JP3786320B2 - Inverter module for motor drive - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一の基板に三相インバータ回路を搭載してなるモータ駆動用のインバータモジュールに関し、特にモータ動作及び回生動作を実施する回生式モータを駆動するインバータモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
モータ駆動用のインバータモジュールは、制動時に回生動作により負荷の回転エネルギを電力として直流電源側に回収することができるので、電気自動車の走行モータ駆動用などのモータ駆動制御に広く採用されている。
特開平4−152663号公報は、三相インバータ回路を構成する6ア−ムのうちの2ア−ム分すなわち一相分を実装したインバータモジュールを開示している。
【0003】
このインバータモジュールでは、各ア−ムは、互いに並列接続された3個のスイッチング用半導体素子と、これらスイッチング用半導体素子と逆並列接続された3個の還流用半導体素子とからなり、各ア−ムの3個のスイッチング用半導体素子は基板上に互いに隣接して配設され、また各ア−ムの3個の還流用半導体素子も基板上に互いに隣接して配設されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のインバータモジュールでは、3個のスイッチング用半導体素子が互いに隣接し、3個の還流用半導体素子が互いに隣接して配設されているので、スイッチング用半導体素子を作動して交流電力を出力する場合には、隣り合う3個のスイッチング用半導体素子の発熱が互いに影響しあって、それらの温度上昇が増大し、また、モ−タの回生動作のように3個の還流用半導体素子が作動する場合には、隣り合う3個の還流用半導体素子の発熱が互いに影響しあって、それらの温度上昇が増大した。
【0005】
また、このインバータモジュールの絶縁基板上には導体パターンが設けられるが、この導体パターンの発熱が近接するスイッチング用半導体素子や還流用半導体素子に影響してますますそれらの温度上昇が増大するという問題があった。
インバータモジュールの大形化と素子配置密度及び導体パターンの広幅化を図ることにより、これら素子温度上昇問題は緩和されるが、インバータモジュールの大形化は、コスト増大、設置スペ−スの増大を招いてしまう。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、体格の増大を図ることなく、素子温度の低下を実現可能なインバータモジュールを提供することをその目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載のモータ駆動用のインバータモジュールは、並列接続された複数のスイッチング用半導体素子と前記各スイッチング用半導体素子とそれぞれ逆並列接続された複数の還流用半導体素子により構成された上アーム及び下アームが直列接続されてなる相インバータ回路を有するモータ駆動用のインバータモジュールであって、前記上アームの複数のスイッチング用半導体素子と複数の還流用半導体素子は基板上で所定方向へ交互に隣接配置され、前記下アームの複数のスイッチング用半導体素子と複数の還流用半導体素子は基板上で所定方向へ交互に隣接配置されていることを特徴としている。
請求項1記載のモータ駆動用のインバータモジュールの好適態様によれば、絶縁基板上に三相インバータ回路の各アームを構成するスイッチング用半導体素子及び還流用半導体素子がそれぞれ複数配設される。本構成では特に、スイッチング用半導体素子と還流用半導体素子とを所定方向へ交互に隣接配置させる。
【0008】
このようにすれば、同時的に通電発熱するスイッチング用半導体素子同士又は還流用半導体素子同士を近接させることがないので、スイッチング用半導体素子の温度上昇を低減でき、還流用半導体素子の温度上昇を低減することができる。すなわち、スイッチング用半導体素子と還流用半導体素子とは、たとえ同一アーム内のものであっても同時的に通電が生じることはほとんどない。
【0009】
したがって、スイッチング用半導体素子と還流用半導体素子とを隣り合わせとすることにより、従来のように、同時的に作動するスイッチング用半導体素子同士が互いに熱的に影響しあってそれらの温度が上昇したり、同様に同時的に作動する還流用半導体素子同士が互いに熱的に影響しあってそれらの温度が上昇したりすることがなく、素子接合温度の上昇を抑止することができ、信頼性向上、電流アップなど大きな効果を奏することができる。
【0010】
なお、これら還流用半導体素子を挟んで配列される一対のスイッチング用半導体素子としては、同じ相かつ同じサイドのもの(同一アームのもの)、同じ相で反対サイドのもの、異なる相で同じサイドのもの、異なる相で異なるサイドのもののいずれでもよい。
たとえば、同じ相で反対サイドのものの場合、交流出力においてはこの相の相インバ−タ回路の交流出力端の電位は交流電位変化するわけであり、結局、同じ相で反対サイドのスイッチング用半導体素子同士は180度位相が異なるが同期作動するので、ほとんど同時運転され、同時発熱するとみなせる。同様に、異なる相のスイッチング用半導体素子同士でも三相交流電圧を出力する以上、位相が異なるもののほとんど同時的に運転され、同時発熱するとみなせる。
【0011】
なお、三相インバータ回路を運転して三相交流電圧を出力する場合、スイッチング用半導体素子の断によりフライバック電流が還流用半導体素子に流れ、スイッチング用半導体素子も還流用半導体素子も発熱する。
しかし、電気自動車などの走行モータでは、回生(制動)運転を行うが、この回生運転では、発電された交流電流は各還流用半導体素子からなる三相全波整流回路により整流されて出力される。したがって、この回生運転時の還流用半導体素子に流れる電流量は上述したスイッチング用半導体素子の遮断時のフライバック電流より格段に大きく、還流用半導体素子はこれに合わせて作製されることになる。すなわち、回生時には、モータが強力な三相交流発電機となり、スイッチング用半導体素子断時のフライバック電流より格段に大きな発電電流が三相全波整流器としての各還流用半導体素子を通じて流れる。
【0012】
すなわち、回生時には主として還流用半導体素子が発熱し、力行時にはスイッチング用半導体素子が主として発熱するので、これらを互い違いに配置することにより発熱の集中を緩和して、素子の温度上昇を抑止することができる。
請求項2記載の構成によれば請求項1記載のインバータモジュールにおいて更に、同一相、同一サイドのすなわち同一アームの複数のスイッチング用半導体素子と複数の還流用半導体素子とが交互に一列に配列される。素子列の一方側に隣接して相インバ−タ回路の低位直流端又は交流出力端をなす導体パターンが延設される。
【0013】
このようにすれば、この同一アームのスイッチング用半導体素子及び還流用半導体素子の上側の主電極をこの導体パターンに最短距離のワイヤボンディングで接続することができ、配線構成が簡素となる
請求項3記載の構成によれば請求項2 載のインバータモジュールにおいて更に、素子列の他方側に隣接して素子列中のスイッチング用半導体素子を制御するための制御入力端をなす導体パターンが延設される。
【0014】
このようにすれば、この同一アームのスイッチング用半導体素子の制御電極をこの導体パターンに最短距離のワイヤボンディングで接続することができ、配線構成が簡素となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
電力用スイッチング素子には、MOS、バイポーラ、SIT、IGBTなどを採用できる。
三相インバータ回路は、星型接続モ−タの中性点電流を制御するための第4番目の相インバ−タ回路をもつことも可能である。
(実施例1)
以下、本発明の三相インバータモジュールを用いた電気自動車用三相交流モ−タ制御装置の回路を図1に示す。
【0017】
(全体構成)
1は三相インバータモジュール、2はバッテリ、4a、4bはリレー、6は電気自動車の走行モ−タをなす三相交流モ−タ、7は電流センサ、8は内部コントロ−ラ、9はスイッチ、10は補機バッテリ、11は車両用電子制御回路、13はゲートコントローラ、14は電圧異常検出保護回路、15はモータコントローラ装置、27は平滑コンデンサである。
【0018】
三相インバータモジュール1は、一枚のベース上に搭載されており、周知のように6個のアーム3a〜3fにより構成され、上アーム3aと下アーム3bとは互いに直列に接続されてU相の相インバ−タ回路を構成し、上アーム3cと下アーム3dとは互いに直列に接続されてV相の相インバ−タ回路を構成し、上アーム3eと下アーム3fとは互いに直列に接続されてW相の相インバ−タ回路を構成している。
【0019】
上アーム3aは、スイッチング用半導体素子であるIGBT31aと、それと逆並列に接続されたダイオ−ド32aとからなる。下アーム3bは、スイッチング用半導体素子であるIGBT31bと、それと逆並列に接続されたダイオ−ド32bとからなる。
上アーム3cは、スイッチング用半導体素子であるIGBT31cと、それと逆並列に接続されたダイオ−ド32cとからなる。下アーム3dは、スイッチング用半導体素子であるIGBT31dと、それと逆並列に接続されたダイオ−ド32dとからなる。
【0020】
上アーム3eは、スイッチング用半導体素子であるIGBT31eと、それと逆並列に接続されたダイオ−ド32eとからなる。下アーム3fは、スイッチング用半導体素子であるIGBT31fと、それと逆並列に接続されたダイオ−ド32fとからなる。
スイッチング用半導体素子であるIGBT31a〜31fはそれぞれ3個のIGBTチップを並列接続してなり、還流用半導体素子であるダイオ−ド32a〜32fもそれぞれ3個のダイオ−ドチップを並列接続してなる。
【0021】
35a、35c、35eは三相インバータモジュール1の高位直流端子であり、ブスバーを通じ、リレ−4a、4bを通じてバッテリ2の高位端子に接続されている。35b、35d、35fは三相インバータモジュール1の低位直流端子であり、ブスバーを通じてバッテリ2の高位端子に接続されている。36〜38は三相インバータモジュール1の交流出力端子であり、ケーブルを通じて、三相交流モ−タ6に給電している。
制御回路8は、起動スイッチ9がオンされると補機バッテリ10から電力の供給を受けるとともに、車両用電子制御回路11からのアクセル指令信号と電流センサ7からの検出信号とを入力し、半導体モジュール1の各IGBT31a〜31fのゲート電圧を制御するものである。ここで、制御回路8は、補機バッテリ10を電源として各IGBT31a〜31fのゲ−トに電圧を印加及び解除する駆動回路13、および、直流電源電圧を監視して異常時には保護をおこなう主電圧異常保護回路14を内蔵する。
【0022】
(基本動作)
以下、この装置の基本動作を簡単に説明する。
車両用電子制御回路11により、スイッチ10がオンされると内部コントロ−ラ8が起動し、リレ−4a、4bが順次オンされると三相インバータモジュール1に給電される。内部コントロ−ラ8は電流センサ7から検出した電流信号や三相インバータモジュール1や車両用電子制御回路11からの信号に基づいて、IGBT31a〜31fのゲ−ト電圧を制御し、それらを所定の順番で断続して、三相交流モ−タ6に三相交流電力を給電する。平滑コンデンサ27は三相インバータモジュール1に入力される直流電圧の電圧変動を抑制する。
【0023】
(三相インバータモジュール1の詳細構造)
三相インバータモジュール1の模式平面図を図2に示し、そのA−A線矢視断面図を図3に示す。
セラミックス材(例えばSiC)にアルミニウムを含浸させてなる複合材からなる、熱伝動性と機械的強度に優れた平板上のベ−ス20を備える。
【0024】
ベ−ス20の上面には、公知のハンダ付けまたはアルミろう付けまたはベ−ス20に含まれるアルミとの溶融接合により例えば、熱伝導性の良いAINからなるセラミック基板などの絶緑基板21〜23が接合されている。ベ−ス20としては、熱伝導に優れた例えばCuからなる金属を用いることもできる。また、金属の場合はベ−ス20に搭載する絶緑基板21〜23の熱膨張係数とベース部材20の熱膨張係数を近づけるために、例えばCuとMo、またはCuとWの合金を使用してもよい。
【0025】
絶縁基板21〜23の上面には、6つの導体パターン(例えばCuまたはAl)24a、24b、24c、24d、24e、24fがろう付けにより接合されている。各導体パターン24a〜24fの上面には上述した各IGBT及び各ダイオードがハンダ付けにより接合されている。絶縁基板21〜23の上には、6つの導体パターン25a、25b、25c、25d、25e、25fも接合されている。
【0026】
上述したように、IGBT31aは、並列接続されたIGBT31la、312a、313aからなり、ダイオード32aは、並列接続されたダイオード321a、322a、323aからなる。同様に、IGBT31bは、並列接続されたIGBT31lb、312b、313bからなり、ダイオード32bは、並列接続されたダイオード321b、322b、323bからなる。また、IGBT31cは、並列接続されたIGBT31lc、312c、313cからなり、ダイオード32cは、並列接続されたダイオード321c、322c、323cからなる。同様に、IGBT31dは、並列接続されたIGBT31ld、312d、313dからなり、ダイオード32dは、並列接続されたダイオード321d、322d、323dからなる。更に、IGBT31eは、並列接続されたIGBT31le、312e、313eからなり、ダイオード32eは、並列接続されたダイオード321e、322e、323eからなる。同様に、IGBT31fは、並列接続されたIGBT31lf、312f、313fからなり、ダイオード32fは、並列接続されたダイオード321f、322f、323fからなる。
【0027】
ベ−ス20上の周縁部には樹脂製の絶縁ケース26が接着されており、絶縁ケース26の上面には高位直流端子35a、35c、35eと、低位直流端子35b、35d、35f及び交流出力端子36〜38がインサ−ト成形により固定されている。図示しないが、これら高位直流端子35a、35c、35eと、低位直流端子35b、35d、35fとの間に平滑コンデンサ27の正、負の端子がブスバ−で固定されており、交流出力端子36〜38には三相交流モ−タ6が接続されている。
【0028】
IGBT311a、312a、313aとダイオ−ドチップ321a、322a、323aとは、図示のように交互に一列に配列されている。以上の構成は、他の5つのアーム3b〜3fについても同じであるが、その説明は省略する。
直流電源の正極につながる高位直流端子35a、35c、35eは導体パターン24a、24c、24eに個別に接続され、導体パターン24a、24c、24eには、IGBTチップ及びダイオ−ドチップ311a、312a、313a、321a、322a、323a、311c、312c、313c、321c、322c、323c、311e、312e、313e、321e、322e、323eの上面側の主電極がボンディングワイヤで接続されている。
【0029】
直流電源の負極につながる低位直流端子35b、35d、35fは導体パターン25b、25d、25fに個別に接続され、導体パターン25b、25d、25fは、IGBTチップ及びダイオ−ドチップ311b、312b、313b、321b、322b、323b、311d、312d、313d、321d、322d、323d、311f、312f、313f、321f、322f、323fの上面側の主電極にボンディングワイヤで接続されている。
【0030】
交流出力端子36〜38は、導体パターン24b、24d、24fとボンディングワイヤで接続される。また、交流出力端子36〜38は、IGBTチップ及びダイオ−ドチップ311a、312a、313a、321a、322a、323a、311c、312c、313c、321c、322c、323c、311e、312e、313e、321e、322e、323eとボンディングワイヤで導通接続された導体パターン25a、25c、25eとボンディングワイヤで接続されている。
【0031】
IGBTチップ311a〜313a、311b〜313b、311c〜313c、311d〜313d、311e〜313e、311f〜313fと、絶縁ケース26にインサート成型された導体部39a、39b、39c、39d、39e、39fは、ボンディングワイヤ40a、40b、40c、40d、40e、40fで接続されており、導体部39a〜39fは、直上に配置された制御回路8とハンダ付けされている。
【0032】
(三相インバータモジュール1の動作)
以下、この三相インバータモジュール1の動作を説明する。
三相交流モ−タ6の力行動作時にはIGBT31a〜31fの通電電流が、ダイオ−ド32a〜32fのそれより格段に大きく、IGBT31a〜31fの発熱が支配的となる。すなわち、ダイオ−ド32a〜32fは、誘導負荷を駆動する場合に必要とされる公知の環流ダイオ−ドとして動作するので、ダイオ−ド32a〜32fの平均電流及びその発熱はIGBT31a〜31fに比べて格段に小さい。一方、回生動作時には、IGBT31a〜31fとダイオ−ド32a〜32fの導通関係が逆転し、ダイオ−ド32a〜32fが支配的に通電されて発熱し、IGBT31a〜31fの損失はダイオ−ド32a〜32fの損失に比べて格段に小さくなる。電気自動車の場合、力行状態は通常走行に当たり、回生状態はブレーキを掛けた状態に相当する。つまり、これら両者が同時に最大損失を発生することはないわけである。
【0033】
以下、U相の上アームについて説明するが、他のアームについても作動は同等である。IGBTチップ311a、312a、313aで発生した損失すなわち熱は、ベ−ス20より冷却されるため、IGBTチップ311a、312a、313aからベ−ス20に向かっておよそ45度の角度で広がりながら伝熱する。したがって、力行動作時のIGBTチップどうし、および回生動作時のダイオ−ドチップどうしの熱流が重なり合わず、素子の接合温度を低く抑えることができ、各チップの通電電流を低く制限することなく、かつ、チップの信頼性向上も実現できる。
【0034】
この実施例の他の特徴についてW相の下アームを参照して以下に説明する。
3つの並列接続されたIGBTチップ311f、312f、313fのエミッタ(チップの上面側の主電極)は、ボンディングワイヤで導体パターン25fに接続されており、導体パターン25fはボンディングワイヤを介して低位直流端子35fに接続されている。導体パターン25fを流れる電流は、IGBTチップ313fから311fに向かうに従って増加する。したがって、導体パターン25fの幅を上記方向に向けて次第に太くすることにより、少ないスペースで電流密度を均一にできる。
【0035】
次に、左から2番目のアームはハイサイドであるため、上記ローサイドの場合とは電流の流れる向きが反対となる。IGBTチップ311e、312e、313eのエミッタからワイヤボンディングで接続された導体パターン25eの幅を交流出力端子38へ向けて徐々に太くする。
結局、互いに隣接する交流出力端子向けの導体パターンと低位直流端子向けの導体パターンの幅が互いに逆方向に広がっているので、電流が増大する部位の抵抗が減少し、全体としての配線損失及び発熱を低減することができ、しかも導体パターン配設スペ−スも節約することができる。更に、これら交流出力端子及び低位直流端子向けの導体パターンは、IGBTチップやダイオ−ドチップと近接しているので、これら導体パターンの発熱低減により、それらの素子温度を低減できるという効果を奏する。
【0036】
この実施例の更なる他の特徴についてW相の下アームを参照して以下に説明する。
この実施例では、導体パターン24eは、直流電源2の正極側の電位をもつ。そこで、この導体パターン24eと、制御回路8に導通している導体部39e内の導体とをボンディングワイヤ60で接続する。
【0037】
以上の構成とすることにより、ケーブルを必要とせず、ボンディングワイヤを一本一箇所追加するだけで、簡単に直流電源2の正極電位をその上に重なる制御回路8で検出できる。なお、導体部39a〜39fは、接続されるボンディングワイヤの本数と同数以上の、電気的に独立した複数の導体を含んだ総称である。また同様に、負極電位も導体25fから同様な方法で制御回路8にケーブルを用いることなく導入が可能である。このようにして制御回路8で検出された直流正極電位は、負極電位との差をとり、主電圧異常保護回路14に使用されることができる。なお、ボンディングワイヤ60は、直流電源2の正極側の電位と同電位である、導体パターン24aまたは24cに設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の三相インバータモジュールを採用するモ−タ制御装置の一実施例を示す回路図である。
【図2】図1に示す三相インバータモジュール1の平面図である。
【図3】図2に示す三相インバータモジュール1のAーA線矢視縦断面図である。
【符号の説明】
1は三相インバータ回路、
2はバッテリ、
31a〜31fはIGBT(スイッチング用半導体素子)、
32a〜32fはダイオ−ド、
6は三相交流モ−タ、
20はベース、
21〜23は絶縁基板、
24a〜24f、25a〜25fは導体パターン、
26はケ−ス、
35a、35c、35eは三相インバータモジュール1の高位直流端子、
35b、35d、35fは三相インバータモジュール1の低位直流端子、
36〜38は交流出力端子、
311a、312a、313aはU相のハイサイドのIGBT、
311b、312b、313bはU相のロ−サイドのIGBT、
311c、312c、313cはV相のハイサイドのIGBT、
311d、312d、313dはV相のロ−サイドのIGBT、
311e、312e、313eはW相のハイサイドのIGBT、
311f、312f、313fはW相のロ−サイドのIGBT、
321a、322a、323aはU相のハイサイドのダイオ−ド、
321b、322b、323bはU相のロ−サイドのダイオ−ド、
321c、322c、323cはV相のハイサイドのダイオ−ド、
321d、322d、323dはV相のロ−サイドのダイオ−ド、
321e、322e、323eはW相のハイサイドのダイオ−ド、
321f、322f、323fはW相のロ−サイドのダイオ−ド。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter module for driving a motor in which a three-phase inverter circuit is mounted on a single substrate, and more particularly to an inverter module for driving a regenerative motor that performs motor operation and regenerative operation.
[0002]
[Prior art]
An inverter module for driving a motor can widely recover rotational energy of a load as electric power to a DC power source side by regenerative operation during braking, and is therefore widely used for motor drive control for driving a traveling motor of an electric vehicle.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-152663 discloses an inverter module in which two arms out of six arms constituting a three-phase inverter circuit, that is, one phase is mounted.
[0003]
In this inverter module, each arm is composed of three switching semiconductor elements connected in parallel to each other and three refluxing semiconductor elements connected in reverse parallel to these switching semiconductor elements. The three switching semiconductor elements of the arm are disposed adjacent to each other on the substrate, and the three return semiconductor elements of each arm are also disposed adjacent to each other on the substrate.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional inverter module described above, the three switching semiconductor elements are adjacent to each other and the three return semiconductor elements are adjacent to each other. In the case of output, the heat generated by the three adjacent switching semiconductor elements influences each other, increasing the temperature thereof, and the three return semiconductor elements as in the regenerative operation of the motor. When is operated, the heat generation of the three adjacent semiconductor devices for reflux affected each other, and their temperature increase increased.
[0005]
In addition, a conductor pattern is provided on the insulating substrate of the inverter module. However, the heat generated by the conductor pattern affects adjacent switching semiconductor elements and refluxing semiconductor elements. was there.
By increasing the size of the inverter module and increasing the element arrangement density and the conductor pattern, these problems of increasing the temperature of the element can be alleviated. However, increasing the size of the inverter module increases the cost and increases the installation space. I will invite you.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an inverter module capable of realizing a reduction in element temperature without increasing the physique.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
On inverter module for driving a motor according to claim 1 is constituted by parallel-connected plurality of switching semiconductor element and each of the switching semiconductor element and the respective anti-parallel-connected plurality of free wheeling semiconductor element An inverter module for driving a motor having a phase inverter circuit in which an arm and a lower arm are connected in series , wherein the plurality of switching semiconductor elements and the plurality of refluxing semiconductor elements of the upper arm alternate in a predetermined direction on the substrate The plurality of switching semiconductor elements and the plurality of refluxing semiconductor elements of the lower arm are alternately arranged adjacent to each other in a predetermined direction on the substrate .
According to a preferred aspect of the inverter module for driving a motor according to the first aspect, a plurality of switching semiconductor elements and reflux semiconductor elements constituting each arm of the three-phase inverter circuit are disposed on the insulating substrate. In this configuration, in particular, the switching semiconductor elements and the reflux semiconductor elements are alternately arranged adjacent to each other in a predetermined direction.
[0008]
In this way, the switching semiconductor elements that are energized and heated at the same time or the semiconductor elements for reflux are not brought close to each other, so that the temperature rise of the semiconductor elements for switching can be reduced, and the temperature rise of the semiconductor elements for reflux can be reduced. Can be reduced. That is, the switching semiconductor element and the refluxing semiconductor element are hardly energized simultaneously even if they are in the same arm.
[0009]
Therefore, by arranging the switching semiconductor element and the refluxing semiconductor element next to each other, the switching semiconductor elements that operate at the same time are thermally affected by each other, and the temperature of the switching semiconductor elements increases. Similarly, the semiconductor devices for reflux that operate simultaneously do not affect each other thermally and their temperature does not rise, and the rise in device junction temperature can be suppressed, improving reliability, A great effect such as an increase in current can be achieved.
[0010]
In addition, as a pair of switching semiconductor elements arranged across the semiconductor elements for reflux, the same phase and the same side (same arm), the same phase on the opposite side, the different phase on the same side Or a different phase and a different side.
For example, in the case of the same phase and the opposite side, the AC output potential of the phase inverter circuit of this phase changes in the alternating current in the alternating current output. Although they are 180 degrees out of phase but operate synchronously, they can be regarded as operating simultaneously and generating heat simultaneously. Similarly, since switching semiconductor elements of different phases output a three-phase AC voltage, they are operated almost simultaneously although they are different in phase, and can be considered to generate heat simultaneously.
[0011]
When a three-phase inverter circuit is operated to output a three-phase AC voltage, a flyback current flows to the return semiconductor element due to the disconnection of the switching semiconductor element, and both the switching semiconductor element and the return semiconductor element generate heat.
However, a traveling motor such as an electric vehicle performs a regenerative (braking) operation. In this regenerative operation, the generated alternating current is rectified and output by a three-phase full-wave rectifier circuit composed of each refluxing semiconductor element. . Therefore, the amount of current flowing through the return semiconductor element during the regenerative operation is much larger than the flyback current when the switching semiconductor element is shut off, and the return semiconductor element is manufactured accordingly. That is, at the time of regeneration, the motor becomes a powerful three-phase AC generator, and a power generation current much larger than the flyback current when the switching semiconductor element is disconnected flows through each return semiconductor element as a three-phase full-wave rectifier.
[0012]
In other words, the semiconductor circuit for reflux mainly generates heat during regeneration, and the semiconductor element for switching mainly generates heat during power running. By arranging these elements alternately, it is possible to alleviate the concentration of heat generation and to suppress the temperature rise of the element. it can.
According to the configuration of the second aspect, in the inverter module according to the first aspect, the plurality of switching semiconductor elements and the plurality of refluxing semiconductor elements of the same phase, the same side, that is, the same arm are alternately arranged in a line. The A conductor pattern forming a low DC end or an AC output end of the phase inverter circuit is provided adjacent to one side of the element array.
[0013]
In this case, the upper main electrode of the switching semiconductor element and the reflux semiconductor element of the same arm can be connected to the conductor pattern by wire bonding at the shortest distance, and the wiring configuration is simplified. According to the configuration described above, in the inverter module according to claim 2, the conductor pattern forming the control input terminal for controlling the switching semiconductor element in the element row is extended adjacent to the other side of the element row. .
[0014]
In this way, the control electrode of the switching semiconductor element of the same arm can be connected to the conductor pattern by wire bonding at the shortest distance, and the wiring configuration is simplified .
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
For the power switching element, MOS, bipolar, SIT, IGBT or the like can be adopted.
The three-phase inverter circuit may have a fourth phase inverter circuit for controlling the neutral current of the star connection motor.
Example 1
A circuit of a three-phase AC motor control device for an electric vehicle using the three-phase inverter module of the present invention is shown in FIG.
[0017]
(overall structure)
1 is a three-phase inverter module, 2 is a battery, 4a and 4b are relays, 6 is a three-phase AC motor that is a running motor of an electric vehicle, 7 is a current sensor, 8 is an internal controller, and 9 is a
[0018]
The three-phase inverter module 1 is mounted on a single base and is composed of six
[0019]
The
The
[0020]
The
The IGBTs 31a to 31f that are switching semiconductor elements are each formed by connecting three IGBT chips in parallel, and the
[0021]
When the
[0022]
(basic action)
The basic operation of this apparatus will be briefly described below.
When the
[0023]
(Detailed structure of three-phase inverter module 1)
A schematic plan view of the three-phase inverter module 1 is shown in FIG. 2, and a cross-sectional view taken along line AA is shown in FIG.
There is provided a
[0024]
On the upper surface of the
[0025]
Six conductor patterns (for example, Cu or Al) 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, and 24f are joined to the upper surfaces of the insulating
[0026]
As described above, the
[0027]
A
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
(Operation of three-phase inverter module 1)
Hereinafter, the operation of the three-phase inverter module 1 will be described.
During the power running operation of the three-
[0033]
Hereinafter, the upper arm of the U phase will be described, but the operation is the same for the other arms. Since the loss or heat generated in the
[0034]
Other features of this embodiment will be described below with reference to the lower arm of the W phase.
The emitters (main electrodes on the upper surface side of the chip) of the three
[0035]
Next, since the second arm from the left is on the high side, the direction of current flow is opposite to that on the low side. The width of the
Eventually, the width of the conductor pattern for the AC output terminals adjacent to each other and the width of the conductor pattern for the low-order DC terminals spread in opposite directions, so that the resistance at the portion where the current increases decreases, and the wiring loss and heat generation as a whole. Further, the space for arranging the conductor pattern can be saved. Furthermore, since the conductor patterns for the AC output terminal and the low-order DC terminal are close to the IGBT chip or the diode chip, the element temperature can be reduced by reducing the heat generation of these conductor patterns.
[0036]
Still other features of this embodiment will be described below with reference to the lower arm of the W phase.
In this embodiment, the
[0037]
With the above configuration, the positive potential of the DC power supply 2 can be easily detected by the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a motor control device employing a three-phase inverter module of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the three-phase inverter module 1 shown in FIG.
3 is a longitudinal sectional view taken along line AA of the three-phase inverter module 1 shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 is a three-phase inverter circuit,
2 is a battery,
31a to 31f are IGBTs (switching semiconductor elements),
32a to 32f are diodes,
6 is a three-phase AC motor,
20 is the base,
21 to 23 are insulating substrates,
24a to 24f and 25a to 25f are conductor patterns,
26 is the case,
35a, 35c, 35e are high-level DC terminals of the three-phase inverter module 1,
35b, 35d, and 35f are low DC terminals of the three-phase inverter module 1,
36 to 38 are AC output terminals,
311a, 312a, and 313a are U-phase high-side IGBTs,
311b, 312b, and 313b are U-phase low-side IGBTs,
311d, 312d, and 313d are V-phase low-side IGBTs,
311e, 312e, 313e are W-phase high side IGBTs,
311f, 312f, 313f are W-phase low-side IGBTs,
321a, 322a, 323a are U-phase high-side diodes,
321b, 322b, 323b are U-phase low side diodes,
321c, 322c, and 323c are high-side diodes for the V phase,
321d, 322d, and 323d are V-phase low-side diodes,
321e, 322e, and 323e are high-side diodes of the W phase,
Claims (3)
前記上アームの複数のスイッチング用半導体素子と複数の還流用半導体素子は基板上で所定方向へ交互に隣接配置され、前記下アームの複数のスイッチング用半導体素子と複数の還流用半導体素子は基板上で所定方向へ交互に隣接配置されていることを特徴とするモータ駆動用のインバータモジュール。Phase inverter circuit parallel-connected plurality of switching semiconductor elements and said upper and lower arms constructed in accordance with the switching semiconductor element and the respective anti-parallel-connected plurality of free wheeling semiconductor elements which are connected in series An inverter module for driving a motor having
The plurality of switching semiconductor elements and the plurality of refluxing semiconductor elements of the upper arm are alternately arranged adjacent to each other in a predetermined direction on the substrate, and the plurality of switching semiconductor elements and the plurality of the refluxing semiconductor elements of the lower arm are disposed on the substrate. An inverter module for driving a motor, wherein the inverter modules are alternately arranged adjacent to each other in a predetermined direction .
同一相、同一サイドの複数の前記スイッチング用半導体素子と複数の前記還流用半導体素子を一列に交互配置してなる素子列を有し、前記素子列の一方側に隣接し、前記素子列と平行に、前記相インバ−タ回路の低位直流端又は交流出力端をなす導体パターンが前記基板上に延設されることを特徴とするモータ駆動用のインバータモジュール。In the inverter module for driving a motor according to claim 1,
Same phase, has an element row formed by alternately arranged in a row a plurality of said switching semiconductor element and a plurality of said free wheeling semiconductor elements of the same side, adjacent to one side of the element rows, parallel to the element array to the phase inverter - inverter module for driving a motor, characterized in that to guide material pattern such a low DC terminal or alternating current output terminal of the capacitor circuit is extended before Kimoto board.
前記素子列の他方側に隣接し、前記素子列と平行に、前記同一相、同一サイドの複数のスイッチング用半導体素子を制御する前記制御入力端をなす導体パターンが延設されることを特徴とするモータ駆動用のインバータモジュール。The inverter module for driving a motor according to claim 2,
Adjacent the other side of the element row, parallel to the element array, that the previous SL same phase, a plurality of to conductors pattern the control input for controlling the semiconductor element for switching the same side are extended An inverter module for motor drive.
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