉电涌电压相同地,在V相与U相之间、W相与U相之间也会产生干涉电涌电压。不过,由于相间上电感L2P远远大于相内上电感L1P,因此几乎不会产生从另一相向自相传递的干涉电涌电压,该干涉电涌电压远远小于自电涌电压。
另外,当向并联连接的上下臂电路10供给电荷时,瞬间从平滑电容器C2向电容器C1供给电荷。由此,成为电容器C1能再次供给电荷的状态。
接着,对电源模块110的效果进行说明。
电源模块110包括:上下臂电路10、电容器C1、上配线11Pa、下配线11Na、作为上电力配线的共用配线11P以及作为下电力配线的共用配线11N。上配线11Pa将电容器C1的正极端子和上臂10U连接,下配线11Na将电容器C1的负极端子和下臂10L连接。共用配线11P、11N将上配线11Pa和下配线分别与电力线连接。
因此,电源模块110形成不包括电力线的闭环电路。因此,当从电容器C1供给切换上下臂电路10时所需的电荷时,电荷供给路径不包括电力线。因此,能缩短上述路径的配线、即缩短上配线11Pa和下配线11Na。另一方面,当与本实施方式相反地去除了电容器C1时,从平滑电容器C2供给切换时所需的电荷。在这种情况下,由于从平滑电容器C2向上下臂电路10供给电荷的电气路径包括了电力线,因此有可能无法充分缩短该电气路径。
综上,根据电源模块110,与去除了电容器C1的情况相比,能更容易缩短作为产生电涌电压的主要原因之一的配线的长度。因此,能减小与自电涌电压相关的配线电感L1P、L1N,进而能减小在上下臂电路10中产生的自电涌电压。并且,由于闭环电路不包括电力线,因此使自电涌电压难以与电力线叠加。因此,能够抑制自电涌电压通过电力线与其他上下臂电路10发生干涉的情况。
此外,能如上所述地减小电涌电压的电源模块110分别设于各相。因此,能促进对上下臂电路10彼此通过电力线与自电涌电压相互干涉进行抑制。
此外,在本例中,上臂10U具有多个与上配线11Pa连接的主端子70C,下臂10L具有多个与下配线11Na连接的主端子70E。因此,能在互相相邻的主端子70C、70E彼此之间使自电涌电压相互抵消,从而减小相内上电感L1P和相内下电感L1N。因此,促进了自电涌电压的减小。
此外,在本例中,包括了将上臂10U具有的主端子70E和下臂10L具有的主端子70C连接的输出母线150(即输出配线15)。输出母线150具有与上配线11Pa和下配线11Na相对的相对部154p、154n。因此,能在输出母线150的相对部154p、154n与上配线11Pa、下配线11Na之间,使自电涌电压相互抵消,从而能减小相内上电感L1P和相内下电感L1N。因此,促进了自电涌电压的减小。尤其在本例中,在包括了一合一封装结构的半导体装置20的结构中,在Y方向上,使P母线130和N母线140与输出母线150相对。此外,在Y方向上投影观察时,输出母线150和半导体装置20重叠,在Y方向上,在半导体芯片40U与输出母线150之间配置有P母线130的相对部135a。同样地,在Y方向上,在半导体芯片40L与输出母线150之间配置有N母线140的相对部145a。因此,从P母线130经由半导体芯片40U到输出母线150的电流路径和从输出母线150经由半导体芯片40L到N母线140的电流路径如图23中的双点划线的箭头所示。因此,与使构成上下臂电路10的两个半导体芯片封装化为一个的二合一封装相比,能缩小电流回路的面积。由此,能进一步减小自电涌电压。
此外,在本例中,相间上阻抗比相内上阻抗大。此外,相间下阻抗比相内下阻抗大。因此,如图28的箭头Y2所示,能抑制电涌电压跨过各相的闭环电路传递而发生干涉。
此外,在本例中,包括与上下臂电路10并联连接并使电力线的电压平滑化的平滑电容器C2。由此,能抑制电力线的电压波动。此外,由于能从平滑电容器C2瞬间向电容器C1供给电荷,因此能抑制电容器C1的电容。由此,能实现电容器C1的小型化。
虽然示出了使用两个一合一封装结构的半导体装置20作为半导体装置20的例子,但是不限定于此。也可以使用以构成形成上下臂电路10的两个臂(上臂10U和下臂10L)的元件单位进行封装化而成的二合一封装结构的半导体装置。
主端子70的配置也不限定于示例。在一合一封装的情况下,只要各具有至少一个主端子70C、70E即可。也可以将处于相同电位的主端子70分割成多个。例如也可以将主端子70C分割成多个。能通过多根并排来减小分割后的主端子整体的电感。在二合一封装的情况下,只要使输出端子具有至少各一个上臂10U侧的主端子70C和下臂10L侧的主端子70E即可。
在图27所示的例子中,共用配线部132、142相对于连接部131、141向与平行部134、144相反的一侧延伸。与此相对,如图29所示,共用配线部132、142相对于连接部131、141向与平行部134、144相同的一侧延伸。此外,也可以使上臂10U和下臂10L的共用配线部132、142延伸的方向不同。例如,共用配线部132、142不必彼此相对配置。
虽然在图27所示的例子中,上臂10U和下臂10L具有多个主端子70C、70E,但是只要具有一个主端子70C、70E即可。此外,虽然在图27所示的例子中,主端子70C和主端子70E交替地并排配置,但是也可以是多个主端子70C并排配置,或者也可以是多个主端子70E并排配置。
也可以与图27所示的例子相反,使相间上阻抗比相内上阻抗小。此外,也可以使相间下阻抗比相内下阻抗大。
作为电源模块110的另一例,也可以去除电源模块110包括的冷却器120、驱动基板160和保护构件180的至少一个。此外,也可以是去除了平滑电容器C2的电力转换装置5。电容器C1也可以构成为配置于保护构件180的外部。冷却器120的结构不限定于示例。也可以构成为使构成上下臂电路10的半导体装置20的一部分插入冷却器120内的流路126并浸渍于制冷剂。也可以在上述结构中,将电容器C1配置于冷却器120上,并将电容器C1和半导体装置20连接。能通过浸渍从双面侧冷却半导体装置20并且抑制电涌电压。
(第二实施方式)
本实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。实施方式中,作为保护构件180示出了密封树脂件的例子。除此之外,在本实施方式中,使用壳体187和密封材料188作为保护构件180。
如图30~图32所示,本实施方式的电源模块110包括:半导体装置20、冷却器120、电容器C1、P母线130、N母线140、输出母线150、驱动基板160以及保护构件180。在图30中,为了方便省略了半导体装置20的主端子70和密封材料188进行图示。在图31和图32中,省略了驱动基板160进行图示。此外,简化了构成电源模块110的元件进行图示。
构成保护构件180的壳体187呈筒状。壳体187俯视呈大致矩形环状。既可以使用树脂材料形成壳体187,也可以使用金属材料形成壳体187。例如可以采用通过注塑成型而形成的树脂成型件、通过铸件法形成的金属成型件。也可以采用使用了金属部件的嵌件成型体。
壳体187在Z方向上延伸。壳体187在Z方向的两端具有开口部187a、187b。壳体187具有通孔187c。通孔187c向开口部187b侧的端面187d开口,并且与筒状内部的空间连通。通孔187c在X方向上设于壳体187的两端。在壳体187内配置有:半导体装置20的至少一部分、冷却器120的一部分、电容器C1、各母线130、140、150各自的一部分。
与先前的实施方式同样地,冷却器120具有供给管121、排出管和配置成多级的热交换部123。此外,在与热交换部123之间配置有半导体装置20。在本实施方式中,构成上臂10U的半导体装置20U和构成下臂10L的半导体装置20L在X方向上并排配置。此外,两个半导体装置20U、20L被两个热交换部123夹持。在本实施方式中,供给管121和排出管122的排列方向沿着X方向。在供给管121与排出管122之间配置有半导体装置20。
在热交换部123之一一体地设有封闭板127。封闭板127设置成封闭壳体187的开口部187a。封闭板127例如设置成平板状。封闭板127相对于热交换部123固定于与半导体装置20侧的面相反的面。如图31和图32所示,冷却器120以使封闭板127封闭开口部187a的方式组装于壳体187。封闭板127通过粘接、螺纹固定等固定于壳体187。封闭板127作为壳体187的底发挥作用。
在本实施方式中,在开口部187a侧的端面187e设有内周侧较低的台阶。在端面187e的台阶部分配置有封闭板127的外周缘部,在该配置状态下使冷却器120固定于壳体187。开口部187a相当于开口端。
电容器C1和P母线130、N母线140以及输出母线150一起形成电容器单元190。电容器单元190具有壳体191。壳体191作为收容电容器C1的外壳发挥作用。壳体191作为将各母线130、140、150保持成能和外部连接的端子台的外壳发挥作用。这样,电容器C1、P母线130、N母线140以及输出母线150被一体地保持。与先前实施方式相同,半导体装置20U的主端子70C与P母线130电连接。半导体装置20L的主端子70E与N母线140电连接。半导体装置20U的主端子70E和半导体装置20L的主端子70C与输出母线150电连接。
电容器单元190在壳体187内配置于冷却器120上。电容器单元190在与半导体装置20相反的一侧配置于没有设置封闭板127的一侧的热交换部123。P母线130和N母线140的共用配线部132、142在X方向的一端侧通过通孔187c向壳体187的外部突出。共用配线部132、142在Z方向上向热交换部123的相反侧延伸。输出母线150在与P母线130和N母线140相反一侧的端部通过通孔187c向壳体187的外部突出。输出母线150的突出部分也在Z方向上向热交换部123的相反侧延伸。
电源模块110还包括电流传感器200。电流传感器200对流过输出母线150的电流进行检测。因此,电流传感器200配置于输出母线150附近。在本实施方式中,电流传感器200具有传感器主体部201和引线202。在传感器主体部201形成有磁电转换元件。作为磁电转换元件,可以采用例如霍尔元件、GMR元件、TMR元件等磁阻效应元件。电流传感器200的引线202安装于例如插入安装于驱动基板160。壳体191在驱动基板160一侧的面上具有凹部191a。传感器主体部201在插入配置于凹部191a的状态下,对流过母线150的电流(相电流)进行检测。
驱动基板160相对于电容器单元190配置于与冷却器120相反的一侧。在本实施方式中,驱动基板160配置成封闭壳体187的开口部187b。驱动基板160在配置于开口部187b一侧的端面187d的状态下,固定于壳体187。电流传感器200在X方向上安装于驱动基板160的一端。驱动基板160在输出母线150一侧的端部具有凸部161。凸部161向开口部187b的相反侧即外侧突出。
电流传感器200安装于凸部161。电流传感器200在安装于驱动基板160的状态下,沿Z方向延伸。此外,在壳体187的外部配置于输出母线150的突出部分附近。
构成保护构件180的密封材料188对收容于壳体187内的元件的至少一部分进行密封。作为密封材料188,可以采用电绝缘性的材料例如树脂、凝胶。密封材料188有时被称为灌封材料。密封材料188对半导体装置20和电容器C1的至少一部分进行密封。密封材料188优选配置于电位不同的构件之间。
在本实施方式中,以封闭板127作为底侧填充密封材料188。密封材料188以一体地覆盖半导体装置20包括的所有主端子70的方式,仅配置于主端子70周围。密封材料188夹在主端子70C、70E之间。
这样,在本实施方式中,冷却器120封闭壳体187的开口部187a。因此,除了先前实施方式所记载的效果之外,还能通过密封材料188进行密封,并且简化结构。
此外,包括冷却器120的壳体187呈有底筒状。因此,能从开口部187b侧向壳体187内填充密封材料188。由此,能在壳体187内保持密封材料188,并确保主端子70C、70E之间的绝缘。另外,被密封材料188绝缘的不同的电位之间不限定于主端子70C、70E。也可以是母线130、140、150之间。也可以是主端子70与电位和该主端子70不同的母线之间。尤其在本实施方式中,由于将密封材料188仅配置于主端子70周围,因此能抑制密封材料188的使用量,并确保主端子70C、70E之间的绝缘。
另外,虽然示出了通过冷却器120封闭壳体187的开口部187a的例子,但是不限定于此。也可以通过驱动基板160封闭壳体187的开口部187a。
虽然示出了驱动基板160配置于开口部187a侧的例子,但是不限定于此。也可以构成为驱动基板160相对于冷却器120配置于与电容器单元190相反的一侧。在这种情况下,也可以构成为通过驱动基板160和冷却器120这二者来封闭开口部187a。
壳体187内的密封材料188的配置不限定于示例。例如也可以如图33所示,构成为以完全密封到电容器单元190侧的热交换部123为止的方式填充密封材料188。在这种情况下,在热交换部123与主端子70之间也配置有电绝缘性的密封材料188。因此,能拉近热交换部123(冷却器120)与主端子70之间的距离。
在图33中,在热交换部123中的主端子70侧的端部设置突起部123a。突起部123a相对于热交换部123中的半导体装置20的配置部位向Z方向突出。通过使金属制的热交换部123(突起部123a)靠近主端子70,能减小主端子70的电感。由此,能减小电涌电压。此外,也可以通过密封材料188填充壳体187。
壳体187的Z方向的长度不作特别限定。金属制的壳体187作为对噪声的屏蔽板发挥作用。因此,当采用金属制的壳体187时,最好使壳体187的Z方向的长度比半导体装置20、冷却器120以及电容器单元190的层叠体长。由此,能通过壳体187有效地屏蔽外来噪声。此外,能有效地屏蔽半导体装置20产生的噪声向外部传播。
在图34~图36所示的例子中,金属制的壳体187还包括与信号端子80对应的通孔187f。通孔187f向端面80d中的信号端子80侧的部分开口,并且与筒状内部的空间连通。通孔187f在Z方向上延伸。通孔187f在俯视呈大致矩形环状的端面187d中,在四个边中的一个开口。通孔187f在与通孔187c不同的边开口。在本实施方式中,将所有信号端子80插通于一个通孔187f。也可以针对各半导体装置20将通孔187f分开。在图35中,为了方便省略了驱动基板160进行图示。
信号端子80具有弯曲部,在ZX平面上呈大致L字形。信号端子80中的在Z方向上延伸的部分插通通孔187f。信号端子80的一部分从端面187d突出。由于信号端子80的一部分被金属制的壳体187包围,因此能通过壳体187有效地屏蔽噪声。另外,也可以在壳体187设置向端面187e侧开口的通孔,并使信号端子80向端面187e侧突出。
(第三实施方式)
本实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在实施方式中,没有特别提及从电力配线(共用配线11N、11P)向上配线11Pa和下配线11Na的分支结构。在本实施方式中,考虑热量的影响来确定分支结构。
图37示出了本实施方式的电源模块110的等效电路图。图37是从图1的等效电路图提取逆变器7、平滑电容器C2以及电动发电机3而示出的电路图。
如图37所示,上配线11Pa以和共用配线11P(上电力配线)的连接点Np为基准分成两个部分。上配线11Pa从连接点Np分支成两个。上配线11Pa具有第一配线部11Pb和第二配线部11Pc。第一配线部11Pb是将上臂10U的集电极和连接点Np电连接的配线部分。第二配线部11Pc是将电容器C1的正极端子和连接点Np电连接的配线部分。逆变器7的各相是相同的结构。
下配线11Na以和共用配线11N(下电力配线)的连接点Nn为基准分成两个部分。下配线11Na从连接点Nn分支成两个。下配线11Na具有第一配线部11Nb和第二配线部11Nc。第一配线部11Nb是将下臂10N的发射极和连接点Nn电连接的配线部分。第二配线部11Pc是将电容器C1的负极端子和连接点Nn电连接的配线部分。逆变器7的各相是相同的结构。
这样,上配线11Pa和下配线11Na具有从和对应的共用配线11P、11N(电力配线)的连接点Np、Nn到对应的臂的第一配线部11Pb、11Nb。上配线11Pa和下配线11Na具有从连接点Np、Nn到电容器C1的对应的端子的第二配线部11Pc、11Nc。
此外,在上配线11Pa和下配线11Na的至少一方中,第一配线部11Pb、11Nb的配线电阻比第二配线部11Pc、11Nc的配线电阻小。
此外,在上配线11Pa中,将第一配线部11Pb的配线电阻设为Rpb、将第二配线部11Pc的配线电阻设为Rpc。在下配线11Na中,将第一配线部11Nb的配线电阻设为Rnb、将第二配线部11Nc的配线电阻设为Rnc。例如当上配线11Pa满足了关系时,配线电阻Rpb<配线电阻Rpc。当下配线11Na满足了关系时,配线电阻Rnb<配线电阻Rnc。
图38是示出了构成为满足关系的电源模块110的示意图。图38中,简化电源模块110并示出。在图38中,作为构成电源模块110的元件,示出了半导体装置20(20U、20L)、P母线130、N母线140以及电容器C1。与先前实施方式相同,电源模块110也可以连同上述元件一起包括冷却器120、输出母线150、驱动基板160以及保护构件180的至少一个。
当包括了保护构件180时,如先前实施方式所示,可以使用密封树脂件、成型后的树脂壳体、金属壳体等。在壳体的情况下,也可以向壳体内填充密封材料。此外,也可以使用在树脂表面层叠配置有金属的薄膜来构成保护构件180。作为上述薄膜,例如存在将金属箔贴合于树脂的层压薄膜、在树脂表面蒸镀金属的蒸镀薄膜。作为金属,可以使用例如铝。
共用配线11P和上配线11Pa被提供为P母线130。共用配线11N和下配线11Na被提供为N母线140。P母线130具有共用配线部132和并联配线部133。N母线140具有共用配线部142和并联配线部143。在图38中,共用配线部132、142与对应的并联配线部133、143相连。共用配线部132相当于共用配线11P。共用配线部142相当于共用配线11N。
在半导体装置20和电容器C1的排列方向上,在半导体装置20与电容器C1之间配置有并联配线部133、143。并联配线部133、143配置成板面彼此相对。在排列方向上,在并联配线部133的一端侧设有未图示的连接部131,在另一端侧设有和半导体装置20U连接的连接部。在排列方向上,在并联配线部143的一端侧设有未图示的连接部141,在另一端侧设有和半导体装置20L连接的连接部。
并联配线部133、143各自的厚度基本均匀。并联配线部133、143各自在与排列方向正交的方向上的宽度基本恒定。共用配线部132在排列方向上靠近半导体装置20的位置处与并联配线部133相连。连结点相当于连接点Np。共用配线部132与半导体装置20U、电容器C1之间的电流路径如虚线箭头所示,从共用配线部132向宽度方向两侧分支。半导体装置20U的电流路径比电容器C1的电流路径短。半导体装置20U的从连接点Np起的配线长度比电容器C1的从连接点Np起的配线长度短。由此,成为配线电阻Rpb<配线电阻Rpc。
同样地,共用配线部142在排列方向上靠近半导体装置20的位置处与并联配线部143相连。连结点相当于连接点Nn。共用配线部142与半导体装置20L、电容器C1之间的电流路径如实线箭头所示,从共用配线部142向宽度方向两侧分支。半导体装置20L的电流路径比电容器C1的电流路径短。半导体装置20L的从连接点Nn起的配线长度比电容器C1的从连接点Nn起的配线长度短。由此,成为配线电阻Rnb<配线电阻Rnc。
此处,交流电流和直流电流流过母线130、140。交流电流是在切换开关元件时流过的电流。直流电流是在接通开关元件的通常状态时流过的电流。电容器C1理想上仅通过交流电流。因此,在图38所示的电流路径上,在电容器C1一侧主要流过交流电流。在半导体装置20一侧流过直流电流和交流电流。此外,由直流电流产生的发热量与由交流电流产生的发热量相比更大。
在本实施方式中,与电容器C1相比,半导体装置20U的从共用配线部132起的配线长度更短。由此,成为配线电阻Rpb<配线电阻Rpc。由于直流电流流过的路径的配线电阻Rpb较小,因此能抑制由直流电流产生的发热量。由此,能减小向电容器C1传递的热量。
同样地,与电容器C1相比,半导体装置20L的从共用配线部142起的配线长度更短。由此,成为配线电阻Rnb<配线电阻Rnc。由于直流电流流过的路径的配线电阻Rnb较小,因此能抑制由直流电流产生的发热量。由此,能减小向电容器C1传递的热量。
虽然示出了满足配线电阻Rpb<配线电阻Rpc和配线电阻Rnb<配线电阻Rnc这两个条件的例子,但是不限定于此。只要满足至少一方的条件即可。即使在仅满足一方的条件的情况下,与不满足任何条件的结构相比,也能抑制由直流电流产生的发热量。
由直流电流产生的发热量与由交流电流产生的发热量相比更大。通过将母线130、140的至少一部分设为露出结构,能有效地释放由直流电流产生的热量。最好使母线130、140中的直流电流流过的部分即与第一配线部11Pb、11Nb对应的部分的至少一部分从密封树脂件、密封材料露出。
在本实施方式中,示出了通过缩短配线长度,使到半导体装置20的配线电阻比到电容器C1的配线电阻小的例子。也可以通过使电流路径的截面积例如厚度、宽度不同,使到半导体装置20的配线电阻比到电容器C1的配线电阻小。
以下,示出了电源模块110的进一步具体的结构例。在以下示出的各个例子中,作为构成电源模块110的元件,示出了半导体装置20(20U、20L)、P母线130、N母线140以及电容器C1。电源模块110也可以连同上述元件一起包括冷却器120、输出母线150、驱动基板160以及保护构件180的至少一个。
图39和图40所示的电源模块110与先前实施方式(参照图30)所示的电源模块110对应。电容器C1的正极端子在Y方向上设于信号端子80一侧的侧面。负极端子在Y方向上设于主端子70一侧的侧面。
P母线130具有连接部131、共用配线部132、并联配线部133以及连接部137。共用配线部132相对于电容器C1配置于电容器C1的长度方向即X方向的一端侧。共用配线部132与并联配线部133相连。共用配线部132具有一个弯曲部,在ZX平面上呈大致L字形。共用配线部132具有:板厚方向与Z方向大致平行并从并联配线部133向X方向延伸的部分、以及板厚方向与X方向大致平行并向Z方向延伸的部分。
并联配线部133配置于电容器C1中的与半导体装置20相对的相对面即下表面一侧。并联配线部133配置于电容器C1与半导体装置20之间。并联配线部133在Y方向上延伸。在Y方向上,并联配线部133的一端侧具体为信号端子80一侧与连接部131相连。连接部131相对于并联配线部133弯曲。连接部131在Y方向上与电容器C1的正极端子连接。在并联配线部133中,与连接部131相反一侧的端部向主端子70一侧弯曲。并联配线部133在YZ平面上呈大致L字形。连接部137与并联配线部133的弯曲的前端相连。连接部137具有一个弯曲部,在YZ平面上呈大致L字形。连接部137与半导体装置20U的主端子70C连接。P母线130具有与主端子70C相同数量(四个)的连接部137。不使用焊接,而通过一块金属板来形成P母线130。
N母线140具有连接部141、共用配线部142、并联配线部143、连接部147以及连通部148。共用配线部142配置于与共用配线部132相同的一侧。共用配线部142具有一个弯曲部,在ZX平面上呈大致L字形。共用配线部142不与并联配线部143相连而与连通部148相连。共用配线部142具有:板厚方向与Z方向大致平行并从连通部148延伸的部分、以及板厚方向与X方向大致平行并向Z方向延伸的部分。共用配线部142的Z方向延伸部分和共用配线部132的Z方向延伸部分在Y方向上并排配置。共用配线部142的Z方向延伸部分在X方向上配置于比共用配线部132的Z方向延伸部分靠近电容器C1的位置。共用配线部142的一部分和共用配线部132的X方向延伸部分的板面彼此相对。
连通部148配置于电容器C1中的共用配线部132、142一侧的侧面和电容器C1中的与半导体装置20一侧的面相反的上表面。连通部148的侧面配置部分与共用配线部142相连,上表面配置部分与连接部141相连。连通部148将共用配线部142和连接部141连接。连通部148也可以说是共用配线部142的一部分。连接部141相对于连通部148的上表面配置部分弯曲,并与电容器C1的负极端子连接。并联配线部143和连接部141中的与连通部148相反的端部相连。
并联配线部143在Y方向上延伸。在并联配线部143中,与连接部141相反一侧的端部向主端子70一侧弯曲。并联配线部143在YZ平面上呈大致L字形。并联配线部143与并联配线部133相对配置。连接部147与并联配线部143的弯曲的前端相连。连接部147具有一个弯曲部,在YZ平面上呈大致L字形。连接部147与半导体装置20L的主端子70E连接。N母线140具有与主端子70E相同数量(五个)的连接部147。不使用焊接,而通过一块金属板来形成N母线140。
这样,在图39和图40所示的例子中,在P母线130一侧满足配线电阻Rpb<配线电阻Rpc。由此,能抑制由直流电流产生的发热量。在N母线140中,连接部141位于比连接部147靠近共用配线部142的位置。
此外,在电容器C1的上表面上配置有N母线140,在下表面上配置有P母线130。由此,能提高电容器C1的散热性。
另外,未图示的输出母线150是与先前实施方式(图30)相同的结构。输出母线150的与外部连接的连接部位以在与共用配线部132、142之间夹着电容器C1的方式,在X方向上配置于与共用配线部132、142相反的一侧。输出母线150以与连通部148、连接部141、并联配线部143相对(层叠)的方式延伸。输出母线150的延伸前端设有连接部。通过该连接部使半导体装置20U的主端子70E与半导体装置20L的主端子70C连接。
此外,未图示的冷却器120在Z方向上配置成从双面侧冷却半导体装置20。冷却器120的热交换部123之一经由P母线130的并联配线部133配置于半导体装置20与电容器C1之间。
在图41所示的例子中,电容器C1的端子是与图39所示的结构相反的配置。电容器C1的负极端子在Y方向上设于信号端子80一侧的侧面,正极端子设于主端子70一侧的侧面。N母线140是与图39所示的例子的P母线130相同的结构。N母线140具有连接部141、共用配线部142、并联配线部143以及连接部147。共用配线部142与并联配线部143相连。并联配线部143配置于电容器C1的下表面与半导体装置20之间。并联配线部143在Y方向上延伸,并在信号端子80一侧与连接部141相连。在与连接部141相反的一侧,并联配线部143向主端子70一侧弯曲。连接部147与并联配线部143的弯曲的前端相连。
P母线130具有连接部131、共用配线部132、并联配线部133以及连接部137。共用配线部132在Y方向上靠近正极端子,并与并联配线部133相连。并联配线部133配置于电容器C1的下表面与半导体装置20之间。并联配线部133配置于并联配线部143与电容器C1之间。并联配线部133在Y方向上延伸。并联配线部133中的主端子70一侧的端部与连接部131、137相连。在X方向上,并联配线部133的端部中的在X方向上靠近共用配线部132、142一侧的一部分向主端子70一侧弯曲。此外,连接部137与并联配线部133的弯曲的前端相连。在X方向上,并联配线部133的其余部分与在Z方向上延伸且从连接部131一侧延伸出的部分焊接。以下,将并联配线部133的焊接部分示出为焊接部133a。
在图41所示的结构中,在共用配线部132与连接部131之间的电流路径上设有焊接部133a,焊接部133a的折返部分较长。由此,P母线130满足配线电阻Rpb<配线电阻Rpc。在N母线140中,连接部141位于比连接部147靠近共用配线部142的位置。
代替图39和图41所示的结构,也可以构成为,在N母线140中满足配线电阻Rnb<配线电阻Rnc,在P母线130中连接部131比连接部137靠近共用配线部132。
在图42所示的例子中,电容器C1的正极端子在Z方向上设于半导体装置20一侧的下表面,负极端子设于与下表面相反的上表面。P母线130具有未图示的连接部131、共用配线部132、并联配线部133、连接部137以及连通部138。连通部138将共用配线部132和并联配线部133连接。连通部138也可以说是共用配线部132的一部分。连通部138在XY平面上延伸。一端与共用配线部132相连,另一端与并联配线部133相连。并联配线部133与图39相同地具有弯曲部,且在弯曲前端与连接部137相连。并联配线部133具有在Z方向上延伸的焊接部133a。并联配线部133在Y方向上从焊接部133a向电容器C1一侧延伸,经由弯曲部向电容器C1的下表面一侧延伸。此外,连接部131与并联配线部133的前端相连。
N母线140具有连接部141、共用配线部142、并联配线部143、连接部147以及连通部148。连通部148将共用配线部142和并联配线部143连通。连通部148的一部分与连通部138相对。并联配线部143与图39相同地具有弯曲部,且在弯曲前端与连接部147相连。在X方向上,并联配线部143的弯曲部与并联配线部133的弯曲部并排配置。并联配线部143具有在Z方向上延伸的焊接部143a。并联配线部143在Y方向上从焊接部143a向电容器C1一侧延伸,经由弯曲部向电容器C1的上表面一侧延伸。此外,连接部141与并联配线部143的前端相连。并联配线部143的一部分与并联配线部133相对。
这样,在图42所示的例子中,在P母线130一侧满足配线电阻Rpb<配线电阻Rpc。在N母线140一侧,满足配线电阻Rnb<配线电阻Rnc。此外,在电容器C1的上表面上配置有N母线140,在下表面上配置有P母线130。
在图43所示的例子中,与图42相同地,电容器C1的正极端子在Z方向上设于半导体装置20一侧的下表面,负极端子设于与下表面相反的上表面。在不具有母线130、140的焊接部这方面,与图42不同。与图39所示的结构相同,并联配线部133、143的弯曲部遍及X方向的大致全长地彼此相对。由此,在比图42所示的例子宽的范围内,使并联配线部133、143相对配置。
在图43所示的例子中,在P母线130一侧满足配线电阻Rpb<配线电阻Rpc。在N母线140一侧,满足配线电阻Rnb<配线电阻Rnc。此外,在电容器C1的上表面上配置有N母线140,在下表面上配置有P母线130。另外,代替图42和图43所示的结构,也可以构成为电容器C1的负极端子设于下表面,正极端子设于上表面。
在图44所示的例子中,电容器C1的负极端子在X方向上设于共用配线部132、142一侧的侧面,正极端子设于与负极端子相反的侧面。在图44中,为了方便省略了主端子70C、70E进行图示。在图44中,与图42相同,并联配线部133、143的弯曲部在X方向上排列。并联配线部133的弯曲部设于远离共用配线部132、142的一侧。并联配线部133的弯曲前端与连接部137相连。并联配线部133具有焊接部133a。并联配线部133具有包括焊接部133a的Z方向延伸部分和朝向正极端子在XY面内延伸的部分。
并联配线部143的弯曲部设于靠近共用配线部132、142的一侧。并联配线部143的弯曲前端与连接部147相连。并联配线部143具有焊接部143a。并联配线部143具有包括焊接部143a的Z方向延伸部分和朝向负极端子在XY面内延伸的部分。
在图44所示的例子中,在P母线130一侧满足配线电阻Rpb<配线电阻Rpc。在N母线140一侧,满足配线电阻Rnb<配线电阻Rnc。另外,代替图44所示的结构,也可以构成为电容器C1的正极端子设于共用配线部132、142一侧的侧面,负极端子设于与正极端子相反的侧面。
(第四实施方式)
本实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在第二实施方式中,示出了电源模块110包括电流传感器200的例子。在该实施方式中,对能提高电流传感器200检测电流的精度的结构进行说明。
如图46所示,本实施方式的电源模块110包括输出母线150、驱动基板160以及电流传感器200。输出母线150相当于输出配线。电源模块110是与第二实施方式(参照图30)基本相同的结构。
虽然省略了图示,但是电源模块110包括构成上下臂电路10的半导体装置20(20U、20L)。构成上臂10U的半导体装置20U的主端子70E和构成下臂10L的半导体装置20L的主端子70C与输出母线150连接。
此外,电源模块110包括:电容器C1、冷却器120、P母线130以及N母线140。电容器C1、P母线130、N母线140以及输出母线150一体化为电容器单元190。
如图46所示,输出母线150具有被检测部155和弯曲部156。被检测部155是在输出母线150中由电流传感器200检测电流的部分。电流传感器200的主体部201配置成检测在被检测部155中流动的电流。
被检测部155向一方向延伸。在本实施方式中,向X方向延伸。在被检测部155形成有贯通部155a。贯通部155a在被检测部155中贯通作为板面的一面155b与背面155c之间。贯通部155a为通孔或者在侧面开口的缺口。在本实施方式中,采用通孔作为贯通部155a。
如图30所示,电流传感器200安装于驱动基板160。电流传感器200从驱动基板160在Z方向上向被检测部155一侧延伸。主体部201插入壳体191的凹部191a(参照图30),并插通输出母线150的贯通部155a。主体部201通过贯通部155a配置于一面155b一侧和背面155c一侧这二者。虽然省略了图示,但是磁电转换元件分别配置于一面155b一侧、背面155c一侧。
弯曲部156相对于被检测部155弯曲。弯曲部156的一端与被检测部155相连。弯曲部156向与被检测部155不同的方向延伸。本实施方式的弯曲部156以具有大致90度的角度的方式相对于被检测部155弯曲,并在Z方向上延伸。弯曲部156具有端子部156a和相对部156b。
端子部156a在弯曲部156中设于与和被检测部155相连的一端相反的另一端侧。端子部156a是供其他构件连接、即供与构成电源模块110的元件不同的构件连接的部分。在本实施方式中,在输出母线150的端部设有端子部156a。
相对部156b是从端子部156a向被检测部155一侧延伸,并且和端子部156a一起与其他构件相对的部分。相对部156b的端部、具体为远离被检测部155的一侧的端部与端子部156a相连。相对部156b是在弯曲部156中从端子部156a起规定范围的部分。在弯曲部156中,除了端子部156a的部分的至少一部分为相对部156b。
在图46中,例示了母线241作为其他构件。如下所述,母线241、251相当于其他构件。在图46中,示出了电源模块110的输出母线150和母线241的连接结构。如下所述,母线241是和电源模块110一起构成电力转换装置5的元件。母线241具有端子部241a和延伸部241b。端子部241a相当于母线的连接部。
端子部241a是在母线241中与输出母线150的端子部156a连接的部分。端子部156a和端子部241a通过焊接等连接。端子部156a、241a优选在配置成板面彼此相对的状态下连接。输出母线150和母线241在端子部156a、241a的连接部分机械连接并电连接。在本实施方式中,在母线241的端部设有端子部241a。端子部241a的延伸长度和端子部156a的延伸长度大致相等。
延伸部241b是从端子部241a延伸的部分。延伸部241b的一端与端子部241a相连。延伸部241b的一部分和端子部241a一起与输出母线150的端子部156a和相对部156b相对配置。在延伸部241b中,从端子部241a起规定范围的部分与相对部156b相对配置。
在本实施方式中,延伸部241b在路径的中途以具有大致90度的角度的方式弯曲。延伸部241b具有弯曲部位241b1。在母线241中,从弯曲部位241b1向端子部241a一侧的部分向Z方向延伸。从弯曲部位241b1起相反侧的部分在X方向上向远离被检测部155的方向延伸。
此外,在输出母线150和母线241中,包括了对应的端子部156a、241a的Z方向的延伸长度彼此大致相等。具体地,比弯曲部位241b1靠端子部241a一侧的延伸部241b和端子部241a的延伸长度与相对部156b和端子部156a的延伸长度大致相等。在输出母线150和母线241中,由于弯曲而在Z方向上延伸的部分在全长的基本整个区域上彼此相对。输出母线150和母线241优选以板面相互面对的方式相对。另外,对于母线251,也是与母线241相同的结构。
图47示意性地示出了包括图46所示的电源模块110的电力转换装置5。在该电力转换装置5中,采用图46所示的输出母线150和母线241(以及母线251)的连接结构。
除了电源模块110之外,电力转换装置5还包括:外壳220、输入端子台230、输出端子台240、电抗器模块250以及电容器模块260。虽然除了后述的母线251之外都省略了图示,但是电力转换装置5还包括配线构件(例如母线)、冷却器、形成有控制电路部9的控制基板。配线构件将构成电力转换装置5的元件之间电连接。冷却器对外壳220内的元件例如电源模块110、电抗器模块250以及电容器模块260进行冷却。
如第一实施方式(参照图1)所示,电力转换装置5构成八个上下臂电路10。因此,电力转换装置5包括八个电源模块110。电力转换装置5包括:构成转换器6的两个电源模块110;以及构成逆变器7、8的六个电源模块110。多个电源模块110在例如Y方向上并排配置。电源模块110配置成使输出母线150位于X方向的同侧。
外壳220收容构成电源模块110的其他元件。外壳220是组装多个构件而构成的。作为典型例子是壳体与盖的组合。作为构成外壳220的构件,可以仅仅是金属构件、仅仅是树脂构件以及金属构件和树脂构件的组合。外壳220俯视呈大致矩形形状。
输入端子台230是用于将直流电源2和电力转换装置5电连接的部分。虽然省略了图示,但是输入端子台230具有正极端子和负极端子与将上述端子保持的外壳。正极端子与构成VL线12L的配线构件连接。负极端子与构成N线13的配线构件连接。输入端子台230配置于外壳220的四个角落之一的附近。在外壳220的壁面形成有开口部220a,输入端子台230能通过开口部220a与直流电源2电连接。
输出端子台240是用于将电动发电机3、4和电力转换装置5电连接的部分。输出端子台240具有:与构成逆变器7、8的多个电源模块110连接的多个母线241;以及保持上述母线241的罩壳242。母线241也会被称为输出端子。母线241构成输出配线15的至少一部分。输出端子台240配置成与外壳220的Y方向的侧壁之一相邻。在该侧壁形成有开口部220b,输出端子台240能通过开口部220b与电动发电机3、4的三相绕组电连接。
母线241从罩壳242向具有开口部220b的侧壁的相反侧突出。母线241的突出部分如图46所示,在ZX平面上呈大致L字形。各母线241以连接方式与对应的电源模块110的输出母线150连接。
电抗器模块250构成转换器6的电抗器R1、R2。电抗器模块250在Y方向上和电容器模块260并排配置。电抗器模块250在Y方向上配置于例如输入端子台230旁边。在X方向上,在电抗器模块250和电容器模块260与输出端子台240之间配置有电源模块110。
电抗器模块250具有多个未图示的端子。电抗器模块250经由一个端子与构成VL线12L的配线构件电连接。电抗器模块250经由另一个端子和构成升压配线14的母线251与构成转换器6的电源模块110的输出母线150电连接。母线251和输出母线150的连接方式与母线241和输出母线150相同。母线251具有端子部251a和延伸部251b。端子部251a与输出母线150的端子部156a连接。延伸部251b在路径的中途具有弯曲部位。比弯曲部位靠端子部251a侧的部分在Z方向上延伸。母线241、251相当于电力转换装置5的导电构件。
电容器模块260构成平滑电容器C2和滤波电容器C3。电容器模块260将例如滤波电容器收容于壳体内。在X方向上,在电容器模块260与输入端子台230之间配置有电抗器模块250。在Y方向上,在电容器模块260与输出端子台240之间配置有电源模块110。
电容器模块260具有多个未图示的端子。电容器模块260具有与VH线12H、VL线12L、N线13分别对应的端子。电容器模块260经由一个端子与构成VH线12H的配线构件电连接。电容器模块260经由另一个端子与构成VL线12L的配线构件电连接。电容器模块260经由另一个端子与构成N线13的配线构件电连接。
这样,在本实施方式中,电源模块110的输出母线150具有与被检测部155相连并向与被检测部155不同的方向延伸的弯曲部156。因此,与不具有弯曲部的结构即从被检测部向X方向延伸的结构相比,能抑制电源模块110的体积增大,进而抑制电力转换装置5的体积增大。
图48是示出了电源模块的参考例的剖视图。在图48中,对于与本实施方式的元件相同或者相关联的元件,在本实施方式的符号的末尾追加标注r而示出。在图48中,用虚线箭头表示某个时刻的电流的流动。此外,用点划线表示由电流产生的磁场。虽然磁场以电流为中心同心圆形地产生,但是在图48中,为了容易理解错开同心圆来进行图示。
图48所示的电源模块110r的输出母线150r也具有被检测部155r和弯曲部156r。在弯曲部156r的前端连接有母线241r。母线241r在Z方向上向远离被检测部155的方向延伸。因此,不仅由流过被检测部155r的电流产生的磁场作用于电流传感器200r的未图示的磁电转换元件,由流过弯曲部156r的电流产生的磁场也作用于电流传感器200r的未图示的磁电转换元件。因此,由电流传感器200检测到的电流的精度可能会降低。
与此相对,在本实施方式中,弯曲部156具有:连接有母线241的端子部156a;以及从端子部156a向被检测部155侧延伸并和端子部156a一起与母线241相对的相对部156b。如图49所示,在端子部156a与端子部241a连接的状态下,端子部156a和相对部156b与端子部241a和延伸部241b的一部分是折返结构。因此,流过彼此大致反向的电流。
因此,能通过由流过端子部241a和延伸部241b的一部分的电流产生的磁场抵消由流过端子部156a和相对部156b的电流产生的磁场。其结果是,能在具有弯曲部156的同时,抑制由流过弯曲部156的电流产生的磁场作用于电流传感器200。因此,电流传感器200能精度良好地检测流过被检测部155的电流。另外,虽然对母线241进行了说明,但是对于母线251也一样。在图49中,与图48相同,用虚线箭头表示电流,用点划线表示磁场。
综上,根据本实施方式的电源模块110和电力转换装置5,能抑制体积增大,并且抑制由此会产生的电流检测精度的降低。
相对部156b只要在弯曲部156中设于除了端子部156a的部分的至少一部分即可。例如也可以如图50所示的例子那样。在图50中,在弯曲部156中,仅除了端子部156a的部分的一部分为相对部156b。在输出母线150和母线241中,包括了对应的端子部156a、241a的Z方向的延伸长度不同。具体地,与比弯曲部位241b1靠端子部241a一侧的延伸部241b和端子部241a的延伸长度相比,相对部156b和端子部156a的延伸长度更长。通过图50所示的结构,也能在输出母线150和母线241的相对部分中抵消磁场。由此,与图48所示的结构相比,能抑制由电流传感器200检测到的电流的精度的降低。
然而,弯曲部156的一部分与母线241的Z方向延伸部分不相对。因此,认为由在弯曲部156的非相对部中流动的电流产生的磁场作用于电流传感器200。因此,如图46和图49所示,优选在输出母线150和母线241中,包括了对应的端子部156a、241a的Z方向的延伸长度彼此大致相等的结构。具体地,最好是比弯曲部位241b1靠端子部241a一侧的延伸部241b和端子部241a的延伸长度与相对部156b和端子部156a的延伸长度大致相等的结构。由此,输出母线150和母线241在Z方向延伸部分的几乎全长上彼此相对。不存在非相对部,或者即使存在也非常少。因此,能更有效地抑制检测对象之外的磁场作用于电流传感器200。由此,能进一步提高电流检测精度。
另外,虽然在图50中示出了母线241,但是对于母线251也可以采用相同的结构。此外,虽然在图50中示出了在Z方向延伸部分中,输出母线150(弯曲部156)比母线241长的例子,但是不限定于此。也可以是比弯曲部位241b1靠端子部241a一侧的部分的延伸长度比弯曲部156的延伸长度长的结构。
虽然示出了电力转换装置5作为应用了电源模块110的例子,但是不限定于此。即,与输出母线150连接的其他构件不限定于构成电力转换装置5的元件。其他构件是在包括了电源模块110的装置中,与电源模块110不同的元件。
例如在图51所示的例子中,电源模块110应用于旋转电机单元290。旋转电机单元290例如包括:电动发电机3、平滑电容器C2、构成逆变器的三个电源模块110。旋转电机单元290不包括转换器6和滤波电容器C3。由平滑电容器C2和电源模块110构成电力转换装置,该电力转换装置与电动发电机3一体化。电源模块110呈图46所示的结构。
电动发电机3包括:收容未图示的定子和转子的罩壳300;以及盖301。在罩壳300的外表面形成有凹部300a。平滑电容器C2和电源模块110收容于凹部300a。此外,在收容有平滑电容器C2和电源模块110的状态下,凹部300a被盖301封闭。符号300b是在罩壳300中设于电动发电机3的旋转轴的端部周围的筒部。
在本实施方式中,针对各相使平滑电容器C2分开。此外,针对各相形成有凹部300a。在罩壳300的一个凹部300a收容有平滑电容器C2和构成U相的上下臂电路10的电源模块110。在另一个凹部300a收容有平滑电容器C2和构成V相的上下臂电路10的电源模块110。在另一个凹部300a收容有平滑电容器C2和构成W相的上下臂电路10的电源模块110。在图51中,为了示出凹部300a内的结构,为了方便,用点划线表示与配置于正中间的V相的电源模块110对应的盖301。用实线表示其余两相的盖301。
电动发电机3包括:收容于罩壳内的定子的绕组;以及与电源模块110的输出母线150电连接的配线构件。该配线构件包括母线302。母线302保持于罩壳300,并且一端向凹部300a内突出。此外,在凹部300a内,母线302与输出母线150连接。电源模块110的输出母线150和母线302的连接方式与输出母线150和母线241、251的连接方式相同。
母线302例如从凹部300a的侧面向凹部300a内突出。母线302的突出部分呈大致L字形。母线302与母线241相同地,具有设于端部的端子部302a和从端子部302a延伸的延伸部302b。端子部302a与输出母线150的端子部156a连接。延伸部302b具有未图示的弯曲部位,并且比弯曲部位靠端子部302a一侧的部分向一方向延伸,并与端子部156a和相对部156b相对。因此,能通过磁场的抵消来抑制体积的增大,并且抑制电流检测精度的降低。
此外,与图46相同地,能通过使母线302中的比弯曲部位靠端子部302a一侧的延伸部302b和端子部302a的延伸长度与相对部156b和端子部156a的延伸长度大致相等来进一步提高电流检测精度。
(其他实施方式)
也可以构成为,在电力转换装置5中,电源模块110的一部分插入与冷却器120不同的配置于电源模块110的外部的外部冷却器的流路,并浸渍于制冷剂。例如,也可以在Y方向上,仅使电源模块110的一部分浸渍。具体地,也可以构成为使从侧面184到半导体装置20和电容器C1的配置部分浸渍,而侧面183没有被浸渍。在这种情况下,对于输出母线150,只要以从侧面183突出的方式在保护构件180内拉绕即可。
虽然示出了电力转换装置5由多相的转换器6、用于电动发电机3、4的逆变器7、8、平滑电容器C2以及滤波电容器C3构成的例子,但是不限定于此。例如,作为转换器6,不限定于多相,也可以是单层。
虽然示出了在Z方向上,电容器C1、冷却器120的热交换部123、半导体装置20在Z方向上并排配置的例子,但是不限定于此。电容器C1只要配置于半导体装置20附近即可。也可以例如如图45所示,在半导体装置20U、20L的排列方向即X方向上,电容器C1和半导体装置20并排配置。电容器C1在Z方向上的一面侧具有正极端子,在与一面相反的面侧具有负极端子。
P母线130具有连接部131、共用配线部132、并联配线部133以及连接部137。共用配线部132兼作连接部131。并联配线部133从共用配线部132沿着电容器C1的表面在Z方向上延伸。此外,在Z方向上在电容器C1的中途弯曲,向X方向且远离电容器C1的方向延伸。并联配线部133具有从X方向延伸部的Y方向一端向Z方向且主端子70C、70E一侧延伸的部分。连接部137设于并联配线部133的前端。
N母线140是与P母线130相同的结构。N母线140具有连接部141、共用配线部142、并联配线部143以及连接部147。共用配线部142兼作连接部141。并联配线部143从共用配线部142沿着电容器C1的表面在Z方向上延伸。此外,在Z方向上在电容器C1的中途弯曲,向X方向且远离电容器C1的方向延伸。并联配线部143具有从X方向延伸部的Y方向一端向Z方向且主端子70C、70E一侧延伸的部分。连接部147设于并联配线部143的前端。在并联配线部133、143中,X方向延伸部彼此相对配置。在并联配线部133、143中,与连接部137、147相连的Z方向延伸部彼此相对。
在图45中,作为构成电源模块110的元件,也示出了半导体装置20(20U、20L)、P母线130、N母线140以及电容器C1。电源模块110也可以连同上述元件一起包括冷却器120、输出母线150、驱动基板160以及保护构件180的至少一个。
以上,例示了本发明的一方式的电源模块及电力转换装置的实施方式、结构、形态,但是本发明的实施方式、结构、形态不限定于上述的各实施方式、各结构、各形态。例如,对于将不同的实施方式、结构、形态分别公开的技术部分适当组合而得到的实施方式、结构、形态,也包含于本公开的实施方式、结构、形态的范围。

Claims (13)

1.一种电源模块,应用于将多个上下臂电路并联并与电力线连接而成的电力转换装置,
所述电源模块包括:
多个所述上下臂电路;
电容器,该电容器与各上下臂电路并联连接;
上配线,该上配线将构成各上下臂电路的上臂和所述电容器的正极端子连接;
下配线,该下配线将构成各上下臂电路的下臂和所述电容器的负极端子连接;
上电力配线及下电力配线,该上电力配线及下电力配线是与所述电力线连接的电力配线,所述上电力配线将所述电力线中的高电位侧的线和所述上配线连接,所述下电力配线将所述电力线中的低电位侧的线和所述下配线连接;以及
输出配线,该输出配线将所述上臂具有的多个主端子中的至少一个和所述下臂具有的多个主端子中的至少一个连接,
所述输出配线具有与所述上配线和所述下配线相对的相对部。
2.如权利要求1所述的电源模块,其特征在于,
所述上臂具有多个与所述上配线连接的主端子,
所述下臂具有多个与所述下配线连接的主端子。
3.如权利要求1所述的电源模块,其特征在于,
所述上电力配线和所述下电力配线彼此相对配置。
4.如权利要求1所述的电源模块,其特征在于,
所述上臂具有至少一个与所述上配线连接的主端子,
所述下臂具有至少一个与所述下配线连接的主端子,
连接到所述上配线的至少一个所述主端子和连接到所述下配线的至少一个所述主端子中的任意一方为多个。
5.一种电力转换装置,该电力转换装置用于多个相,所述电力转换装置包括:
电力线;以及
权利要求1~3中任一项所述的电源模块,
所述电源模块分别设于各相,
将设于所述各相中的第一相的所述电源模块设为第一电源模块,
将设于所述各相中的第二相的所述电源模块设为第二电源模块,
将所述第一电源模块中的从所述正极端子到所述上臂的电气路径的阻抗设为相内上阻抗,
将从所述第一电源模块的所述正极端子到所述第二电源模块的所述上臂的电气路径的阻抗设为相间上阻抗,
所述相间上阻抗比所述相内上阻抗大。
6.如权利要求5所述的电力转换装置,其特征在于,
包括平滑电容器,该平滑电容器与所述上下臂电路并联连接,并使所述电力线的电压平滑化。
7.如权利要求6所述的电力转换装置,其特征在于,
所述电容器的电容比所述平滑电容器的电容小。
8.一种电力转换装置,该电力转换装置用于多个相,所述电力转换装置包括:
电力线;以及
权利要求1~3中任一项所述的电源模块,
所述电源模块分别设于各相,
将设于所述各相中的第一相的所述电源模块设为第一电源模块,
将设于所述各相中的第二相的所述电源模块设为第二电源模块,
将所述第一电源模块中的从所述负极端子到所述下臂的电气路径的阻抗设为相内下阻抗,
将从所述第一电源模块的所述负极端子到所述第二电源模块的所述下臂的电气路径的阻抗设为相间下阻抗,
所述相间下阻抗比所述相内下阻抗大。
9.一种电源模块,应用于将多个上下臂电路并联并与电力线连接而成的电力转换装置,
所述电源模块包括:
多个所述上下臂电路;
电容器,该电容器与各上下臂电路并联连接;
上配线,该上配线将构成各上下臂电路的上臂和所述电容器的正极端子连接;
下配线,该下配线将构成各上下臂电路的下臂和所述电容器的负极端子连接;以及
上电力配线及下电力配线,该上电力配线及下电力配线是与所述电力线连接的电力配线,所述上电力配线将所述电力线中的高电位侧的线和所述上配线连接,所述下电力配线将所述电力线中的低电位侧的线和所述下配线连接,
所述上下臂电路包括半导体装置而构成,
所述电源模块还包括:
筒状的壳体,该壳体具有开口端并收容所述半导体装置和所述电容器;
冷却器,该冷却器冷却所述半导体装置;
驱动基板,该驱动基板向所述半导体装置输出驱动信号;以及
密封材料,该密封材料在一个所述开口端被所述冷却器和所述驱动基板的至少一方封闭的状态下填充于所述壳体内,并密封所述半导体装置和所述电容器的至少一部分,
所述冷却器包括供给管和排出管,在所述供给管与所述排出管之间配置有所述半导体装置。
10.一种电源模块,应用于将多个上下臂电路并联并与电力线连接而成的电力转换装置,
所述电源模块包括:
多个所述上下臂电路;
电容器,该电容器与各上下臂电路并联连接;
上配线,该上配线将构成各上下臂电路的上臂和所述电容器的正极端子连接;
下配线,该下配线将构成各上下臂电路的下臂和所述电容器的负极端子连接;以及
上电力配线及下电力配线,该上电力配线及下电力配线是与所述电力线连接的电力配线,所述上电力配线将所述电力线中的高电位侧的线和所述上配线连接,所述下电力配线将所述电力线中的低电位侧的线和所述下配线连接,
所述上配线和所述下配线分别具有:从与对应的所述电力配线连接的连接点到所述上下臂电路的对应的臂的第一配线部;以及从所述连接点到所述电容器的对应的端子的第二配线部,
在所述上配线和所述下配线的至少一方中,所述第一配线部的配线电阻小于所述第二配线部的配线电阻。
11.一种电源模块,应用于将多个上下臂电路并联并与电力线连接而成的电力转换装置,
所述电源模块包括:
多个所述上下臂电路;
电容器,该电容器与各上下臂电路并联连接;
上配线,该上配线将构成各上下臂电路的上臂和所述电容器的正极端子连接;
下配线,该下配线将构成各上下臂电路的下臂和所述电容器的负极端子连接;以及
上电力配线及下电力配线,该上电力配线及下电力配线是与所述电力线连接的电力配线,所述上电力配线将所述电力线中的高电位侧的线和所述上配线连接,所述下电力配线将所述电力线中的低电位侧的线和所述下配线连接,
所述上下臂电路包括半导体装置而构成,
所述电源模块还包括:
驱动基板,该驱动基板向所述半导体装置输出驱动信号;
输出配线,该输出配线与所述半导体装置的输出端子连接;以及
电流传感器,该电流传感器安装于所述驱动基板,对流过所述输出配线的电流进行检测,
所述输出配线具有:向一方向延伸并由所述电流传感器检测电流的被检测部;以及一端与所述被检测部相连,并向与所述被检测部不同的方向延伸的弯曲部,
所述弯曲部具有:设于与所述一端相反的另一端侧并供其他构件连接的端子部;以及从所述端子部向所述被检测部一侧延伸并和所述端子部一起与所述其他构件相对的相对部。
12.一种电力转换装置,包括:
电力线;
权利要求11所述的电源模块;以及
所述其他构件即导电构件,
所述电源模块分别设于各相,
所述导电构件具有:与所述输出配线的所述端子部连接的连接部;以及从所述连接部延伸的延伸部,
所述连接部和所述延伸部中从所述连接部起规定范围的部分与所述输出配线的所述端子部和所述相对部相对配置。
13.如权利要求12所述的电力转换装置,其特征在于,
所述导电构件的所述延伸部在路径的中途弯曲,
所述导电构件中比弯曲部位靠所述连接部一侧的所述延伸部和所述连接部的延伸长度与所述输出配线中所述相对部和所述端子部的延伸长度相等。
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