JP2015015787A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、該半導体モジュールに接続した正極バスバー及び負極バスバーを備える電力変換装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor module incorporating a semiconductor element, and a power conversion device including a positive bus bar and a negative bus bar connected to the semiconductor module.
例えば直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを積層したものが知られている(下記特許文献1参照)。 For example, as a power conversion device that performs power conversion between DC power and AC power, a device in which a semiconductor module incorporating a semiconductor element and a cooling pipe that cools the semiconductor module are stacked is known (Patent Documents below) 1).
半導体モジュールは、半導体素子を内蔵した本体部と、該本体部から突出した正極端子と負極端子と交流端子とを備える。正極端子には正極バスバーが接続し、負極端子には負極バスバーが接続している。これらのバスバーを介して正極端子と負極端子とに直流電圧を印加している。そして、上記半導体素子をスイッチング動作させることにより、正極端子と負極端子との間に加えられた直流電圧を交流電圧に変換し、上記交流端子から出力するよう構成されている。 The semiconductor module includes a main body portion incorporating a semiconductor element, and a positive terminal, a negative terminal, and an AC terminal protruding from the main body portion. A positive electrode bus bar is connected to the positive electrode terminal, and a negative electrode bus bar is connected to the negative electrode terminal. A DC voltage is applied to the positive terminal and the negative terminal through these bus bars. By switching the semiconductor element, a DC voltage applied between the positive terminal and the negative terminal is converted into an AC voltage and output from the AC terminal.
正極バスバーおよび負極バスバーは、それぞれ板状の基板部と、該基板部から延出した複数本の端子接続部とを有する。この端子接続部を、上記正極端子または負極端子に接続してある。 Each of the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar has a plate-like substrate portion and a plurality of terminal connection portions extending from the substrate portion. This terminal connection portion is connected to the positive terminal or the negative terminal.
しかしながら、上記電力変換装置は、上記スイッチング動作に伴って、特定の半導体素子に大きなサージ電圧が加わりやすいという問題がある。すなわち、半導体素子には、接続する負荷が異なる等の理由により、大きな電流が流れるものと、小さな電流が流れるものとがある。大きな電流Iが流れる半導体素子は、小さな電流が流れる半導体素子と比べて、電流遮断時における、電流Iの時間変化量dI/dtが大きくなりやすい。半導体素子に加わるサージ電圧Vは、上記時間変化量dI/dtと、回路につくインダクタンスLとの積(LdI/dt)になる。そのため、大きな電流が流れ、電流Iの時間変化量dI/dtが大きな値になる半導体素子には、大きなサージ電圧V(=LdI/dt)が加わりやすい。 However, the power conversion device has a problem that a large surge voltage is easily applied to a specific semiconductor element with the switching operation. In other words, there are semiconductor devices in which a large current flows and a semiconductor device in which a small current flows due to different loads to be connected. A semiconductor element in which a large current I flows is likely to have a large amount of time change dI / dt of the current I when the current is interrupted, compared to a semiconductor element in which a small current flows. The surge voltage V applied to the semiconductor element is the product (LdI / dt) of the time variation dI / dt and the inductance L attached to the circuit. Therefore, a large surge voltage V (= LdI / dt) is likely to be applied to a semiconductor element in which a large current flows and the time change amount dI / dt of the current I has a large value.
一方、近年、電力変換装置を小型化するために、半導体モジュール又は冷却管を薄型化することが望まれている。しかしながら、薄型化すると、半導体モジュール同士の、積層方向における間隔が狭くなるため、上記端子接続部のピッチを狭くする必要が生じる。そのため、正極バスバーおよび負極バスバーを製造しにくくなるという問題が生じる。 On the other hand, in recent years, it has been desired to reduce the thickness of a semiconductor module or a cooling pipe in order to reduce the size of a power converter. However, when the thickness is reduced, the distance between the semiconductor modules in the stacking direction is narrowed, and thus the pitch of the terminal connection portions needs to be narrowed. Therefore, the problem that it becomes difficult to manufacture a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar arises.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、端子接続部のピッチが狭い正極バスバー及び負極バスバーを容易に製造することができ、かつ、大電流が流れる半導体素子に大きなサージ電圧が加わることを抑制できる電力変換装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and can easily manufacture a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar having a narrow pitch of terminal connection portions, and a large surge voltage is applied to a semiconductor element through which a large current flows. An object of the present invention is to provide a power conversion device that can suppress the above.
本発明の一態様は、半導体素子を内蔵した本体部からパワー端子が突出した複数の半導体モジュールを、各々の上記パワー端子を同一方向に向けた状態で積層した積層体と、
上記半導体モジュールにそれぞれ電気接続し、互いの間に直流電圧が加わる正極バスバーおよび負極バスバーとを備え、
上記正極バスバーと上記負極バスバーとは、互いに重ね合わされた複数枚のバスバー片からなり、各々の上記バスバー片は、その主面が上記パワー端子の突出方向に直交するよう配された基板部と、該基板部から上記積層体の積層方向と上記突出方向との双方に直交する幅方向に延出し上記パワー端子に接続した複数の端子接続部とを有し、
上記正極バスバーと上記負極バスバーとは、同一の上記バスバー片に形成された上記端子接続部が上記積層方向において互いに隣り合うことがないように、それぞれの上記基板部を重ね合わせて構成されており、
上記半導体モジュールには、上記半導体素子に流れる電流が相対的に大きい大電流半導体モジュールと、該大電流半導体モジュールよりも上記半導体素子に流れる電流が少ない小電流半導体モジュールとがあり、
上記正極バスバーと上記負極バスバーとをそれぞれ構成する複数枚の上記バスバー片の上記基板部には、上記端子接続部が上記大電流半導体モジュールに接続した大電流基板部と、上記小電流半導体モジュールに接続した小電流基板部とがあり、
上記正極バスバーに含まれる上記大電流基板部と上記負極バスバーに含まれる上記大電流基板部との、上記突出方向における間隔は、上記正極バスバーに含まれる上記小電流基板部と上記負極バスバーに含まれる上記小電流基板部との、上記突出方向における間隔よりも狭いことを特徴とする電力変換装置にある。
One aspect of the present invention is a stacked body in which a plurality of semiconductor modules in which power terminals protrude from a body portion incorporating a semiconductor element are stacked in a state where each of the power terminals faces in the same direction;
Each of the semiconductor modules is electrically connected, and includes a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar to which a DC voltage is applied between each other,
The positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar are composed of a plurality of bus bar pieces superposed on each other, and each of the bus bar pieces has a substrate portion arranged so that a main surface thereof is orthogonal to a protruding direction of the power terminal, A plurality of terminal connecting portions extending from the substrate portion in the width direction perpendicular to both the stacking direction of the laminate and the protruding direction and connected to the power terminals;
The positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar are configured by superimposing the respective substrate portions so that the terminal connection portions formed on the same bus bar piece are not adjacent to each other in the stacking direction. ,
The semiconductor module includes a large current semiconductor module in which a current flowing through the semiconductor element is relatively large and a small current semiconductor module in which a current flowing through the semiconductor element is less than that of the large current semiconductor module.
The substrate portion of the plurality of bus bar pieces constituting the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar respectively includes a large current substrate portion in which the terminal connection portion is connected to the large current semiconductor module, and a small current semiconductor module. There is a small current board part connected,
An interval in the protruding direction between the large current substrate portion included in the positive electrode bus bar and the large current substrate portion included in the negative electrode bus bar is included in the small current substrate portion included in the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar. The power converter is characterized by being narrower than the distance between the small current substrate portion and the protruding direction.
上記電力変換装置の正極バスバー及び上記負極バスバーは、それぞれ複数枚の上記バスバー片からなる。個々のバスバー片は、上記基板部と上記端子接続部とを有する。そして、同一のバスバー片に形成された端子接続部が積層方向において隣り合うことがないように、上記基板部を重ね合わせることにより、正極バスバー及び負極バスバーを構成してある。
このようにすると、端子接続部のピッチが狭い正極バスバー及び負極バスバーを容易に製造することができる。すなわち、1枚の金属板をプレス加工等して、端子接続部のピッチが狭い正極バスバー又は負極バスバーを製造することは難しいが、端子接続部のピッチが広いバスバー片は、製造が容易である。上記電力変換装置によると、端子接続部のピッチが広いバスバー片を複数枚、製造しておき、このバスバー片を組み合わせて、組み合わせ後の状態における、端子接続部のピッチを狭くすることができる。そのため、端子接続部のピッチが狭い正極バスバー及び負極バスバーを容易に製造することが可能になる。
また、上記構成にすると、個々の端子接続部の幅(上記積層方向における長さ)を長くすることができる。そのため、正極バスバー及び負極バスバーの自己インダクタンスを低減することができる。
Each of the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar of the power conversion device includes a plurality of bus bar pieces. Each bus bar piece has the substrate portion and the terminal connection portion. The positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar are configured by overlapping the substrate parts so that the terminal connection parts formed on the same bus bar piece are not adjacent to each other in the stacking direction.
If it does in this way, the positive electrode bus bar and negative electrode bus bar with which the pitch of a terminal-connection part is narrow can be manufactured easily. That is, it is difficult to manufacture a positive electrode bus bar or a negative electrode bus bar with a narrow pitch of terminal connection parts by pressing one metal plate or the like, but a bus bar piece with a wide pitch of terminal connection parts is easy to manufacture. . According to the above power converter, a plurality of bus bar pieces with a wide terminal connection portion pitch can be manufactured, and the bus bar pieces can be combined to reduce the terminal connection portion pitch in the combined state. Therefore, it is possible to easily manufacture a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar having a narrow pitch of terminal connection portions.
Moreover, if it is set as the said structure, the width | variety (length in the said lamination direction) of each terminal connection part can be lengthened. Therefore, the self-inductance of the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar can be reduced.
また、上記電力変換装置は、大きな電流が流れる半導体素子に加わるサージ電圧を低減することができる。すなわち、上記構成では、正極バスバーに含まれる上記大電流基板部と負極バスバーに含まれる大電流基板部との間隔を相対的に狭くしてあるため、これら大電流基板部同士の間につく寄生インダクタンスLを小さくすることができる。大電流基板部に電気接続した半導体素子、すなわち大きな電流が流れる半導体素子は、電流遮断時における電流Iの時間変化量dI/dtが大きいが、大電流基板部につく寄生インダクタンスLを小さくしてあるため、サージ電圧V(=LdI/dt)は特に大きくならずにすむ。
また、正極バスバーに含まれる上記小電流基板部と負極バスバーに含まれる小電流基板部との間隔は相対的に広くなっているため、これら小電流基板部同士の間につく寄生インダクタンスLは大きくなりやすい。しかし、小電流基板部に電気接続した半導体素子、すなわち流れる電流が少ない半導体素子は、電流遮断時における電流Iの時間変化量dI/dtが小さいため、この半導体素子に加わるサージ電圧V(=LdI/dt)は、特に大きくならない。
In addition, the power conversion device can reduce a surge voltage applied to a semiconductor element through which a large current flows. In other words, in the above configuration, since the interval between the large current substrate portion included in the positive electrode bus bar and the large current substrate portion included in the negative electrode bus bar is relatively narrow, the parasitic current between the large current substrate portions is limited. The inductance L can be reduced. A semiconductor element electrically connected to a large current substrate portion, that is, a semiconductor element through which a large current flows, has a large time change amount dI / dt of the current I at the time of current interruption, but reduces the parasitic inductance L attached to the large current substrate portion. Therefore, the surge voltage V (= LdI / dt) does not have to be particularly large.
Moreover, since the space | interval of the said small electric current board part contained in a positive electrode bus bar and the small electric current board part contained in a negative electrode bus bar is relatively wide, the parasitic inductance L attached between these small electric current board parts is large. Prone. However, a semiconductor element electrically connected to the small current substrate portion, that is, a semiconductor element with a small flowing current has a small amount of time change dI / dt of the current I at the time of current interruption, and therefore, a surge voltage V (= LdI) applied to the semiconductor element. / Dt) is not particularly large.
以上のごとく、本発明によれば、端子接続部のピッチが狭い正極バスバー及び負極バスバーを容易に製造することができ、かつ、大電流が流れる半導体素子に大きなサージ電圧が加わることを抑制できる電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily manufacture a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar with a narrow pitch of terminal connection portions, and to suppress the application of a large surge voltage to a semiconductor element through which a large current flows. A conversion device can be provided.
上記電力変換装置は、例えばハイブリッド車や電気自動車に搭載するための車載用電力変換装置とすることができる。 The power conversion device can be a vehicle-mounted power conversion device to be mounted on, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle.
(実施例1)
上記電力変換装置に係る実施例について、図1〜図19を用いて説明する。図3、図4に示すごとく、本例の電力変換装置1は、複数の半導体モジュール2を積層した積層体10と、正極バスバー3と、負極バスバー4とを備える。半導体モジュール2は、半導体素子29(図19参照)を内蔵した本体部20を有する。この本体部20からパワー端子21が突出している。半導体モジュール2は、パワー端子21を同一方向に向けた状態で積層されている。正極バスバー3と負極バスバー4とは、それぞれ半導体モジュール2に電気接続している。
Example 1
The Example which concerns on the said power converter device is described using FIGS. As shown in FIGS. 3 and 4, the power conversion device 1 of this example includes a
図1、図3に示すごとく、正極バスバー3は、互いに重ね合わされた複数枚のバスバー片30(30a,30b)からなる。各々のバスバー片30a,30bは、基板部31(31a,31b)と、端子接続部32とを有する。基板部31は、その主面310がパワー端子21の突出方向(Z方向)に直交するよう配されている。端子接続部32は、基板部31から積層体10の積層方向(X方向)とZ方向との双方に直交する幅方向(Y方向)に延出し、パワー端子21に接続している。
同様に、負極バスバー4も、複数枚のバスバー片40(40a,40b)からなる。各々のバスバー片40a,40bは、基板部41(41a,41b)と、端子接続部42とを有する。基板部41は、その主面410がZ方向に直交するよう配されている。端子接続部42は、基板部41からY方向に延出し、パワー端子21に接続している。
As shown in FIGS. 1 and 3, the positive
Similarly, the negative
図3に示すごとく、正極バスバー3は、同一のバスバー片30に形成された端子接続部32がX方向において互いに隣り合うことがないように、それぞれの基板部31a,31bを重ね合わせて構成されている。負極バスバー4も同様である。
As shown in FIG. 3, the positive
半導体モジュール2には、半導体素子29に流れる電流が相対的に大きい大電流半導体モジュール2aと、大電流半導体モジュール2aよりも半導体素子29に流れる電流が少ない小電流半導体モジュール2bとがある。
図3、図4に示すごとく、正極バスバー3と負極バスバー4とをそれぞれ構成する複数枚の基板部31,41には、端子接続部32,42が大電流半導体モジュール2aに接続した大電流基板部31a,41aと、小電流半導体モジュール2bに接続した小電流基板部31b,41bとがある。
The
As shown in FIGS. 3 and 4, a large current substrate in which
図2、図5に示すごとく、正極バスバー3に含まれる大電流基板部31aと負極バスバー4に含まれる大電流基板部41aとの、Z方向における間隔D1は、正極バスバー3に含まれる小電流基板部31bと負極バスバー4に含まれる小電流基板部41bとの、Z方向における間隔D2よりも狭い。
As shown in FIGS. 2 and 5, the distance D <b> 1 in the Z direction between the large
本例の電力変換装置1は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置である。 The power conversion device 1 of this example is a vehicle-mounted power conversion device to be mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
図19に示すごとく、本例の電力変換装置1には、2個の三相交流モータ81,82が接続している。そして、半導体モジュール2をスイッチング動作させることにより、直流電源80の直流電圧を交流電圧に変換し、三相交流モータ81,82を駆動するよう構成されている。
As shown in FIG. 19, two three-
上記2個の三相交流モータ81,82のうち、一方の三相交流モータ81は消費電力が高く、他方の三相交流モータ82は消費電力が低い。一方の三相交流モータ81は大電流半導体モジュール2aに接続し、他方の三相交流モータ82は小電流半導体モジュール2bに接続している。
Of the two three-
一方、図1に示すごとく、本例の電力変換装置1は、直流電圧を平滑化するためのコンデンサ5を備える。コンデンサ5は、コンデンサ素子50と、該コンデンサ素子50を封止する封止部材500とを有する。Z方向におけるコンデンサ素子50の両端面は、電極面53,54となっている。
また、正極バスバー3及び負極バスバー4は、基板部30,40からZ方向に延出する延出部38,48と、該延出部38,48からY方向に突出したコンデンサ接続部39,49とを備える。コンデンサ接続部39,49は、コンデンサ5の上記電極面53,54に接続している。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the power conversion device 1 of this example includes a
The positive
また、図4、図5に示すごとく、バスバー3,4の端子接続部32,42は、Z方向に突出した突出部33,43を備える。この突出部33,43をパワー端子21に重ね合わせて溶接してある。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図5に示すごとく、本例では、2枚のバスバー片30(30a,30b)を重ね合わせて、正極バスバー3を形成してある。同様に、2枚のバスバー片40(40a,40b)を重ね合わせて負極バスバー4を形成してある。これらのバスバー片30,40のうち、一方のバスバー片30a,40aは、その端子接続部32,42が大電流半導体モジュール2aに接続している。また、他方のバスバー片30b,40bは、その端子接続部32,42が小電流半導体モジュール2bに接続している。
As shown in FIG. 5, in this example, the
図1、図2に示すごとく、正極バスバー3を構成する大電流基板部31aと小電流基板部31bは、Z方向に重ね合されている。これらの基板部31a,31bは金属製であり、その表面には自然酸化膜が形成されている。また、大電流基板部31aと小電流基板部31bとは、製造時に形成された歪みが残っていたり、組み付け時に応力が加わったりするため、その表面は完全な平坦面ではない。そのため、2つの基板部31a,31b間には隙間が形成されている。これらの理由により、2つの基板部31a,31bは、その表面が全面にわたって互いに電気接続しているのではなく、絶縁されている箇所が比較的多い。そのため、大電流基板部31aと小電流基板部31bとは、電流が別々に流れる箇所が多い。また、2つの基板部31a,31bは、電流密度が互いに異なる。負極バスバー3の大電流基板部41aと小電流基板部41bも同様の構造になっている。
これらの理由により、大電流基板部31a,41aにつく寄生インダクタンスLと、小電流基板部31b,41bにつく寄生インダクタンスLとは、その値が互いに異なる。図2に示すごとく、大電流基板部31a,41aの間隔D1は狭いため、大電流基板部31a,41aにつく寄生インダクタンスLは小さい。また、小電流基板部31b,41bの間隔D2は広いため、小電流基板部31b,41bにつく寄生インダクタンスLは大きい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the large
For these reasons, the values of the parasitic inductance L attached to the large
なお、正極バスバー3を構成する2枚の基板部31a,31bは、図示しないボルトによって締結されている。これにより、2枚の基板部31a,31bを一体化すると共に、ボルト締結した部位において、2枚の基板部31a,31bを電気的に接続している。なお、基板部31a,31bは、ボルト締結の他に、プレスかしめや、溶接によって、互いに接続することができる。また、負極バスバー4の2枚の基板部41a,41bも、正極バスバー3と同様の構造になっている。
In addition, the two board |
一方、図1に示すごとく、負極バスバー4の基板部41には、Z方向に貫通した貫通孔499を形成してある。半導体モジュール2のパワー端子21(正極端子21a)は、この貫通孔499を通り、正極バスバー3に接続している。
On the other hand, as shown in FIG. 1, a through
半導体モジュール2のパワー端子21には、正極バスバー3に接続する正極端子21aと、負極バスバー4に接続する負極端子21bと、三相交流モータ81,82(図19参照)に電気接続する交流端子21cとがある。また、半導体モジュール2は、本体部20から突出した制御端子22を有する。制御端子22は制御回路基板19に接続している。この制御回路基板19によって、半導体モジュール2のスイッチング動作を制御している。
The
図18に示すごとく、本例では、半導体モジュール2と冷却管11とを交互に積層して積層体10を構成してある。X方向に隣り合う2つの冷却管11は、Y方向における両端部にて、連結管15によって連結されている。また、複数の冷却管11のうち、X方向における一端に位置する冷却管11aには、冷媒14を導入するための導入パイプ12と、冷媒14を導出するための導出パイプ13とが接続している。導入パイプ12から冷媒14を導入すると、冷媒14は連結管15を通って全ての冷却管11内を流れ、導出管13から導出される。これにより、半導体モジュール2を冷却するよう構成されている。
As shown in FIG. 18, in this example, the
また、積層体10とケース16の壁部161との間には、加圧部材17(板ばね)が介在している。この加圧部材17によって、積層体10をケース16の他方の壁部162に向けて押圧している。これにより、半導体モジュール2と冷却管11との接触圧を確保しつつ、積層体10をケース16内に固定している。
Further, a pressure member 17 (plate spring) is interposed between the laminate 10 and the
次に、正極バスバー3の製造方法について説明する。まず、図6に示すごとく、金属板を加工して、板状部316と、複数の櫛歯状部321とを備える部材306を形成する。そして、予め定められた折り曲げ予定線Fに沿って櫛歯状部321を折り曲げ、図7に示すごとく、突出部33を形成する。また、板状部316を2箇所折り曲げて、基板部31(大電流基板部31a)と、延出部38と、コンデンサ接続部39とを形成する。これにより、一方のバスバー片30aを製造する。
同様に、図8、図9に示すごとく、別の金属板を加工して、他方のバスバー片30bを製造する。
Next, a method for manufacturing the positive
Similarly, as shown in FIGS. 8 and 9, another metal plate is processed to produce the other
その後、図10、図11に示すごとく、一方のバスバー片30aに形成した端子接続部32aと、他方のバスバー片30bに形成した端子接続部32bとがX方向に隣り合わないように、2つのバスバー片30a,30bを重ね合わせる。重ね合わせた状態では、端子接続部32と、隣の突出部33との間に隙間Sが形成される。この隙間Sに、正極端子21a(図3参照)が挿入される。
Thereafter, as shown in FIGS. 10 and 11, two
次に、負極バスバー4の製造方法について説明する。図12に示すごとく、まず、金属板を加工して、板状部415と、複数の櫛歯状部420とを備える部材405を形成する。板状部材415には、貫通孔499を形成しておく。そして、予め定められた折り曲げ予定線Fに沿って櫛歯状部420を折り曲げ、図13に示すごとく、突出部43を形成する。また、板状部415を2箇所折り曲げて、基板部41(大電流基板部41a)と、延出部48と、コンデンサ接続部49とを形成する。これにより、一方のバスバー片40aを製造する。
同様に、図14、図15に示すごとく、別の金属板を加工して、他方のバスバー片40bを製造する。
Next, a method for manufacturing the negative
Similarly, as shown in FIGS. 14 and 15, another metal plate is processed to produce the other
その後、図16、図17に示すごとく、一方のバスバー片40aに形成した端子接続部42aと、他方のバスバー片40bに形成した端子接続部42bとがX方向に隣り合わないように、2つのバスバー片40a,40bを重ね合わせる。重ね合わせた状態では、端子接続部42と、隣の突出部43との間に隙間Sが形成される。この隙間Sに、負極端子21b(図3参照)が挿入される。
Thereafter, as shown in FIGS. 16 and 17, two
本例の作用効果について説明する。図3に示すごとく、本例では、同一のバスバー片30(30a,30b)に形成された端子接続部32がX方向において隣り合うことがないように、基板部31a,31bを重ね合わせることにより、正極バスバー3を構成してある。負極バスバー4も同様の構成になっている。
本例では、端子接続部32のピッチが狭い正極バスバー3を容易に製造することができる。すなわち、1枚の金属板をプレス加工等して、端子接続部32のピッチが狭い正極バスバー3を製造することは難しいが、端子接続部32のピッチが広いバスバー片30は、製造が容易である。本例では図6〜図11に示すごとく、端子接続部32のピッチが広いバスバー片30を複数枚、製造しておき、この複数枚のバスバー片30(30a,30b)を組み合わせて、組み合わせ後の状態における、端子接続部32のピッチを狭くすることができる。そのため、端子接続部32のピッチが狭い正極バスバー3を容易に製造することが可能になる。同様に、本例では、端子接続部42のピッチが狭い負極バスバー4を容易に製造することができる。
また、上記構成にすると、個々の端子接続部32,42の幅(X方向長さ)を長くすることができる。そのため、バスバー3,4の自己インダクタンスを低減することができる。
The effect of this example will be described. As shown in FIG. 3, in this example, the
In this example, the positive
Moreover, if it is set as the said structure, the width | variety (X direction length) of each
また、本例では、大電流半導体モジュール2aに含まれる半導体素子29に加わるサージ電圧を低減できる。すなわち、本例では図2に示すごとく、2つの大電流基板部31a,41a間の間隔D1を狭くしてあるため、これら大電流基板部31a,41aの間につく寄生インダクタンスLを小さくすることができる。大電流半導体モジュール2a内の半導体素子29は、電流遮断時における電流Iの時間変化量dI/dtが大きいが、大電流基板部31a,41aにつく寄生インダクタンスLを小さくしてあるため、サージ電圧V(=LdI/dt)は特に大きくならずにすむ。
また、本例では図2に示すごとく、2つの小電流基板部31b,41b間の間隔D2は相対的に広くなっているため、これら小電流基板部31b,41b同士の間につく寄生インダクタンスLは大きくなりやすい。しかし、小電流半導体モジュール2b内の半導体素子29は、電流遮断時における電流Iの時間変化量dI/dtが小さいため、この半導体素子29に加わるサージ電圧V(=LdI/dt)は、特に大きくならずにすむ。
In this example, the surge voltage applied to the
Further, in this example, as shown in FIG. 2, since the distance D2 between the two small
以上のごとく、本例によれば、端子接続部のピッチが狭い正極バスバー及び負極バスバーを容易に製造することができ、かつ、大電流が流れる半導体素子に大きなサージ電圧が加わることを抑制できる電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to easily manufacture a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar with a narrow pitch of terminal connection portions, and to suppress the application of a large surge voltage to a semiconductor element through which a large current flows. A conversion device can be provided.
(実施例2)
本例は、バスバー3,4の形状を変更した例である。図20に示すごとく、本例の電力変換装置1は、正極バスバー3に含まれる一つの端子接続部32が、X方向に隣り合う2個のパワー端子21に接続するよう構成されている。図20、図21に示すごとく、正極バスバー3の端子接続部32は、Z方向へ突出した突出部33を備える。1個の突出部33の、X方向における両端部に、それぞれ突出部33が形成されている。この突出部33をパワー端子21に重ね合わせ、溶接してある。また、負極バスバー4も同様の構造になっている。
(Example 2)
In this example, the shape of the
このようにすると、端子接続部32,42の数が少なくても、多くのパワー端子21に接続することが可能になる。そのため、バスバー3,4の構造を簡素にすることができ、バスバー3,4の製造コストを低減することが可能になる。
If it does in this way, even if there are few
その他は、実施例1と同様である。また、本例に関する図面に用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。 Others are the same as in the first embodiment. Moreover, among the symbols used in the drawings relating to this example, the same symbols as those used in the first embodiment represent the same components as those in the first embodiment unless otherwise indicated.
(実施例3)
本例は、バスバー3,4の構造を変更した例である。図22に示すごとく、本例では、3枚のバスバー片30(30a〜30c)を重ね合わせて、正極バスバー3を形成してある。同様に、3枚のバスバー片40(40a〜40c)を重ね合わせて、負極バスバー4を形成してある。
Example 3
In this example, the structure of the
本例の半導体モジュール2には、実施例1と同様に、大電流半導体モジュール2aと、小電流半導体モジュール2bとがある。また、本例の半導体モジュール2には、半導体素子に流れる電流量が、大電流半導体モジュール2aと小電流半導体モジュール2bとの中間程度である、中電流半導体モジュール2cがある。
As in the first embodiment, the
本例の基板部31,41には、実施例1と同様に、大電流半導体モジュール2aに接続した大電流基板部31a,41aと、小電流半導体モジュール2bに接続した小電流基板部31b,41bとがある。また、本例の基板部31,41には、中電流半導体モジュール2cに接続した中電流基板部31c,41cがある。
Similarly to the first embodiment, the
Z方向における、大電流基板部31a,41a間の間隔D1は、小電流基板部31b,41b間の間隔D2よりも狭い。また、Z方向における、中電流基板部31c,41c間の間隔D3は、上記間隔D1よりも広く、上記間隔D2よりも狭い。すなわち、D1<D3<D2になっている。
An interval D1 between the large
このようにすると、大電流基板部31a,41aにつく寄生インダクタンスL1は小さくなり、小電流基板部31b,41bにつく寄生インダクタンスL2は大きくなる。また、中電流基板部31c,41cにつく寄生インダクタンスL3は、上記2つの寄生インダクタンスL1,L2の中間程度の値となる。そのため、3種類の半導体モジュール2(2a,2b,2c)に加わるサージ電圧を均等化することができる。
In this way, the parasitic inductance L1 attached to the large
その他は、実施例1と同様である。また、本例に関する図面に用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。 Others are the same as in the first embodiment. Moreover, among the symbols used in the drawings relating to this example, the same symbols as those used in the first embodiment represent the same components as those in the first embodiment unless otherwise indicated.
(実施例4)
本例は、バスバー3,4の構造を変更した例である。図23に示すごとく、本例では、3枚のバスバー片30を重ね合わせて、正極バスバー3を形成してある。同様に、3枚のバスバー片40を重ね合わせて、負極バスバー4を形成してある。
Example 4
In this example, the structure of the
本例の半導体モジュール2には、実施例1と同様に、大電流半導体モジュール2aと、小電流半導体モジュール2bとがある。大電流半導体モジュール2aと小電流半導体モジュール2bの個数の割合は、2:1である。
As in the first embodiment, the
正極バスバー3を構成する3枚の基板部31のうち2枚の基板部31は、大電流半導体モジュール2aに接続する大電流基板部31aである。また、残りの1枚の基板部31は、小電流半導体モジュール2bに接続する小電流基板部31bである。同様に、負極バスバー4を構成する3枚の基板部41のうち、2枚の基板部41は大電流基板部41aであり、1枚の基板部41は小電流基板部41bである。
Of the three
Z方向における、大電流基板部31a,41a間の間隔D1は、2つの大電流半導体モジュール2aについて互いに等しい。また、Z方向における、小電流基板部31b,41b間の間隔D2は、上記間隔D1よりも広い。
The interval D1 between the large
上記構成にすると、大電流半導体モジュール2aに加わるサージ電圧を低減しつつ、大電流半導体モジュール2aの数を、小電流半導体モジュール2bの数よりも多くすることができる。そのため、大電流半導体モジュール2aに流れる電流を分散でき、個々の大電流半導体モジュール2aに大きな電流が流れすぎることを防止できる。
With the above configuration, the number of large
その他は、実施例1と同様である。また、本例に関する図面に用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。 Others are the same as in the first embodiment. Moreover, among the symbols used in the drawings relating to this example, the same symbols as those used in the first embodiment represent the same components as those in the first embodiment unless otherwise indicated.
1 電力変換装置
10 積層体
2 半導体モジュール
2a 大電流半導体モジュール
2b 小電流半導体モジュール
20 本体部
21 パワー端子
3 正極バスバー
30a,30b バスバー片
31 基板部
31a 大電流基板部
31b 小電流基板部
32 端子接続部
4 負極バスバー
40a,40b バスバー片
41 基板部
41a 大電流基板部
41b 小電流基板部
42 端子接続部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
上記半導体モジュール(2)にそれぞれ電気接続し、互いの間に直流電圧が加わる正極バスバー(3)および負極バスバー(4)とを備え、
上記正極バスバー(3)と上記負極バスバー(4)とは、互いに重ね合わされた複数枚のバスバー片(30,40)からなり、各々の上記バスバー片(30,40)は、その主面(310,410)が上記パワー端子(21)の突出方向に直交するよう配された基板部(31,41)と、該基板部(31,41)から上記積層体(10)の積層方向と上記突出方向との双方に直交する幅方向に延出し上記パワー端子(21)に接続した複数の端子接続部(32,42)とを有し、
上記正極バスバー(3)と上記負極バスバー(4)とは、同一の上記バスバー片(30,40)に形成された上記端子接続部(32,42)が上記積層方向において互いに隣り合うことがないように、それぞれの上記基板部(31,41)を重ね合わせて構成されており、
上記半導体モジュール(2)には、上記半導体素子(29)に流れる電流が相対的に大きい大電流半導体モジュール(2a)と、該大電流半導体モジュール(2a)よりも上記半導体素子(29)に流れる電流が少ない小電流半導体モジュール(2b)とがあり、
上記正極バスバー(3)と上記負極バスバー(4)とをそれぞれ構成する複数枚の上記バスバー片(30,40)の上記基板部(31,41)には、上記端子接続部(32)が上記大電流半導体モジュール(2a)に接続した大電流基板部(31a,41a)と、上記小電流半導体モジュール(2b)に接続した小電流基板部(31b,41b)とがあり、
上記正極バスバー(3)に含まれる上記大電流基板部(31a)と上記負極バスバー(4)に含まれる上記大電流基板部(41a)との、上記突出方向における間隔(D1)は、上記正極バスバー(3)に含まれる上記小電流基板部(31b)と上記負極バスバー(4)に含まれる上記小電流基板部(41b)との、上記突出方向における間隔(D2)よりも狭いことを特徴とする電力変換装置(1)。 A stack in which a plurality of semiconductor modules (2) having power terminals (21) projecting from a main body (20) containing a semiconductor element (29) are stacked with each of the power terminals (21) facing in the same direction. Body (10);
A positive bus bar (3) and a negative electrode bus bar (4), each of which is electrically connected to the semiconductor module (2) and receives a DC voltage between them;
The positive electrode bus bar (3) and the negative electrode bus bar (4) are composed of a plurality of bus bar pieces (30, 40) overlapped with each other, and each of the bus bar pieces (30, 40) has its main surface (310 , 410) are arranged so as to be orthogonal to the protruding direction of the power terminal (21), the stacking direction of the stacked body (10) and the protruding from the substrate section (31, 41). A plurality of terminal connecting portions (32, 42) extending in the width direction orthogonal to both the direction and connected to the power terminal (21),
In the positive electrode bus bar (3) and the negative electrode bus bar (4), the terminal connection portions (32, 42) formed on the same bus bar piece (30, 40) are not adjacent to each other in the stacking direction. As described above, each of the above-mentioned substrate parts (31, 41) is configured to overlap,
The semiconductor module (2) includes a large current semiconductor module (2a) in which a current flowing in the semiconductor element (29) is relatively large, and a current flowing in the semiconductor element (29) from the large current semiconductor module (2a). There is a small current semiconductor module (2b) with low current,
The terminal connection portion (32) is connected to the substrate portion (31, 41) of the plurality of bus bar pieces (30, 40) constituting the positive electrode bus bar (3) and the negative electrode bus bar (4), respectively. There are a large current substrate part (31a, 41a) connected to the large current semiconductor module (2a) and a small current substrate part (31b, 41b) connected to the small current semiconductor module (2b),
The distance (D1) in the protruding direction between the large current substrate portion (31a) included in the positive electrode bus bar (3) and the large current substrate portion (41a) included in the negative electrode bus bar (4) is the positive electrode The distance between the small current substrate part (31b) included in the bus bar (3) and the small current substrate part (41b) included in the negative electrode bus bar (4) is narrower than the distance (D2) in the protruding direction. A power converter (1).
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