JPWO2021074981A1 - DC / DC converter device - Google Patents
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Abstract
DC/DCコンバータ装置(100)は、それぞれダイオード(D1〜D4)が逆並列接続された第1〜第4スイッチング素子(Q1〜Q4)を1つのパッケージ(51)に収納した半導体モジュール(50)と、第1、第2平滑コンデンサ(C1、C2)と、積層導体(40)とを備える。半導体モジュール(50)の第1〜第4端子(11〜14)は、パッケージ(51)の第1面に並んで設けられ、該第1面に対向するように、第1、第2平滑コンデンサ(C1、C2)が配列される。積層導体(40)は、高電位接続導体(41)と中間電位接続導体(42)と低電位接続導体(43)とが積層されて成り、半導体モジュール(50)の第1〜第4端子(11〜14)と第1、第2平滑コンデンサ(C1、C2)とを接続する。The DC / DC converter device (100) is a semiconductor module (50) in which first to fourth switching elements (Q1 to Q4) in which diodes (D1 to D4) are connected in antiparallel to each other are housed in one package (51). , The first and second smoothing capacitors (C1, C2), and the laminated conductor (40). The first to fourth terminals (11 to 14) of the semiconductor module (50) are provided side by side on the first surface of the package (51), and the first and second smoothing capacitors face the first surface. (C1, C2) are arranged. The laminated conductor (40) is formed by laminating a high-potential connecting conductor (41), an intermediate potential connecting conductor (42), and a low-potential connecting conductor (43), and is formed by laminating the first to fourth terminals (50) of the semiconductor module (50). 11-14) and the first and second smoothing capacitors (C1, C2) are connected.
Description
本願は、DC/DCコンバータ装置に関するものである。 The present application relates to a DC / DC converter device.
ダブルチョッパタイプのDC/DCコンバータ装置は、半導体スイッチング素子等での損失を増加させることなく、リアクトルのリプル電流を低減させることができるとともに、小型且つ安価に構成することができるチョッパ回路として提案され、無停電電源装置での平滑コンデンサの電圧制御などに用いられている。
従来のダブルチョッパタイプのDC/DCコンバータ装置は、それぞれダイオードが逆並列接続された4個のトランジスタと2個のリアクトルと2個のコンデンサとを備える。そして、2個のトランジスタを1つのパッケージに内蔵し、3つの端子を露出する半導体モジュールが用いられる(例えば特許文献1参照)。The double chopper type DC / DC converter device has been proposed as a chopper circuit that can reduce the ripple current of the reactor without increasing the loss in the semiconductor switching element and can be configured compactly and inexpensively. , Used for voltage control of smoothing capacitors in uninterruptible power supplies.
A conventional double chopper type DC / DC converter device includes four transistors in which diodes are connected in antiparallel, two reactors, and two capacitors, respectively. Then, a semiconductor module in which two transistors are built in one package and three terminals are exposed is used (see, for example, Patent Document 1).
従来のDC/DCコンバータ装置では、2個の半導体モジュールを用いる必要があり、設置面積の低減化には不適であった。また、各半導体モジュールとコンデンサとを流れる循環電流の経路の配線インダクタンスが異なり、サージ電圧の低減が困難であった。このためサージ電圧による悪影響が発生し、各部の冷却を効果的に行えないという問題点があった。 In the conventional DC / DC converter device, it is necessary to use two semiconductor modules, which is not suitable for reducing the installation area. In addition, it is difficult to reduce the surge voltage because the wiring inductance of the path of the circulating current flowing between each semiconductor module and the capacitor is different. Therefore, there is a problem that an adverse effect due to the surge voltage occurs and each part cannot be cooled effectively.
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、サージ電圧による悪影響を抑制し、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化の促進された構成のDC/DCコンバータ装置を提供することを目的とする。 The present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, suppresses an adverse effect due to a surge voltage, effectively cools each part, has a small installation area, and promotes miniaturization. It is an object of the present invention to provide a DC / DC converter device having a different configuration.
本願に開示されるDC/DCコンバータ装置は、それぞれダイオードが逆並列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とが直列接続された第1ブリッジ回路と、それぞれダイオードが逆並列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子とが直列接続された第2ブリッジ回路とを1つのパッケージに収納した半導体モジュールと、第1、第2平滑コンデンサと、前記半導体モジュールと前記第1、第2平滑コンデンサとを接続する積層導体とを備える。前記半導体モジュールは、前記パッケージの第1面に並んで設けられた入出力端子である第1〜第4端子と、前記パッケージの第2面に並んで設けられた入出力端子である第5、第6端子とを備え、前記第1端子と前記第2端子との間に前記第1ブリッジ回路が接続され、前記第3端子と前記第4端子との間に前記第2ブリッジ回路が接続され、前記第1ブリッジ回路の中間端子が前記第5端子に接続され、前記第2ブリッジ回路の中間端子が前記第6端子に接続される。前記第1、第2平滑コンデンサは、前記パッケージの前記第1面に対向するように配列される。そして、前記積層導体は、前記第1端子と前記第1平滑コンデンサの正極とを接続する高電位接続導体と、前記第4端子と前記第2平滑コンデンサの負極とを接続する低電位接続導体と、前記第2端子および前記第3端子と前記第1平滑コンデンサの負極および前記第2平滑コンデンサの正極とを接続する中間電位接続導体とが積層されて成る。 The DC / DC converter device disclosed in the present application includes a first bridge circuit in which a first switching element in which diodes are connected in antiparallel connection and a second switching element are connected in series, and a first bridge circuit in which diodes are connected in antiparallel to each other. A semiconductor module containing a second bridge circuit in which a third switching element and a fourth switching element are connected in series in one package, first and second smoothing diodes, the semiconductor module and the first and second smoothing. It is provided with a laminated conductor for connecting to a diode. The semiconductor module has first to fourth terminals which are input / output terminals provided side by side on the first surface of the package, and fifth and fourth terminals which are input / output terminals provided side by side on the second surface of the package. A sixth terminal is provided, the first bridge circuit is connected between the first terminal and the second terminal, and the second bridge circuit is connected between the third terminal and the fourth terminal. The intermediate terminal of the first bridge circuit is connected to the fifth terminal, and the intermediate terminal of the second bridge circuit is connected to the sixth terminal. The first and second smoothing capacitors are arranged so as to face the first surface of the package. The laminated conductor includes a high-potential connecting conductor that connects the first terminal and the positive electrode of the first smoothing capacitor, and a low-potential connecting conductor that connects the fourth terminal and the negative electrode of the second smoothing capacitor. , The second terminal and the third terminal are laminated with an intermediate potential connecting conductor connecting the negative electrode of the first smoothing capacitor and the positive electrode of the second smoothing capacitor.
本願に開示されるDC/DCコンバータ装置によれば、小さな設置面積で、各第1、第2ブリッジ回路によるサージ電圧の差を抑制できる。これにより、サージ電圧による悪影響を抑制し、各部の冷却が効果的に可能であって、小型化の促進されたDC/DCコンバータ装置を提供する事ができる。 According to the DC / DC converter device disclosed in the present application, the difference in surge voltage due to each of the first and second bridge circuits can be suppressed with a small installation area. As a result, it is possible to provide a DC / DC converter device in which adverse effects due to surge voltage are suppressed, each part can be effectively cooled, and miniaturization is promoted.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1によるDC/DCコンバータ装置としての昇圧チョッパ回路の概略回路構成を示す図である。
図1に示すように、DC/DCコンバータ装置100は、第1ブリッジ回路1と第1平滑コンデンサC1と第1リアクトル21とを有するチョッパと、第2ブリッジ回路2と第2平滑コンデンサC2と第2リアクトル22とを有するチョッパとを、入力直流電源3と負荷4との間に備える、ダブルチョッパタイプの昇圧チョッパ回路である。Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic circuit configuration of a step-up chopper circuit as a DC / DC converter device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the DC /
第1ブリッジ回路1は、それぞれダイオードD1、D2が逆並列接続された第1スイッチング素子Q1と第2スイッチング素子Q2とが直列接続されて成り、第2ブリッジ回路2は、それぞれダイオードD3、D4が逆並列接続された第3スイッチング素子Q3と第4スイッチング素子Q4とが直列接続されて成る。
第1〜第4スイッチング素子Q1〜Q4は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)あるいはMOSFET(metal−oxide−semiconductor field effect transistor)などを用いる。また、第1〜第4スイッチング素子Q1〜Q4およびダイオードD1〜D4の材料には、Si(ケイ素)あるいはSiC(炭化ケイ素)などが用いられる。The first bridge circuit 1 is composed of a first switching element Q1 and a second switching element Q2 in which diodes D1 and D2 are connected in antiparallel, respectively, and the
As the first to fourth switching elements Q1 to Q4, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (metric-axis-semiconductor transistor) or the like is used. Further, Si (silicon), SiC (silicon carbide) or the like is used as the material of the first to fourth switching elements Q1 to Q4 and the diodes D1 to D4.
また、第1ブリッジ回路1と第2ブリッジ回路2とは、半導体モジュール50に収納される。即ち、半導体モジュール50の1つのパッケージに4個のスイッチング素子Q1〜Q4と4個のダイオードD1〜D4とが収納される。半導体モジュール50には、入出力端子である第1〜第6端子11〜16が外側に露出するように形成される。
Further, the first bridge circuit 1 and the
半導体モジュール50の内側では、第1端子11と第2端子12との間に第1ブリッジ回路1が接続され、第3端子13と第4端子14との間に第2ブリッジ回路2が接続される。また、第1ブリッジ回路1の中間端子(交流端子)が第5端子15に接続され、第2ブリッジ回路2の中間端子(交流端子)が第6端子16に接続される。
Inside the
半導体モジュール50の外側では、第1端子11と第1平滑コンデンサC1の正極31とが接続され、第2端子12と第1平滑コンデンサC1の負極32とが接続され、第3端子13と第2平滑コンデンサC2の正極33とが接続され、第4端子14と第2平滑コンデンサC2の負極34とが接続される。第1平滑コンデンサC1の負極32と、第2平滑コンデンサC2の正極33とは互いに接続され、第1平滑コンデンサC1の正極31と、第2平滑コンデンサC2の負極34との間に負荷4が接続される。
また、第5端子15には第1リアクトル21の一端が接続され、第6端子16には第2リアクトル22の一端が接続される。第1リアクトル21の他端と第2リアクトル22の他端との間に入力直流電源3が接続される。On the outside of the
Further, one end of the
即ち、第1ブリッジ回路1は第1平滑コンデンサC1の両極間に接続され、第2ブリッジ回路2は第2平滑コンデンサC2の両極間に接続され、第1平滑コンデンサC1と第2平滑コンデンサC2とは直列接続され、該直列回路は負荷4と並列に接続される。また、第1ブリッジ回路1の中間端子は、第1リアクトル21を介して入力直流電源3の正極に接続され、第2ブリッジ回路2の中間端子は、第2リアクトル21を介して入力直流電源3の負極に接続される。
That is, the first bridge circuit 1 is connected between both poles of the first smoothing capacitor C1, the
なお、図1では昇圧チョッパ回路を示したが、この実施の形態は降圧チョッパ回路にも適用できる。
図2は、実施の形態1の別例によるDC/DCコンバータ装置としての降圧チョッパ回路の概略回路構成を示す図である。図2に示すように、DC/DCコンバータ装置200は、第1平滑コンデンサC1の正極31と、第2平滑コンデンサC2の負極34との間に入力直流電源3が接続され、第1リアクトル21と第2リアクトル22との間に負荷4が接続される。その他の構成は、図1で示したDC/DCコンバータ装置100(昇圧チョッパ回路)と同様である。Although the step-up chopper circuit is shown in FIG. 1, this embodiment can also be applied to the step-down chopper circuit.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic circuit configuration of a step-down chopper circuit as a DC / DC converter device according to another example of the first embodiment. As shown in FIG. 2, in the DC /
図3は、半導体モジュール50の入出力端子の配置を示す図である。
第1ブリッジ回路1と第2ブリッジ回路2とは、半導体モジュール50の1つのパッケージ51に収納される。パッケージ51は、一般的に直方体であり、図3では、2つの側面である第1面と第2面とを右辺と左辺とで示す。なお、第1面および第2面は、図示する面に限らない。
図3に示すように、第1端子11、第2端子12、第3端子13および第4端子14は、この順にパッケージ51の第1面に並んで配置される。また、第5端子15および第6端子16は、この順にパッケージ51の第2面に並んで配置される。
第1端子11、第2端子12、第3端子13および第4端子14は、ほぼ等間隔に配置され、互いに電気的に絶縁される。第5端子15と第6端子16とも、互いに電気的に絶縁される。FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of input / output terminals of the
The first bridge circuit 1 and the
As shown in FIG. 3, the
The
図4は、DC/DCコンバータ装置100、200の概略上面図であり、図5は、図4で示すDC/DCコンバータ装置100、200を手前から見た概略側面図である。
図4および図5に示すように、DC/DCコンバータ装置100、200は、半導体モジュール50と第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを接続する積層導体40を備える。そして、半導体モジュール50と第1、第2平滑コンデンサC1、C2と積層導体40とを備えたユニットであるダブルチョッパユニット60が構成される。FIG. 4 is a schematic top view of the DC /
As shown in FIGS. 4 and 5, the DC /
ダブルチョッパユニット60は、図中、右側に第1、第2平滑コンデンサC1、C2が、左側に半導体モジュール50がそれぞれ配置され、第1、第2平滑コンデンサC1、C2の右側から、ファン等の送風部品(図示せず)による冷却風が左向きに送られる。即ち、半導体モジュール50は、第1、第2平滑コンデンサC1、C2よりも冷却風の下流側に配置される。また、第1、第2平滑コンデンサC1、C2は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列される。
なお、半導体モジュール50は、冷却器70上にネジなどで固定される。In the
The
上述したように、半導体モジュール50の第1端子11、第2端子12、第3端子13および第4端子14は、この順にパッケージ51の第1面に並んで配置される。そして、このパッケージ51の第1面に対向するように、第1、第2平滑コンデンサC1、C2が配列され、第1平滑コンデンサC1の正極31、負極32、第2平滑コンデンサC2の正極33、負極34の4端子がこの順に並んでパッケージ51の第1面に対向配置される。
As described above, the
積層導体40は、それぞれ導体板から成る高電位接続導体41と中間電位接続導体42と低電位接続導体43とを、絶縁材44を介して積層して構成される。高電位接続導体41、中間電位接続導体42および低電位接続導体43を構成する3枚の導体板は、半導体モジュール50と接続するために突出した端子部48を除いて全て同じ幅と長さで構成される。
高電位接続導体41は、第1端子11と第1平滑コンデンサC1の正極31とを接続する。中間電位接続導体42は、第2端子12および第3端子13と、第1平滑コンデンサC1の負極32および第2平滑コンデンサC2の正極33とを接続する。低電位接続導体43は、第4端子14と第2平滑コンデンサC2の負極34とを接続する。The
The high-
図5に示すように、第1、第2平滑コンデンサC1、C2上に、下から低電位接続導体43、中間電位接続導体42、高電位接続導体41の順番に同じ領域に等間隔で重ね、各接続導体41〜43の間に、この接続導体41〜43の導体板より幅と長さが大きな絶縁材44を挿入することで、3層の積層導体40が構成される。
積層導体40は、半導体モジュール50の第1〜第4端子11〜14と金属ネジなどの導電物で接続される。同様に、積層導体40は、第1平滑コンデンサC1の正極31、負極32、第2平滑コンデンサC2の正極33、負極34の4端子と金属ネジなどの導電物で接続される。なお、積層導体40の低電位接続導体43、中間電位接続導体42および高電位接続導体41は、それぞれかわし穴45を設けて、第1、第2平滑コンデンサC1、C2の所望の端子以外との接続を回避する。As shown in FIG. 5, the low-
The
また、パッケージ51の第2面に設けられた、半導体モジュール50の第5端子15は、第1リアクトル21に接続される導電体と金属ネジなどの導電物で接続される。同様に、半導体モジュール50の第6端子16は、第2リアクトル22に接続される導電体と金属ネジなどの導電物で接続される。
Further, the
図6〜図8は、それぞれダブルチョッパユニット60の一部を示す平面図である。図6は、半導体モジュール50と第1平滑コンデンサC1とを高電位接続導体41で接続する様子を示す。図7は、半導体モジュール50と第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを中間電位接続導体42で接続する様子を示す。図8は、半導体モジュール50と第2平滑コンデンサC2とを低電位接続導体43で接続する様子を示す。
図6に示すように、高電位接続導体41は、第1端子11と第1平滑コンデンサC1の正極31とを、即ち高電位部分を接続する。高電位接続導体41は、第1平滑コンデンサC1の負極32と、第2平滑コンデンサC2の正極33、負極34とに対して電気的に接触しないかわし穴45を設け、絶縁している。6 to 8 are plan views showing a part of the
As shown in FIG. 6, the high-
図7に示すように、中間電位接続導体42は、第2端子12および第3端子13と、第1平滑コンデンサC1の負極32および第2平滑コンデンサC2の正極33とを、即ち中間電位部分を接続する。中間電位接続導体42は、第1平滑コンデンサC1の正極31と、第2平滑コンデンサC2の負極34とに対して電気的に接触しないかわし穴45を設け、絶縁している。
図8に示すように、低電位接続導体43は、第4端子14と第2平滑コンデンサC2の負極34とを、即ち低電位部分を接続する。低電位接続導体43は、第1平滑コンデンサC1の正極31、負極32と、第2平滑コンデンサC2の正極33とに対して電気的に接触しないかわし穴45を設け、絶縁している。As shown in FIG. 7, the intermediate
As shown in FIG. 8, the low-
図9は、DC/DCコンバータ装置(昇圧チョッパ回路)100に流れる循環電流の経路を示す回路図である。
DC/DCコンバータ装置100では、第1平滑コンデンサC1の充電と第2平滑コンデンサC2の充電とが交互に繰り返し実施され、第1平滑コンデンサC1の充電モードと、第2平滑コンデンサC2の充電モードとの動作の切り替え時に、循環電流Ipc、Icnが流れる。FIG. 9 is a circuit diagram showing a path of a circulating current flowing through the DC / DC converter device (boost chopper circuit) 100.
In the DC /
第1平滑コンデンサC1の充電モードでは、第2スイッチング素子Q2がオフで第3スイッチング素子Q3がオンの期間中、入力直流電源3からの電流が、第1リアクトル21→第1ダイオードD1→第1平滑コンデンサC1→第3スイッチング素子Q3→第2リアクトル22を通って流れ、第1平滑コンデンサC1を必要な電圧値まで充電する。
第2平滑コンデンサC2の充電モードでは、第2スイッチング素子Q2がオンで第3スイッチング素子Q3がオフの期間中、入力直流電源3からの電流が、第1リアクトル21→第2スイッチング素子Q2→第2平滑コンデンサC2→第4ダイオードD4→第2リアクトル22を通って流れ、第2平滑コンデンサC2を必要な電圧値まで充電する。In the charging mode of the first smoothing capacitor C1, during the period when the second switching element Q2 is off and the third switching element Q3 is on, the current from the input
In the charging mode of the second smoothing capacitor C2, during the period when the second switching element Q2 is on and the third switching element Q3 is off, the current from the input
第1平滑コンデンサC1の充電モードから第2平滑コンデンサC2の充電モードに切り替わる際、第2平滑コンデンサC2の充電モード開始時に、第2スイッチング素子Q2がターンオンした瞬間、第1ダイオードD1は、順方向に流れていた電流が逆方向に一時的に流れた後にオフする。この第1ダイオードD1を逆方向に流れる電流により、第1平滑コンデンサC1→第1ダイオードD1→第2スイッチング素子Q2を循環する循環電流Ipc(実線矢印で図示)が流れる。その後、第2スイッチング素子Q2がターンオフした瞬間に発生するスイッチングサージ電圧VM1は、循環電流Ipcによる電流経路上の配線インダクタンスに基づいて演算できる。 When switching from the charging mode of the first smoothing capacitor C1 to the charging mode of the second smoothing capacitor C2, the first diode D1 moves in the forward direction at the moment when the second switching element Q2 turns on at the start of the charging mode of the second smoothing capacitor C2. The current that was flowing in the reverse direction temporarily flows in the opposite direction and then turns off. Due to the current flowing in the reverse direction of the first diode D1, a circulating current Ipc (shown by a solid arrow) circulating in the first smoothing capacitor C1 → the first diode D1 → the second switching element Q2 flows. After that, the switching surge voltage VM1 generated at the moment when the second switching element Q2 is turned off can be calculated based on the wiring inductance on the current path due to the circulating current Ipc.
また、第2平滑コンデンサC2の充電モードから第1平滑コンデンサC1の充電モードに切り替わる際、第1平滑コンデンサC1の充電モード開始時に、第3スイッチング素子Q3がターンオンした瞬間、第4ダイオードD4は、順方向に流れていた電流が逆方向に一時的に流れた後にオフする。この第4ダイオードD4を逆方向に流れる電流により、第2平滑コンデンサC2→第3スイッチング素子Q3→第4ダイオードD4を循環する循環電流Icn(点線矢印で図示)が流れる。その後、第3スイッチング素子Q3がターンオフした瞬間に発生するスイッチングサージ電圧VM2は、循環電流Icnによる電流経路上の配線インダクタンスに基づいて演算できる。 Further, when the charging mode of the second smoothing capacitor C2 is switched to the charging mode of the first smoothing capacitor C1, the fourth diode D4 is set at the moment when the third switching element Q3 is turned on at the start of the charging mode of the first smoothing capacitor C1. The current flowing in the forward direction temporarily flows in the reverse direction and then turns off. Due to the current flowing in the reverse direction of the fourth diode D4, a circulating current Icn (shown by a dotted arrow) circulating in the second smoothing capacitor C2 → the third switching element Q3 → the fourth diode D4 flows. After that, the switching surge voltage VM2 generated at the moment when the third switching element Q3 is turned off can be calculated based on the wiring inductance on the current path due to the circulating current Icn.
図10は、ダブルチョッパユニット60に流れる循環電流Ipc、Icnの経路を示す図である。図10に示すように、循環電流Ipcの経路長と循環電流Icnの経路長は等しくなり、配線インダクタンスは概ね等しくなる。また、半導体モジュール50の第1〜第4端子11〜14および第1、第2平滑コンデンサC1、C2の正極、負極の配置により、循環電流Ipc、Icnの経路長を短くでき、配線インダクタンスを低減できる。
そして、半導体モジュール50から第1、第2平滑コンデンサC1、C2へ流れる電流と、第1、第2平滑コンデンサC1、C2から半導体モジュール50へ流れる電流とが、積層導体40の中で対向する事になり、配線インダクタンスをさらに低減できる。FIG. 10 is a diagram showing paths of circulating currents Ipc and Icn flowing through the
Then, the current flowing from the
スイッチングサージ電圧は、(直流印加電圧)+{(配線インダクタンス)×(電流時間変化率)}で算出でき、配線インダクタンスの大きさに応じて大きくなる。この実施の形態では、上記のように循環電流Ipc、Icnの経路上の配線インダクタンスを概ね等しくして低減できる。スイッチングサージ電圧VM1、VM2は、電力損失の発生、および第2、第3スイッチング素子Q2、Q3の劣化などを引き起こすものであるが、配線インダクタンスの低減により、共に抑制できる。このため、スイッチングサージ電圧VM1、VM2による悪影響を抑制できる。 The switching surge voltage can be calculated by (DC applied voltage) + {(wiring inductance) × (current time change rate)}, and increases according to the magnitude of the wiring inductance. In this embodiment, as described above, the wiring inductances on the paths of the circulating currents Ipc and Icn can be reduced by making them substantially equal. The switching surge voltages VM1 and VM2 cause power loss and deterioration of the second and third switching elements Q2 and Q3, but both can be suppressed by reducing the wiring inductance. Therefore, the adverse effects of the switching surge voltages VM1 and VM2 can be suppressed.
図11は、DC/DCコンバータ装置100に発生するサージ電圧を示す図であり、スイッチング素子のターンオフ時のスイッチングサージ電圧VM1、VM2を、スイッチング素子に流れる電流Iと共に示す。循環電流Ipc、Icnの経路上の配線インダクタンスが概ね等しくなるため、スイッチングサージ電圧VM1とスイッチングサージ電圧VM2との差も小さくできる。このため、VM1とVM2との相違期間Tdefにおいて発生する相違電圧Vdefと電流Iとの積による、半導体モジュール50の損失差も小さくできる。
このため、半導体モジュール50の冷却を効果的に実施でき、冷却器70の小型化に貢献できる。FIG. 11 is a diagram showing a surge voltage generated in the DC /
Therefore, the
なお、積層導体40は、第1、第2平滑コンデンサC1、C2上に、下から低電位接続導体43、中間電位接続導体42、高電位接続導体41の順番に重ねるものを示したが、いずれの順番に重ねても良く、同様の効果が得られる。
The
また、スイッチングサージ電圧について、昇圧チョッパ回路であるDC/DCコンバータ装置100について説明したが、降圧チョッパ回路であるDC/DCコンバータ装置200についても、同様にスイッチングサージ電圧を抑制でき、その悪影響を抑制できる。
Further, regarding the switching surge voltage, the DC /
さらに、第1、第2平滑コンデンサC1、C2の許容温度は、半導体モジュール50の許容温度より一般的に低いものであるが、冷却風の風上側に第1、第2平滑コンデンサC1、C2を配置するため、効果的に第1、第2平滑コンデンサC1、C2および半導体モジュール50を冷却できる。
さらにまた、第1、第2平滑コンデンサC1、C2は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列されるため、第1平滑コンデンサC1と第2平滑コンデンサC2とは、冷却風に同等に冷却され、冷却能力の違いが発生しない。
また、半導体モジュール50の1つのパッケージ51に4個のスイッチング素子Q1〜Q4と4個のダイオードD1〜D4とを収納するため、複数の半導体モジュールを用いる従来のものに比べて、半導体モジュール50を効果的に冷却でき、また設置面積が小さくDC/DCコンバータ装置100、200の小型化が促進できる。Further, although the permissible temperature of the first and second smoothing capacitors C1 and C2 is generally lower than the permissible temperature of the
Furthermore, since the first and second smoothing capacitors C1 and C2 are arranged in the direction perpendicular to the direction of the cooling air, the first smoothing capacitor C1 and the second smoothing capacitor C2 are cooled equally by the cooling air. , There is no difference in cooling capacity.
Further, since the four switching elements Q1 to Q4 and the four diodes D1 to D4 are housed in one
この実施の形態に対する比較例として、図1と同様の回路構成であって、2つの半導体モジュールM1、M2と2つの平滑コンデンサC1、C2とを冷却風の向きと同方向に一列に配置した場合を、図12〜図15に示す。
図12は、比較例によるDC/DCコンバータ装置300の概略回路構成を示す図である。図13は、DC/DCコンバータ装置300の概略上面図であり、図14は、図13で示すDC/DCコンバータ装置300を手前から見た概略側面図である。また、図15は、循環電流の経路を示す図である。As a comparative example with respect to this embodiment, when the circuit configuration is the same as that in FIG. 1 and the two semiconductor modules M1 and M2 and the two smoothing capacitors C1 and C2 are arranged in a row in the same direction as the direction of the cooling air. Is shown in FIGS. 12 to 15.
FIG. 12 is a diagram showing a schematic circuit configuration of the DC /
図12に示すように、DC/DCコンバータ装置300は、図1で示したDC/DCコンバータ装置100と同様の回路構成のダブルチョッパタイプの昇圧チョッパ回路である。即ち、第1ブリッジ回路1と第1平滑コンデンサC1と第1リアクトル21とを有するチョッパと、第2ブリッジ回路2と第2平滑コンデンサC2と第2リアクトル22とを有するチョッパとを、入力直流電源3と負荷4との間に備える。
この比較例では、第1ブリッジ回路1は半導体モジュールM1に収納され、第2ブリッジ回路2は半導体モジュールM2に収納される。
即ち、半導体モジュールM1のパッケージには、2個のスイッチング素子Q1、Q2と2個のダイオードD1、D2とが収納され、入出力端子であるTA、TB、TCが外側に露出するように形成される。また、半導体モジュールM2のパッケージには、2個のスイッチング素子Q3、Q4と2個のダイオードD3、D4とが収納され、入出力端子である端子TA、端子TB、端子TCが外側に露出するように形成される。As shown in FIG. 12, the DC /
In this comparative example, the first bridge circuit 1 is housed in the semiconductor module M1, and the
That is, the package of the semiconductor module M1 contains two switching elements Q1 and Q2 and two diodes D1 and D2, and is formed so that the input / output terminals TA, TB, and TC are exposed to the outside. Ru. Further, in the package of the semiconductor module M2, two switching elements Q3 and Q4 and two diodes D3 and D4 are housed so that the input / output terminals TA, TB and terminal TC are exposed to the outside. Is formed in.
図13および図14に示すように、DC/DCコンバータ装置300は、半導体モジュールM1、M2と第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを接続する積層導体140を備える。各半導体モジュールM1、M2は、3つの端子TA、TB、TCがパッケージの1つの面に形成される。2つの半導体モジュールM1、M2と2つの平滑コンデンサC1、C2とが冷却風の向きと同方向に一列に配置され、半導体モジュールM1、M2の6端子と第1、第2平滑コンデンサC1、C2の正極、負極の4端子の計10個の端子が図示されるように並んで配置される。また、半導体モジュールM1、M2は冷却器170上に固定される。
As shown in FIGS. 13 and 14, the DC /
積層導体140は、それぞれ導体板から成る高電位接続導体141と中間電位接続導体142と低電位接続導体143とを、絶縁材144を介して積層して構成される。各導体板には、絶縁のためのかわし穴45が設けられる。
高電位接続導体141は、半導体モジュールM1の端子TAと第1平滑コンデンサC1の正極31とを接続する。中間電位接続導体142は、半導体モジュールM1の端子TC、半導体モジュールM2の端子TA、第1平滑コンデンサC1の負極32および第2平滑コンデンサC2の正極33を接続する。低電位接続導体143は、半導体モジュールM2の端子TCと第2平滑コンデンサC2の負極34とを接続する。
また、半導体モジュールM1の端子TBには第1リアクトル21が接続され、半導体モジュールM2の端子TBには第2リアクトル22が接続される。The
The high-
Further, the
このように構成されるDC/DCコンバータ装置300では、上述した循環電流Ipc、Icnは、図15に示すような経路で流れる。この場合、循環電流Ipcの経路長と循環電流Icnの経路長との差は大きく、配線インダクタンスの差も大きくなる。このため、スイッチングサージ電圧の抑制に限界があり、それによる悪影響が発生する。また、第1平滑コンデンサC1と第2平滑コンデンサC2とは冷却風に対して上流側と下流側との配置になるため、同様に冷却されず、効果的に冷却できない。さらに、2個の半導体モジュールM1、M2を用いるため、設置面積の低減化には不適である。
In the DC /
以上説明したような比較例に比べて、この実施の形態1によるDC/DCコンバータ装置100、200は、スイッチングサージ電圧による悪影響を抑制し、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化が促進されるものである。
Compared with the comparative example as described above, the DC /
次に、この実施の形態1の別例によるDC/DCコンバータ装置100Aを、図16〜図21に基づいて以下に説明する。この場合、半導体モジュールの第1〜第4端子および第1、第2平滑コンデンサC1、C2の正極、負極の配置が、上述したDC/DCコンバータ装置100、200と異なる。DC/DCコンバータ装置100、200と同様の部分は同符号を用いて適宜、説明を省略する。
Next, the DC /
図16は、DC/DCコンバータ装置100A内の半導体モジュール50Aの入出力端子の配置を示す図である。
図16に示すように、第1端子11、第2端子12、第4端子14および第3端子13は、この順にパッケージ51Aの第1面に並んで配置される。また、第5端子15および第6端子16は、この順にパッケージ51Aの第2面に並んで配置される。
第1端子11、第2端子12、第4端子14および第3端子13は、ほぼ等間隔に配置され、互いに電気的に絶縁される。第5端子15と第6端子16とも、互いに電気的に絶縁される。FIG. 16 is a diagram showing the arrangement of input / output terminals of the
As shown in FIG. 16, the
The
図17は、DC/DCコンバータ装置100Aの概略上面図であり、図18は、図17で示すDC/DCコンバータ装置100Aを手前から見た概略側面図である。
図17および図18に示すように、DC/DCコンバータ装置100Aは、半導体モジュール50Aと第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを接続する積層導体40Aを備える。そして、半導体モジュール50Aと第1、第2平滑コンデンサC1、C2と積層導体40Aとを備えたユニットであるダブルチョッパユニット60Aが構成される。FIG. 17 is a schematic top view of the DC /
As shown in FIGS. 17 and 18, the DC /
ダブルチョッパユニット60Aは、図中、右側に第1、第2平滑コンデンサC1、C2が、左側に半導体モジュール50Aがそれぞれ配置され、第1、第2平滑コンデンサC1、C2の右側から、ファン等の送風部品(図示せず)による冷却風が左向きに送られる。即ち、半導体モジュール50Aは、第1、第2平滑コンデンサC1、C2よりも冷却風の下流側に配置される。また、第1、第2平滑コンデンサC1、C2は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列される。
In the
上述したように、半導体モジュール50Aの第1端子11、第2端子12、第4端子14および第3端子13は、この順にパッケージ51Aの第1面に並んで配置される。そして、このパッケージ51Aの第1面に対向するように、第1、第2平滑コンデンサC1、C2が配列され、第1平滑コンデンサC1の正極31、負極32、第2平滑コンデンサC2の負極34、正極33の4端子がこの順に並んでパッケージ51Aの第1面に対向配置される。
積層導体40Aは、それぞれ導体板から成る高電位接続導体41と中間電位接続導体42Aと低電位接続導体43Aとを、絶縁材44を介して積層して構成される。3枚の導体板は、半導体モジュール50Aと接続するために突出した端子部48を除いて全て同じ幅と長さで構成される。この場合も、いずれの順番で積層しても良い。As described above, the
The
図19〜図21は、それぞれダブルチョッパユニット60Aの一部を示す平面図である。図19は、半導体モジュール50Aと第1平滑コンデンサC1とを高電位接続導体41で接続する様子を示す。図20は、半導体モジュール50Aと第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを中間電位接続導体42Aで接続する様子を示す。図21は、半導体モジュール50Aと第2平滑コンデンサC2とを低電位接続導体43Aで接続する様子を示す。
19 to 21 are plan views showing a part of the
このDC/DCコンバータ装置100Aにおいても、ダブルチョッパユニット60Aに流れる循環電流Ipcの経路長と循環電流Icnの経路長は等しく、かつ短くでき、上述したDC/DCコンバータ装置100、200の場合と同様に配線インダクタンスを低減でき、スイッチングサージ電圧VM1、VM2による悪影響を抑制できる。また、DC/DCコンバータ装置100、200の場合と同様に、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化が促進できる。
Also in this DC /
実施の形態2.
次に、この実施の形態2によるDC/DCコンバータ装置100Bを、図22〜図25に基づいて以下に説明する。この場合、積層導体の構成が、上記実施の形態1のDC/DCコンバータ装置100、200と異なる。DC/DCコンバータ装置100、200と同様の部分は同符号を用いて適宜、説明を省略する。
図22は、DC/DCコンバータ装置100Bの概略上面図であり、図23は、図22で示すDC/DCコンバータ装置100Bを手前から見た概略側面図である。
Next, the DC /
22 is a schematic top view of the DC /
図22および図23に示すように、DC/DCコンバータ装置100Bは、半導体モジュール50と第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを接続する積層導体40Bを備える。そして、半導体モジュール50と第1、第2平滑コンデンサC1、C2と積層導体40Bとを備えたユニットであるダブルチョッパユニット60Bが構成される。
この場合、DC/DCコンバータ装置100、200と同様の半導体モジュール50を用い、即ち、第1端子11、第2端子12、第3端子13および第4端子14は、この順にパッケージ51の第1面に並んで配置される。そして、このパッケージ51の第1面に対向するように、第1、第2平滑コンデンサC1、C2が配列され、第1平滑コンデンサC1の正極31、負極32、第2平滑コンデンサC2の正極33、負極34の4端子がこの順に並んでパッケージ51の第1面に対向配置される。As shown in FIGS. 22 and 23, the DC /
In this case, the
また、ダブルチョッパユニット60Bは、図中、右側に第1、第2平滑コンデンサC1、C2が、左側に半導体モジュール50がそれぞれ配置され、第1、第2平滑コンデンサC1、C2の右側から、ファン等の送風部品(図示せず)による冷却風が左向きに送られる。即ち、半導体モジュール50は、第1、第2平滑コンデンサC1、C2よりも冷却風の下流側に配置される。また、第1、第2平滑コンデンサC1、C2は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列される。
Further, in the
積層導体40Bは、それぞれ導体板から成る高電位接続導体41Bと中間電位接続導体42と低電位接続導体43Bとを、絶縁材44を介して積層して構成される。高電位接続導体41B、中間電位接続導体42および低電位接続導体43Bを構成する3枚の導体板は、半導体モジュール50と接続するために突出した端子部48を備える。
高電位接続導体41Bは、第1端子11と第1平滑コンデンサC1の正極31とを接続する。中間電位接続導体42は、第2端子12および第3端子13と、第1平滑コンデンサC1の負極32および第2平滑コンデンサC2の正極33とを接続する。低電位接続導体43Bは、第4端子14と第2平滑コンデンサC2の負極34とを接続する。The
The high
図23に示すように、積層導体40Bは、高電位接続導体41Bと低電位接続導体43Bとが積層方向の同じ位置に配置され、高電位接続導体41Bおよび低電位接続導体43Bと、中間電位接続導体42とが絶縁材44を介して積層される。これにより、2層構造の積層導体40Bが構成される。
この場合、第1、第2平滑コンデンサC1、C2上に、下から中間電位接続導体42が配置され、その上に、中間電位接続導体42の導体板より幅と長さが大きな絶縁材44を介して高電位接続導体41Bおよび低電位接続導体43Bが配置される。高電位接続導体41Bおよび低電位接続導体43Bは、端子部48を除いて、中間電位接続導体42の端面と重なるように、中間電位接続導体42に応じた幅と長さで形成され、かつ配置される。
なお、この場合も、いずれの順番で積層しても良く、高電位接続導体41Bおよび低電位接続導体43Bを下層に、中間電位接続導体42を上層に配置しても良い。As shown in FIG. 23, in the
In this case, the intermediate
In this case as well, the layers may be stacked in any order, and the high-
積層導体40Bは、半導体モジュール50の第1〜第4端子11〜14と金属ネジなどの導電物で接続される。同様に、積層導体40Bは、第1平滑コンデンサC1の正極31、負極32、第2平滑コンデンサC2の正極33、負極34の4端子と金属ネジなどの導電物で接続される。なお、積層導体40Bの高電位接続導体41B、中間電位接続導体42および低電位接続導体43Bは、それぞれかわし穴45を設けて、第1、第2平滑コンデンサC1、C2の所望の端子以外との接続を回避する。
The
図24、図25は、それぞれダブルチョッパユニット60Bの一部を示す平面図である。
図24は、半導体モジュール50と第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを、高電位接続導体41B、低電位接続導体43Bでそれぞれ接続する様子を示す。図24に示すように、高電位接続導体41Bおよび低電位接続導体43Bは、端子部48を除いて同じ幅と長さの導電板から成り、高電位接続導体41Bは第2平滑コンデンサC2の領域上には延在せず、低電位接続導体43Bは第1平滑コンデンサC1の領域上には延在しない。そして、高電位接続導体41Bおよび低電位接続導体43Bは、同じ高さ位置に配置される。24 and 25 are plan views showing a part of the
FIG. 24 shows how the
高電位接続導体41Bは、第1端子11と第1平滑コンデンサC1の正極31とを接続し、即ち高電位部分を接続する。高電位接続導体41Bは、第1平滑コンデンサC1の負極32に対して電気的に接触しないかわし穴45を設け、絶縁している。
低電位接続導体43Bは、第4端子14と第2平滑コンデンサC2の負極34とを接続し、即ち低電位部分を接続する。低電位接続導体43Bは、第2平滑コンデンサC2の正極33に対して電気的に接触しないかわし穴45を設け、絶縁している。The high-
The low-
図25は、半導体モジュール50と第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを中間電位接続導体42で接続する様子を示す。図25に示すように、中間電位接続導体42は、第2端子12および第3端子13と、第1平滑コンデンサC1の負極32および第2平滑コンデンサC2の正極33とを接続する。
FIG. 25 shows how the
この実施の形態においても、上記実施の形態1と同様に、ダブルチョッパユニット60Bに流れる循環電流Ipcの経路長と循環電流Icnの経路長は等しく、かつ短くでき、配線インダクタンスを低減できる。このため、スイッチングサージ電圧VM1、VM2による悪影響を抑制できる。また、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化が促進できる。
また、積層導体40Bを2層構造にしたため、小型化がさらに促進でき、コスト低減も図れる。Also in this embodiment, similarly to the first embodiment, the path length of the circulating current Ipc flowing through the
Further, since the
なお、高電位接続導体41Bおよび低電位接続導体43Bの各導体板の面積が、実施の形態1の場合より小さいため、配線インダクタンスの低減効果は実施の形態1に比べて劣る。
Since the area of each conductor plate of the high-
次に、この実施の形態2の別例によるDC/DCコンバータ装置100Cを、図26〜図29に基づいて以下に説明する。この場合、半導体モジュールの第1〜第4端子および第1、第2平滑コンデンサC1、C2の正極、負極の配置が、図16〜図21で示した上記実施の形態1の別例と同様である。DC/DCコンバータ装置100、200、100A、100Bと同様の部分は同符号を用いて適宜、説明を省略する。
図26は、DC/DCコンバータ装置100Cの概略上面図であり、図27は、図26で示すDC/DCコンバータ装置100Cを手前から見た概略側面図である。Next, the DC / DC converter device 100C according to another example of the second embodiment will be described below with reference to FIGS. 26 to 29. In this case, the arrangement of the positive electrodes and the negative electrodes of the first to fourth terminals and the first and second smoothing capacitors C1 and C2 of the semiconductor module is the same as that of the other example of the first embodiment shown in FIGS. 16 to 21. be. The same parts as those of the DC /
FIG. 26 is a schematic top view of the DC / DC converter device 100C, and FIG. 27 is a schematic side view of the DC / DC converter device 100C shown in FIG. 26 as viewed from the front.
図26および図27に示すように、DC/DCコンバータ装置100Cは、半導体モジュール50Aと第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを接続する積層導体40Cを備える。そして、半導体モジュール50Aと第1、第2平滑コンデンサC1、C2と積層導体40Cとを備えたユニットであるダブルチョッパユニット60Cが構成される。
この場合、半導体モジュール50Aの第1端子11、第2端子12、第4端子14および第3端子13は、この順にパッケージ51Aの第1面に並んで配置される。そして、このパッケージ51Aの第1面に対向するように、第1、第2平滑コンデンサC1、C2が配列され、第1平滑コンデンサC1の正極31、負極32、第2平滑コンデンサC2の負極34、正極33の4端子がこの順に並んでパッケージ51Aの第1面に対向配置される。As shown in FIGS. 26 and 27, the DC / DC converter device 100C includes a laminated conductor 40C connecting the
In this case, the
積層導体40Cは、それぞれ導体板から成る高電位接続導体41Bと中間電位接続導体42Aと低電位接続導体43Cとを、絶縁材44を介して積層して構成される。高電位接続導体41B、中間電位接続導体42Aおよび低電位接続導体43Cを構成する3枚の導体板は、半導体モジュール50Aと接続するために突出した端子部48を備える。
高電位接続導体41Bは、第1端子11と第1平滑コンデンサC1の正極31とを接続する。中間電位接続導体42Aは、第2端子12および第3端子13と、第1平滑コンデンサC1の負極32および第2平滑コンデンサC2の正極33とを接続する。低電位接続導体43Cは、第4端子14と第2平滑コンデンサC2の負極34とを接続する。The laminated conductor 40C is configured by laminating a high-
The high
図27に示すように、積層導体40Cは、高電位接続導体41Bと低電位接続導体43Cとが積層方向の同じ位置に配置され、高電位接続導体41Bおよび低電位接続導体43Cと、中間電位接続導体42Aとが絶縁材44を介して積層される。これにより、2層構造の積層導体40Cが構成される。この場合も、いずれの順番で積層しても良い。
As shown in FIG. 27, in the laminated conductor 40C, the high-
図28、図29は、ダブルチョッパユニット60Cの一部を示す平面図である。
図28は、半導体モジュール50Aと第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを、高電位接続導体41B、低電位接続導体43Cでそれぞれ接続する様子を示す。図28に示すように、高電位接続導体41Bおよび低電位接続導体43Cは、端子部48を除いて同じ幅と長さの導電板から成り、高電位接続導体41Bは第2平滑コンデンサC2の領域上には延在せず、低電位接続導体43Cは第1平滑コンデンサC1の領域上には延在しない。そして、高電位接続導体41Bおよび低電位接続導体43Cは、同じ高さ位置に配置される。
高電位接続導体41Bは、第1端子11と第1平滑コンデンサC1の正極31とを接続し、低電位接続導体43Cは、第4端子14と第2平滑コンデンサC2の負極34とを接続する。28 and 29 are plan views showing a part of the double chopper unit 60C.
FIG. 28 shows how the
The high-
図29は、半導体モジュール50Aと第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを中間電位接続導体42Aで接続する様子を示す。図29に示すように、中間電位接続導体42Aは、第2端子12および第3端子13と、第1平滑コンデンサC1の負極32および第2平滑コンデンサC2の正極33とを接続する。
FIG. 29 shows how the
このDC/DCコンバータ装置100Cにおいても、ダブルチョッパユニット60Cに流れる循環電流Ipcの経路長と循環電流Icnの経路長は等しく、かつ短くでき、上述したDC/DCコンバータ装置100Bの場合と同様に配線インダクタンスを低減でき、スイッチングサージ電圧VM1、VM2による悪影響を抑制できる。また、DC/DCコンバータ装置100Bの場合と同様に、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化が促進できる。
Also in this DC / DC converter device 100C, the path length of the circulating current Ipc flowing through the double chopper unit 60C and the path length of the circulating current Icn can be equal and short, and wiring is performed in the same manner as in the case of the DC /
実施の形態3.
次に、この実施の形態3によるDC/DCコンバータ装置110を、図30〜図35に基づいて以下に説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同符号を用いて適宜、説明を省略する。
図30は、実施の形態3によるDC/DCコンバータ装置110の概略回路構成を示す図である。図31は、DC/DCコンバータ装置110の概略上面図であり、図32は、図31で示すDC/DCコンバータ装置110を手前から見た概略側面図である。
Next, the DC /
FIG. 30 is a diagram showing a schematic circuit configuration of the DC /
図30に示すように、DC/DCコンバータ装置110は、図1で示した半導体モジュール50および第1、第2平滑コンデンサC1、C2を2組、並列に接続したものである。
図31および図32に示すように、DC/DCコンバータ装置110は、2組の半導体モジュール50と2組の第1、第2平滑コンデンサC1、C2とを接続する積層導体40Dを備える。そして、2組の半導体モジュール50および第1、第2平滑コンデンサC1、C2と積層導体40Dとを備えたユニットであるダブルチョッパユニット60Dが構成される。As shown in FIG. 30, the DC /
As shown in FIGS. 31 and 32, the DC /
上記実施の形態1と同様に、各半導体モジュール50の第1端子11、第2端子12、第3端子13および第4端子14は、この順にパッケージ51の第1面に並んで配置される。そして、このパッケージ51の第1面に対向するように、第1、第2平滑コンデンサC1、C2が配列され、第1平滑コンデンサC1の正極31、負極32、第2平滑コンデンサC2の正極33、負極34の4端子がこの順に並んでパッケージ51の第1面に対向配置される。なお、各半導体モジュール50の第5端子15、第6端子16は、第1面とは異なるパッケージ51の第2面に配置され、第1、第2リアクトル21、22にそれぞれ接続される。
Similar to the first embodiment, the
ダブルチョッパユニット60Dは、図中、右側に第1、第2平滑コンデンサC1、C2が、左側に半導体モジュール50がそれぞれ配置され、第1、第2平滑コンデンサC1、C2の右側から、ファン等の送風部品(図示せず)による冷却風が左向きに送られる。2個の半導体モジュール50は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列され、かつ第1、第2平滑コンデンサC1、C2よりも冷却風の下流側に配置される。また、計4個の第1、第2平滑コンデンサC1、C2は、冷却風の向きに対し垂直方向に配列される。
なお、2個の半導体モジュール50は、冷却器71上にネジなどで固定される。In the
The two
積層導体40Dは、それぞれ導体板から成る高電位接続導体41Dと中間電位接続導体42DA、42DBと、低電位接続導体43Dとを、絶縁材44Dを介して積層して構成される。高電位接続導体41D、中間電位接続導体42DA、42DBおよび低電位接続導体43Dを構成する4枚の導体板は、半導体モジュール50と接続するために突出した端子部48を備える。
The
高電位接続導体41Dは、2個の第1端子11と2個の第1平滑コンデンサC1の正極31とを接続する。各中間電位接続導体42DA、42DBは、各半導体モジュール50において、第2端子12および第3端子13と、第1平滑コンデンサC1の負極32および第2平滑コンデンサC2の正極33とを接続する。低電位接続導体43Dは、2個の第4端子14と2個の第2平滑コンデンサC2の負極34とを接続する。
The high-
図32に示すように、2組の第1、第2平滑コンデンサC1、C2上に、下から低電位接続導体43D、中間電位接続導体42DA、42DB、高電位接続導体41Dの順番に同じ領域に絶縁材44Dを介して積層される。これにより、3層構造の積層導体40Dが構成される。高電位接続導体41Dと低電位接続導体43Dとは、端子部48を除いて同じ幅と長さの導電板で形成され、絶縁材44Dは、高電位接続導体41Dおよび低電位接続導体43Dより幅と長さが大きい。2枚の中間電位接続導体42DA、42DBは、同じ幅と長さの導電板で形成され、積層方向の同じ位置に配置され、高電位接続導体41Dおよび低電位接続導体43Dの端面と重なるように配置される。
As shown in FIG. 32, on the two sets of the first and second smoothing capacitors C1 and C2, the low
この場合も、積層導体40Dは、各半導体モジュール50の第1〜第4端子11〜14と金属ネジなどの導電物で接続され、同様に、各第1、第2平滑コンデンサC1、C2の正極、負極の8端子と金属ネジなどの導電物で接続される。なお、積層導体40Dの低電位接続導体43D、中間電位接続導体42DA、42DBおよび高電位接続導体41Dは、それぞれかわし穴45を設けて、第1、第2平滑コンデンサC1、C2の所望の端子以外との接続を回避する。
Also in this case, the
図33〜図35は、それぞれダブルチョッパユニット60Dの一部を示す平面図である。
図33に示すように、高電位接続導体41Dは、2個の第1端子11と、2個の第1平滑コンデンサC1の正極31とを、即ち高電位部分を接続する。高電位接続導体41Dは、各第1平滑コンデンサC1の負極32と、各第2平滑コンデンサC2の正極33、負極34とに対して電気的に接触しないかわし穴45を設け、絶縁している。33 to 35 are plan views showing a part of the
As shown in FIG. 33, the high-
図34に示すように、各中間電位接続導体42DA、42DBは、各半導体モジュール50の第2端子12および第3端子13と、接続対象となる第1平滑コンデンサC1の負極32および第2平滑コンデンサC2の正極33とを、即ち中間電位部分を接続する。各中間電位接続導体42DA、42DBは、各第1平滑コンデンサC1の正極31と、各第2平滑コンデンサC2の負極34とに対して電気的に接触しないかわし穴45を設け、絶縁している。
As shown in FIG. 34, the intermediate potential connection conductors 42DA and 42DB are the
図35に示すように、低電位接続導体43Dは、2個の第4端子14と2個の第2平滑コンデンサC2の負極34とを、即ち低電位部分を接続する。低電位接続導体43Dは、各第1平滑コンデンサC1の正極31、負極32と、各第2平滑コンデンサC2の正極33とに対して電気的に接触しないかわし穴45を設け、絶縁している。
As shown in FIG. 35, the low-
このDC/DCコンバータ装置110においても、ダブルチョッパユニット60Dに流れる循環電流Ipcの経路長と循環電流Icnの経路長は等しく、かつ短くできる。また、半導体モジュール50から第1、第2平滑コンデンサC1、C2へ流れる電流と、第1、第2平滑コンデンサC1、C2から半導体モジュール50へ流れる電流とが、積層導体40Dの中で対向する事になり、配線インダクタンスをさらに低減できる。
このため、配線インダクタンスを低減でき、スイッチングサージ電圧VM1、VM2による悪影響を抑制できる。また、各部の冷却が効果的に可能であって、設置面積が小さく小型化が促進できる。Also in this DC /
Therefore, the wiring inductance can be reduced, and the adverse effects of the switching surge voltages VM1 and VM2 can be suppressed. In addition, each part can be effectively cooled, the installation area is small, and miniaturization can be promoted.
なお、この場合も、低電位接続導体43D、中間電位接続導体42DA、42DBおよび高電位接続導体41Dを積層する順番は、これに限らずいずれでも良い。
また、上記実施の形態では、昇圧チョッパ回路を用いたが、降圧チョッパ回路を用いても良い。
さらに、半導体モジュール50および第1、第2平滑コンデンサC1、C2を2組、並列に接続したものを示したが、3組以上を並列接続した構成にも適用できる。In this case as well, the order in which the low-
Further, in the above embodiment, the step-up chopper circuit is used, but a step-down chopper circuit may be used.
Further, although the
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not exemplified are envisioned within the scope of the techniques disclosed in the present application. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
1 第1ブリッジ回路、2 第2ブリッジ回路、11〜14 第1〜第4端子、15 第5端子、16 第6端子、21 第1リアクトル、22 第2リアクトル、31 正極、32 負極、33 正極、34 負極、40,40A,40B,40C,40D 積層導体、41,41B,41D 高電位接続導体、42,42A,42DA,42DB 中間電位接続導体、43,43A,43B,43C,43D 低電位接続導体、44,44D 絶縁材、50,50A 半導体モジュール、51,51A パッケージ、100,100A,100B,100C,110,200 DC/DCコンバータ装置、C1 第1平滑コンデンサ、C2 第2平滑コンデンサ、D1〜D4 第1〜第4ダイオード、Q1〜Q4 第1〜第4スイッチング素子。 1 1st bridge circuit, 2 2nd bridge circuit, 11-14 1st to 4th terminals, 15 5th terminal, 16 6th terminal, 21 1st conductor, 22 2nd conductor, 31 positive electrode, 32 negative electrode, 33 positive electrode , 34 Negative electrode, 40, 40A, 40B, 40C, 40D laminated conductor, 41, 41B, 41D high potential connection conductor, 42, 42A, 42DA, 42DB intermediate potential connection conductor, 43, 43A, 43B, 43C, 43D low potential connection Conductor, 44,44D Insulation Material, 50,50A Semiconductor Module, 51,51A Package, 100,100A, 100B, 100C, 110,200 DC / DC Converter Device, C1 First Smoothing Capacitor, C2 Second Smoothing Capacitor, D1- D4 1st to 4th diodes, Q1 to Q4 1st to 4th switching elements.
Claims (9)
第1、第2平滑コンデンサと、
前記半導体モジュールと前記第1、第2平滑コンデンサとを接続する積層導体とを備え、
前記半導体モジュールは、前記パッケージの第1面に並んで設けられた入出力端子である第1〜第4端子と、前記パッケージの第2面に並んで設けられた入出力端子である第5、第6端子とを備え、前記第1端子と前記第2端子との間に前記第1ブリッジ回路が接続され、前記第3端子と前記第4端子との間に前記第2ブリッジ回路が接続され、前記第1ブリッジ回路の中間端子が前記第5端子に接続され、前記第2ブリッジ回路の中間端子が前記第6端子に接続され、
前記第1、第2平滑コンデンサは、前記パッケージの前記第1面に対向するように配列され、
前記積層導体は、前記第1端子と前記第1平滑コンデンサの正極とを接続する高電位接続導体と、前記第4端子と前記第2平滑コンデンサの負極とを接続する低電位接続導体と、前記第2端子および前記第3端子と前記第1平滑コンデンサの負極および前記第2平滑コンデンサの正極とを接続する中間電位接続導体とが積層されて成る、
DC/DCコンバータ装置。The first bridge circuit in which the first switching element and the second switching element in which the diodes are connected in antiparallel connection are connected in series, and the third switching element and the fourth switching element in which the diodes are connected in antiparallel connection are connected in series, respectively. A semiconductor module that houses the second bridge circuit in one package,
The first and second smoothing capacitors and
A laminated conductor for connecting the semiconductor module and the first and second smoothing capacitors is provided.
The semiconductor module has first to fourth terminals which are input / output terminals provided side by side on the first surface of the package, and fifth and fourth terminals which are input / output terminals provided side by side on the second surface of the package. A sixth terminal is provided, the first bridge circuit is connected between the first terminal and the second terminal, and the second bridge circuit is connected between the third terminal and the fourth terminal. , The intermediate terminal of the first bridge circuit is connected to the fifth terminal, and the intermediate terminal of the second bridge circuit is connected to the sixth terminal.
The first and second smoothing capacitors are arranged so as to face the first surface of the package.
The laminated conductor includes a high-potential connecting conductor connecting the first terminal and the positive electrode of the first smoothing capacitor, a low-potential connecting conductor connecting the fourth terminal and the negative electrode of the second smoothing capacitor, and the above. An intermediate potential connecting conductor connecting the second terminal and the third terminal to the negative electrode of the first smoothing capacitor and the positive electrode of the second smoothing capacitor is laminated.
DC / DC converter device.
請求項1に記載のDC/DCコンバータ装置。The first terminal, the second terminal, the third terminal, and the fourth terminal are arranged on the first surface of the package in this order, and the positive electrode of the first smoothing capacitor and the negative electrode of the first smoothing capacitor are arranged in this order. The positive electrode of the second smoothing capacitor and the negative electrode of the second smoothing capacitor are arranged so as to face the first surface of the package in this order.
The DC / DC converter device according to claim 1.
請求項1に記載のDC/DCコンバータ装置。The first terminal, the second terminal, the fourth terminal, and the third terminal are arranged on the first surface of the package in this order, and the positive electrode of the first smoothing capacitor and the negative electrode of the first smoothing capacitor are arranged in this order. The negative electrode of the second smoothing capacitor and the positive electrode of the second smoothing capacitor are arranged so as to face the first surface of the package in this order.
The DC / DC converter device according to claim 1.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ装置。The high-potential connecting conductor, the low-potential connecting conductor, and the intermediate-potential connecting conductor are each composed of a conductor plate, and the laminated conductor has a three-layer structure in which the three conductor plates are each laminated via an insulating material. Become,
The DC / DC converter device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ装置。The high-potential connecting conductor, the low-potential connecting conductor, and the intermediate-potential connecting conductor are each composed of a conductor plate, and the high-potential connecting conductor and the low-potential connecting conductor are arranged at the same position in the stacking direction. The high-potential connecting conductor, the low-potential connecting conductor, and the intermediate-potential connecting conductor were laminated via an insulating material, and the laminated conductor had a two-layer structure.
The DC / DC converter device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ装置。Reactors are connected to the fifth and sixth terminals of the semiconductor module, respectively.
The DC / DC converter device according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ装置。The first and second smoothing capacitors are arranged in the direction perpendicular to the direction of the cooling air.
The DC / DC converter device according to any one of claims 1 to 6.
請求項7に記載のDC/DCコンバータ装置。The semiconductor module is arranged on the downstream side of the cooling air from the first and second smoothing capacitors.
The DC / DC converter device according to claim 7.
請求項7または請求項8に記載のDC/DCコンバータ装置。A plurality of sets of the semiconductor module and the first and second smoothing capacitors are provided, and the plurality of semiconductor modules are arranged in a direction perpendicular to the direction of the cooling air.
The DC / DC converter device according to claim 7 or 8.
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