JP5950800B2 - Power converter - Google Patents
Power converter Download PDFInfo
- Publication number
- JP5950800B2 JP5950800B2 JP2012255004A JP2012255004A JP5950800B2 JP 5950800 B2 JP5950800 B2 JP 5950800B2 JP 2012255004 A JP2012255004 A JP 2012255004A JP 2012255004 A JP2012255004 A JP 2012255004A JP 5950800 B2 JP5950800 B2 JP 5950800B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- terminal
- semiconductor
- switching element
- circuit
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Description
本発明は、半導体スイッチング素子が直列接続されたモジュールを用いた電力変換装置に係り、特に複数のモジュールを並列接続して構成された電力変換装置を実装するための構造に関する。 The present invention relates to a power conversion apparatus using a module in which semiconductor switching elements are connected in series, and more particularly to a structure for mounting a power conversion apparatus configured by connecting a plurality of modules in parallel.
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等の高速半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置が様々な分野で使われている。特に近年では、半導体技術の進歩により大容量半導体モジュールが実現されている。モジュール化は半導体スイッチ個々のモジュール化ばかりでなく、インバータのアームを構成する上下の半導体スイッチを1つのモジュールで構成したアーム部の半導体モジュールも数多く利用されている。また大容量化のために、アーム部の半導体モジュールを、さらに複数並列接続して使用することもある。 Power conversion devices using high-speed semiconductor switching elements such as insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are used in various fields. Particularly in recent years, large-capacity semiconductor modules have been realized by the advancement of semiconductor technology. As for modularization, not only the individual semiconductor switches are modularized, but also a large number of semiconductor modules in the arm portion in which the upper and lower semiconductor switches constituting the arm of the inverter are formed as one module. In order to increase the capacity, a plurality of arm module semiconductor modules may be connected in parallel.
このように大容量化にはアーム部の半導体モジュールの並列接続が避けられないが、並列接続した場合には、各半導体素子モジュールの電流分担を均等化しないと責務の重い側の半導体素子モジュールで使用条件あるいは寿命が決まってしまうため、バランスさせることが必要となる。 Thus, in order to increase the capacity, parallel connection of the semiconductor modules in the arm part is unavoidable. However, in the case of parallel connection, if the current sharing of each semiconductor element module is not equalized, the semiconductor element module on the heavy duty side must be used. Since usage conditions or lifespans are determined, it is necessary to balance them.
アーム部の半導体モジュール並列接続の場合における電流均等化に寄与する主な要因は、半導体素子特性の差異、ゲート駆動回路の差異及び主回路配線インダクタンスの差異などが挙げられる。従って、これらの要因ごとに対策すれば、電流均等化が実現できることにはなる。 The main factors that contribute to current equalization in the case of parallel connection of the semiconductor modules in the arm portion include differences in semiconductor element characteristics, differences in gate drive circuits, differences in main circuit wiring inductance, and the like. Therefore, if measures are taken for each of these factors, current equalization can be realized.
このための具体的取組として、例えば素子特性の差異については並列素子間で特性を揃えるように選別するなどの策が講じられることが多い。ゲート駆動回路については、並列素子に対して共通の駆動電源回路とすること、ゲート配線長を同一にするなどの対応策がとられる。 As a specific approach for this purpose, for example, a measure such as selecting a characteristic difference between parallel elements is often taken for differences in element characteristics. For the gate drive circuit, countermeasures such as a common drive power supply circuit for the parallel elements and the same gate wiring length are taken.
また主回路配線インダクタンスの均等化については、特許文献1及び特許文献2に示すような方法がある。特許文献1では、直流電源となる平滑コンデンサと上下のIGBT一巡回路のインダクタンスを低減かつ均等化を図る構造になっており、特許文献1の図23に示すように正極及び負極導体を積層導体としている。
For equalizing the main circuit wiring inductance, there are methods as shown in
また特許文献2では、並列接続されたIGBTモジュールの交流端子から負荷へのインダクタンス不均等を抑制するために、導体に切り欠きを設ける等の工夫をしている。 Moreover, in patent document 2, in order to suppress the inductance nonuniformity to the load from the alternating current terminal of the IGBT module connected in parallel, the device, such as providing a notch, is devised.
上記の各観点での対応策はそれぞれに実施されているが、このうち半導体素子特性の差異について詳述すると、半導体スイッチIGBTの特性選別に関し、導通損失を支配する飽和電圧Vce(sat)についてはランク分けされているなど選別がしやすい。しかし、ゲート閾値電圧Vge(th)や入力容量Ciesについては通常は選別されていない。このような場合に、極端に半導体素子特性が異なると電流不均等が発生する。 The countermeasures in each of the above viewpoints have been implemented respectively. Of these, the difference in semiconductor element characteristics will be described in detail. Regarding the characteristic selection of the semiconductor switch IGBT, the saturation voltage Vce (sat) governing the conduction loss is described. Easy to sort, such as being ranked. However, the gate threshold voltage Vge (th) and the input capacitance Cies are not normally selected. In such a case, current unevenness occurs if the semiconductor element characteristics are extremely different.
而して、アーム部の半導体モジュールを並列接続して最終的に筐体(あるいは収納盤)内に実装が完了した状態での電力変換装置についてみると、IGBTモジュール周辺の配線導体は高密度実装されているため、電力変換装置を組み上げた状態で複数のアーム部の半導体モジュール間の電流分担を実測するのは困難である。 Thus, in the power conversion device in the state where the semiconductor modules in the arm portion are connected in parallel and finally mounted in the housing (or storage panel), the wiring conductors around the IGBT module are mounted with high density. Therefore, it is difficult to actually measure current sharing between the semiconductor modules of the plurality of arm portions in a state where the power conversion device is assembled.
以上のことから本発明が解決しようとする課題は、電力変換装置を組み上げた状態で電流分担を実測するのが容易な構成を提供することである。 From the above, the problem to be solved by the present invention is to provide a configuration that makes it easy to actually measure current sharing in a state where the power converter is assembled.
上記の課題を解決するために、本発明では、交流と直流の間での電力変換を行うための電力変換装置であって、第一の正極側スイッチング素子及び第一の負極側スイッチング素子が直列接続された第一の半導体回路と、第二の正極側スイッチング素子及び第二の負極側スイッチング素子が直列接続された第二の半導体回路が並列接続されることにより、交流の1相分の電力変換を担当するとともに、第一と第二の半導体回路はそれぞれモジュール化されており、モジュール化された第一の半導体回路は、第一の正極側スイッチング素子と第一の負極側スイッチング素子との接続点である第一の交流端子を備え、モジュール化された第二の半導体回路は、第二の正極側スイッチング素子と第二の負極側スイッチング素子との接続点である第二の交流端子を備え、第一の交流端子と負荷を接続する第一の交流導体と、第二の交流端子と負荷を接続する第二の交流導体とが、第一および第二の交流端子とは別の第三の端子で接続されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a power conversion device for performing power conversion between alternating current and direct current, wherein the first positive electrode side switching element and the first negative electrode side switching element are in series. By connecting the connected first semiconductor circuit and the second semiconductor circuit in which the second positive electrode side switching element and the second negative electrode side switching element are connected in series, the power for one phase of alternating current is obtained. In charge of conversion, the first and second semiconductor circuits are each modularized, and the modularized first semiconductor circuit includes a first positive-side switching element and a first negative-side switching element. A second semiconductor circuit that is modularized and includes a first AC terminal that is a connection point is a second connection point that is a connection point between the second positive-side switching element and the second negative-side switching element. A first AC conductor that includes a current terminal and connects a load to the first AC terminal and a second AC conductor that connects the load to the second AC terminal are the first and second AC terminals. It is connected by another third terminal.
上記のような構成とすることで、電力変換装置を組み上げた状態のまま電流不均等を観測することが可能となる。 By setting it as the above structures, it becomes possible to observe a current non-uniformity in the state which assembled the power converter device.
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
なお、以下の実施例において、スイッチングモジュールは、半導体スイッチング素子であるIGBTとIGBTに逆並列に接続される環流ダイオードをそれぞれ2つずつ内蔵している場合で説明するが、IGBT以外のほかのスイッチング素子でも構わない。 In the following embodiments, the switching module will be described in the case where the semiconductor switching element IGBT and two free-wheeling diodes connected in reverse parallel to the IGBT are described. However, switching other than the IGBT is described. An element may be used.
図2は、2組の交直変換回路で構成された電力変換装置の例を示している。この図で2組の交直変換回路1A,1Bは、半導体スイッチング素子S(例えばIGBT)を用いた3相変換回路であり、交直変換回路1A,1Bの一方(例えば1A)で交流を直流に変換し、直流回路を介して交直変換回路1A,1Bの他方(例えば1B)で交流に変換する。
FIG. 2 shows an example of a power converter configured by two sets of AC / DC converter circuits. In this figure, two sets of AC /
具体的には、インバータ運転を行う交直変換回路1Bでは、平滑コンデンサCを直流電源とし、図示せぬ制御装置からの点弧信号に応じて各スイッチング素子SBU,SBV,SBWをオフ/オンすることにより、負荷側(U,V,W相側)に所望の電力を供給する。コンバータ運転を行う交直変換回路1Aでは、交流電源(R,S,T相側)を、図示せぬ制御装置からの点弧信号に応じて各スイッチング素子SBR,SBS,SBTをオフ/オンすることにより、直流に変換し平滑コンデンサCを充電する。
Specifically, in the AC /
図示せぬ制御装置では、電力変換装置に流入出する電流や、直流回路部分の電圧、電動機の速度等を検出し、電力変換装置を制御している。なお、図では、スイッチング素子を駆動するゲート回路については記載省略しており、耐圧保護を目的に必要に応じて接続されるスナバ回路についても記載省略している。 A control device (not shown) controls the power conversion device by detecting the current flowing into and out of the power conversion device, the voltage of the DC circuit portion, the speed of the motor, and the like. In the figure, the description of the gate circuit that drives the switching element is omitted, and the description of the snubber circuit that is connected as necessary for the purpose of withstand voltage protection is also omitted.
なお本発明は2組の交直変換回路1A,1Bを備えた電力変換装置1にのみ適用可能なわけではなく、交流と直流の間での変換を行う1組の交直変換回路(1Aまたは1B)で構成された電力変換装置にも適用可能である。
In addition, this invention is not necessarily applicable only to the
図2において、交直変換回路1AはR、S,T相で示される交流回路に接続され,交直変換回路1BはU,V,W相で示される交流回路に接続される。また交直変換回路1A,1Bは、半導体スイッチング素子Sを3相グレーツ結線したものであり、半導体スイッチング素子Sに付した記号A,Bは、交直変換回路1Aと1Bの側の素子であることを表す。また記号R,S,TとU、V、Wは三相交流の各相を意味している。さらに半導体スイッチング素子Sに付した記号1,2により、アーム構成における正側の素子(1)と負側の素子(2)を区別している。
In FIG. 2, the AC /
また記号Mは、アーム部の半導体素子モジュールを表しており、これに付した記号A,Bと記号R,S,T、U、V、Wは前述したとおり、交直変換回路1Aと1Bの区別、三相交流の各相を表している。
Symbol M represents a semiconductor element module in the arm portion. Symbols A and B and symbols R, S, T, U, V, and W attached thereto are distinguished from the AC /
以上の表記約束から明らかなように、例えばMARは交直変換回路1AのR相に接続されるアーム部の半導体素子モジュールであり、MBUは交直変換回路1BのU相に接続されるアーム部の半導体素子モジュールであることを意味する。他のアーム部の半導体素子モジュールも同様に理解することができるので、個々のアーム部の半導体素子モジュールについての説明を省略する。
As is clear from the above notation convention, for example, MAR is a semiconductor element module of the arm portion connected to the R phase of the AC /
なお、アーム部の半導体素子モジュールとして例えばMARは、2つの半導体スイッチング素子SAR1とSAR2が直列接続され、正極側スイッチング素子SAR1の負極側端子と負極側スイッチング素子SAR2の正極側端子である交流端子はモジュール内部の導体で接続されている。また直列接続された2つの半導体スイッチング素子SAR1とSAR2の両端が直流回路DCの正極側DC+と、負極側DC−に接続されている。さらに直流回路DCには正負極間に平滑コンデンサCが設置されている。 As the semiconductor element module of the arm portion, for example, the MAR has two semiconductor switching elements SAR1 and SAR2 connected in series, and the AC terminal that is the negative side terminal of the positive side switching element SAR1 and the positive side terminal of the negative side switching element SAR2 is Connected by conductor inside the module. Further, both ends of the two semiconductor switching elements SAR1 and SAR2 connected in series are connected to the positive side DC + and the negative side DC− of the DC circuit DC. Further, a smoothing capacitor C is installed between the positive and negative electrodes in the DC circuit DC.
図1は、図2における1つのアーム部の半導体モジュールを、さらに複数並列接続した構成を示している。ここでは、アーム部の半導体モジュールとしてMBUの例を示している。交直変換回路1BのU相に接続されるアーム部の半導体素子モジュールMBUは、MBUaとMBUbが並列接続されている。
FIG. 1 shows a configuration in which a plurality of semiconductor modules of one arm portion in FIG. 2 are connected in parallel. Here, an example of the MBU is shown as the semiconductor module of the arm portion. MBUa and MBUb are connected in parallel in the semiconductor element module MBU of the arm portion connected to the U phase of the AC /
図1に示すように、正極側スイッチング素子SBU11と負極側スイッチング素子SBU21とは1つのモジュールMBUaで構成されている。同様に正極側スイッチング素子SBU12と負極側スイッチング素子SBU22とは1つのモジュールMBUbで構成されている。また正極側スイッチング素子SBU11とSBU12とが並列に接続され、負極側スイッチング素子SBU21とSBU22とが並列に接続されている。なお、正極側の導体と負極側の導体は並列接続したスイッチングモジュールのインダクタンスが均等になるように実装される。 As shown in FIG. 1, the positive electrode side switching element SBU11 and the negative electrode side switching element SBU21 are configured by one module MBUa. Similarly, the positive side switching element SBU12 and the negative side switching element SBU22 are configured by one module MBUb. Further, the positive side switching elements SBU11 and SBU12 are connected in parallel, and the negative side switching elements SBU21 and SBU22 are connected in parallel. The positive-side conductor and the negative-side conductor are mounted so that the inductances of the switching modules connected in parallel are equal.
正極側スイッチング素子SBU11と負極側スイッチング素子SBU21との接続点である交流端子TBUa3と、正極側スイッチング素子SBU12と負極側スイッチング素子SBU22との接続点である交流端子TBUb3は、端子TBU3にて接続され、2並列の入出力を結合する構造となっている。 The AC terminal TBUa3, which is a connection point between the positive electrode side switching element SBU11 and the negative electrode side switching element SBU21, and the AC terminal TBUb3, which is a connection point between the positive electrode side switching element SBU12 and the negative electrode side switching element SBU22, are connected at a terminal TBU3. It has a structure that couples two parallel inputs and outputs.
なお電力変換装置1の制御に用いる電流検出器11は結合後の後段に設けてある。なお、詳細を図示していないが他の2相も同一の構造となっている。
In addition, the
2つのモジュールの外部接続関係についてさらに詳細に説明する。アーム部の半導体素子モジュールMBUaとMBUbは、それぞれ直流回路側に接続するための直流端子(TBUa1,TBUa2と、TBUb1,TBUb2)と交流回路側(U相)に接続するための交流端子(TBUa3とTBUb3)とを備えている。直流端子(TBUa1とTBUb1)は直流回路の正極DC+に接続され、直流端子(TBUa2とTBUb2)は直流回路の負極DC−に接続される。 The external connection relationship between the two modules will be described in more detail. The semiconductor element modules MBUa and MBUb of the arm part are respectively connected to DC terminals (TBUa1, TBUa2, TBUb1, TBUb2) for connection to the DC circuit side and AC terminals (TBUa3) for connection to the AC circuit side (U phase). TBUb3). The DC terminals (TBUa1 and TBUb1) are connected to the positive DC + of the DC circuit, and the DC terminals (TBUa2 and TBUb2) are connected to the negative DC− of the DC circuit.
本発明では交流回路側(U相)に接続するための交流端子(TBUa3とTBUb3)を共通に接続するが、共通接続用端子TBU3は、交流端子(TBUa3とTBUb3)から配線LBUa、LBUbを介して遠隔の位置に配置されている。また以後の図示で明らかなように、U相の共通接続用端子TBU3は、他の相の共通接続用端子とともに纏めて同じ個所に配置される。 In the present invention, the AC terminals (TBUa3 and TBUb3) for connecting to the AC circuit side (U phase) are commonly connected. The common connection terminal TBU3 is connected to the AC terminals (TBUa3 and TBUb3) via the wirings LBUa and LBUb. Are located at remote locations. Further, as will be apparent from the following drawings, the U-phase common connection terminal TBU3 is arranged together with the other-phase common connection terminals at the same location.
図3(a)は、アーム部の半導体モジュールを並列接続した構成の平面図を示している。平面図にはU相の機器配置が表されている。この図で13は、アーム部の半導体モジュールMBUaとMBUbを搭載するとともに、ここで発生した熱を除去するための冷却ブロックである。なお、半導体モジュールでの発熱は冷却ブロック13から冷却器12に伝達されて外部に放熱される。
FIG. 3A shows a plan view of a configuration in which the semiconductor modules of the arm portion are connected in parallel. The U-phase device arrangement is shown in the plan view. In this figure,
図3(a)では、図1における4個のスイッチング素子SBU11,SBU12,SBU21,SBU22,従って2つのモジュールMBUaとMBUbが冷却器12の冷却ブロック13に取り付けられている。ここではヒートパイプ式の冷却器を図示しているが、ヒートシンクでも構わない。
3A, the four switching elements SBU11, SBU12, SBU21, and SBU22 in FIG. 1, and thus two modules MBUa and MBUb are attached to the
なおこの実装に関して以下の点に配慮するのが良い。まずスイッチングモジュールの動作時における跳ね上がり電圧を抑制するために、モジュールと平滑コンデンサCで構成される一巡回路のインダクタンスを低減する必要がある。このため、2つのモジュールMBUaとMBUbの部品実装に際しては、中央側に2つのモジュールの直流端子を配置し、交流端子TBUa3、TBUb3を外側に向けて実装する。特に2つのモジュールの直流端子については、正極端子と、負極端子が対向するように実装する。図3(a)の例では、正極端子TBUa1と、負極端子TBUb2が対向し、正極端子TBUb1と、負極端子TBUa2が対向する位置に配置される。 The following points should be taken into consideration for this implementation. First, in order to suppress the jumping voltage during the operation of the switching module, it is necessary to reduce the inductance of the circuit that is composed of the module and the smoothing capacitor C. For this reason, when mounting the components of the two modules MBUa and MBUb, the DC terminals of the two modules are arranged on the center side, and the AC terminals TBUa3 and TBUb3 are mounted facing outward. In particular, the DC terminals of the two modules are mounted so that the positive terminal and the negative terminal face each other. In the example of FIG. 3A, the positive terminal TBUa1 and the negative terminal TBUb2 face each other, and the positive terminal TBUb1 and the negative terminal TBUa2 face each other.
なお平滑コンデンサCの実装位置は図示していないが、スイッチングモジュール間のインダクタンスが均等になるよう実装される。また、図では導体配線については記載省略している。 Although the mounting position of the smoothing capacitor C is not shown, it is mounted so that the inductances between the switching modules are equal. In the figure, the conductor wiring is not shown.
アーム部の半導体モジュールMBUaとMBUbには、それぞれ直流端子(TBUa1,TBUa2と、TBUb1,TBUb2)と交流端子(TBUa3とTBUb3)とを備えている。交流端子TBUa3と共通接続用端子TBU3の間は配線LBUaで接続され、交流端子TBUb3と共通接続用端子TBU3の間は配線LBUbで接続されている。このように2つの配線LBUa、LBUbは,U相の共通接続用端子TBU3に導入されて接続され、U相端子として外部に導かれる。また図示していないが、直流端子TBUa1とTBUb1は直流回路DCの正極に共通に接続され、直流端子TBUa2とTBUb2は直流回路DCの負極に共通に接続される。 Each of the semiconductor modules MBUa and MBUb of the arm part has a DC terminal (TBUa1, TBUa2, TBUb1, TBUb2) and an AC terminal (TBUa3 and TBUb3). The AC terminal TBUa3 and the common connection terminal TBU3 are connected by a wiring LBUa, and the AC terminal TBUb3 and the common connection terminal TBU3 are connected by a wiring LBUb. In this way, the two wirings LBUa and LBUb are introduced and connected to the U-phase common connection terminal TBU3 and led to the outside as the U-phase terminal. Although not shown, DC terminals TBUa1 and TBUb1 are commonly connected to the positive electrode of DC circuit DC, and DC terminals TBUa2 and TBUb2 are commonly connected to the negative electrode of DC circuit DC.
図3(a)は、アーム部の半導体モジュールを並列接続した構成のおもて面を表しているが、うら面も同様の考えで配置構成することで実装密度を上げることができる。図3(b)は両面実装した時の側面図を示している。両面実装する時のうら面の相は、同一交直変換回路内の別相としてもよいが、図2のように2組の交直変換回路で構成された電力変換装置とするのであれば、うら面には他の交直変換回路内の相とするのが良い。 FIG. 3A shows the front surface of the configuration in which the semiconductor modules of the arm portions are connected in parallel. However, the mounting density can be increased by arranging the back surface in the same way. FIG. 3B shows a side view when both sides are mounted. The phase of the back surface when mounting on both sides may be a different phase within the same AC / DC converter circuit, but if the power converter is configured with two AC / DC converter circuits as shown in FIG. It is preferable to use a phase in another AC / DC conversion circuit.
図3(b)ではうら面に他の交直変換回路1A内のR相であるアーム部の半導体モジュールMARを構成した例を示している。なお図2のように2組の交直変換回路1A,1Bで構成された電力変換装置1では、一方の交直変換回路をコンバータ、他方の交直変換回路をインバータとして機能させるので、この図3の構成は、コンバータ/インバータ1相分ユニットと呼ぶべきものである。なおうら面において、アーム部の半導体モジュールMARはMARaとMARbで構成されており、ここからの2つの配線LAR1、LARbはR相の共通接続用端子TBR3に導入されて接続され、R相端子として外部に導かれる。なおU相の共通接続用端子TBU3と、R相の共通接続用端子TBR3は、共通の端子台TUR3に纏めて配置される。
FIG. 3B shows an example in which the semiconductor module MAR of the arm portion which is the R phase in the other AC /
図4は、図2の2組の交直変換回路で構成された電力変換装置を筐体10内に収納した図を示しており、筐体前面の扉を開いた状態で視認可能な部品の配置関係を示している。3組のコンバータ/インバータ1相分ユニットY(YUR,YVS,YWT)は、冷却器12を上側に、冷却ブロック13を下側に配置した高さ位置関係で、横方向に3組配置されている。筐体10の扉前面には端子台Tが配置されている。端子台Tは、直列配置された3個の端子台TUR,TVS,TWTで構成されている。
FIG. 4 shows a diagram in which the power conversion device configured by the two sets of AC / DC conversion circuits of FIG. Showing the relationship. Three sets of converter / inverter 1-phase unit Y (YUR, YVS, YWT) are arranged in the horizontal direction, with the cooler 12 on the upper side and the
このうち、端子台TURにはU相の共通接続用端子TBU3と、R相の共通接続用端子TBR3が設けられ、同様に、端子台TVSにはV相の共通接続用端子TBV3と、S相の共通接続用端子TBS3が設けられ、端子台TWTにはW相の共通接続用端子TBW3と、T相の共通接続用端子TBT3が設けられている。各共通接続用端子には、並列接続されたアーム部の半導体モジュールからの配線が導入され、結線されている。 Among them, the terminal block TUR is provided with a U-phase common connection terminal TBU3 and an R-phase common connection terminal TBR3. Similarly, the terminal block TVS has a V-phase common connection terminal TBV3 and an S-phase. Common connection terminal TBS3, and a W-phase common connection terminal TBW3 and a T-phase common connection terminal TBT3 are provided on the terminal block TWT. Wiring from the semiconductor modules of the arm portions connected in parallel is introduced and connected to each common connection terminal.
図5は、共通接続用端子TBとしてU相の共通接続用端子TBU3の構成を示している。同一相の複数のアーム部の半導体モジュールMBUa,MBUbからの配線LBUa、LBUbは共通接続用端子TBU3で接続され、U相とされる。 FIG. 5 shows a configuration of a U-phase common connection terminal TBU3 as the common connection terminal TB. The wirings LBUa and LBUb from the semiconductor modules MBUa and MBUb of the plurality of arms in the same phase are connected by the common connection terminal TBU3 to be the U phase.
筐体10内には、上記回路部品以外にも直流回路の平滑コンデンサCあるいは各種結線のための配線なども収納されている。このため、筐体内は手狭であり、一般には電力変換装置を組み上げた状態で複数のアーム部の半導体モジュール間の電流分担を実測するのは困難である。
In addition to the circuit components described above, the
これに対し本発明の場合には、筐体10前面に設けられた端子台Tの共通接続用端子の部分で、複数のアーム部の半導体モジュールの電流を実測することができる。例えば図5に示すU相の共通接続用端子TBU3には、2組の半導体モジュールに接続される端子が準備されているので、この部分で各電流が計測可能である。
On the other hand, in the case of the present invention, the currents of the semiconductor modules of the plurality of arm portions can be actually measured at the common connection terminal portion of the terminal block T provided on the front surface of the
図3、図4に示すように部品配置をすると、図1における各相のスイッチングモジュールMAR,MAS,MAT,MBU、MBV,MBWにおいて交流端子が実装上の外側となる配置になっているため、図1に示すように、第一の半導体モジュールの交流端子TBUa3を流れる電流と、第二の半導体モジュールの交流端子TBUb3を通って流れる電流とを結合端子TBU3の前段において汎用性のある電流検出器で観測できる構造であり、実装状態のまま電流不均等を観測することが可能となる。 3 and FIG. 4, when the components are arranged, the switching terminals MAR, MAS, MAT, MBU, MBV, MBW of each phase in FIG. As shown in FIG. 1, a current detector that is versatile in the previous stage of the coupling terminal TBU3, the current flowing through the AC terminal TBUa3 of the first semiconductor module and the current flowing through the AC terminal TBUb3 of the second semiconductor module. It is possible to observe current non-uniformity in the mounted state.
本発明により計測される波形例を図6に示す。図6では図1に対応するU相の各部電流を示しており、iuが電流検出器11により検知されたU相電流、iuaが電流検出器11aにより検知されたU相電流のモジュールMBUa側電流、iubが電流検出器11bにより検知されたU相電流のモジュールMBUb側電流を表している。
An example of waveforms measured by the present invention is shown in FIG. FIG. 6 shows U-phase part currents corresponding to FIG. 1, where iu is the U-phase current detected by the
以上詳細に説明した本発明の電力変換装置を図1のU相の構成で示すと、
第一の正極側スイッチング素子SBU11及び第一の負極側スイッチング素子SBU21が直列接続された第一の半導体回路MBUaと,
第二の正極側スイッチング素子SBU12及び第二の負極側スイッチング素子SBU22が
直列接続された第二の半導体回路MBUbを有し、
第1の正極側スイッチング素子SBU11と第一の負極側スイッチング素子SBU21との接続点である第一の交流端子TBUa3と、
第二の正極側スイッチング素子SBU12と第二の負極側スイッチング素子SBU22との接続点である第二の交流端子TBUb3を有し、
第一の交流端子TBUa3と負荷を接続する第一の交流導体LBUaと
第二の交流端子TBUb3と負荷を接続する第二の交流導体LBUbとが
第一および第二の交流端子とは別の第三の端子TBU3で接続されているものということができる。
When the power converter of the present invention described in detail above is shown in the configuration of the U phase in FIG.
A first semiconductor circuit MBUa in which a first positive electrode side switching element SBU11 and a first negative electrode side switching element SBU21 are connected in series;
A second semiconductor circuit MBUb in which a second positive electrode side switching element SBU12 and a second negative electrode side switching element SBU22 are connected in series;
A first AC terminal TBUa3 that is a connection point between the first positive electrode side switching element SBU11 and the first negative electrode side switching element SBU21;
A second AC terminal TBUb3 which is a connection point between the second positive electrode side switching element SBU12 and the second negative electrode side switching element SBU22;
The first AC conductor LBUa that connects the first AC terminal TBUa3 and the load, the second AC terminal TBUb3, and the second AC conductor LBUb that connects the load are different from the first and second AC terminals. It can be said that they are connected by the three terminals TBU3.
1A,1B:交直変換回路
S、SBU,SBV,SBW、SBR,SBS,SBT:半導体スイッチング素子
C:平滑コンデンサ
R、S,T:三相交流の相
U,V,W:三相交流の相
M、MBU,MBV,MBW,MAR,MAS,MAT:アーム部の半導体素子モジュール
DC:直流回路
DC+:正極側
DC−:負極側
MBUa、MBUb:並列接続されたアーム部の半導体素子モジュール
TBUa1,TBUa2、TBUb1,TBUb2:直流端子
TBUa3、TBUb3:交流端子
13:冷却ブロック
12:冷却器
TBU3:共通接続用端子
LBUa、LBUb:配線
1A, 1B: AC / DC converter circuits S, SBU, SBV, SBW, SBR, SBS, SBT: Semiconductor switching element C: Smoothing capacitor R, S, T: Three-phase AC phase U, V, W: Three-phase AC phase M, MBU, MBV, MBW, MAR, MAS, MAT: Arm element semiconductor element module DC: DC circuit DC +: Positive electrode side DC-: Negative electrode side MBUa, MBUb: Arm element semiconductor elements modules TBUa1, TBUa2 connected in parallel , TBUb1, TBUb2: DC terminal TBUa3, TBUb3: AC terminal 13: Cooling block 12: Cooler TBU3: Common connection terminals LBUa, LBUb: Wiring
Claims (6)
第一の正極側スイッチング素子及び第一の負極側スイッチング素子が直列接続された第一の半導体回路と、第二の正極側スイッチング素子及び第二の負極側スイッチング素子が直列接続された第二の半導体回路が並列接続されることにより、前記交流の1相分の電力変換を担当するとともに、前記第一と第二の半導体回路はそれぞれモジュール化されており、
前記モジュール化された前記第一の半導体回路は、前記第一の正極側スイッチング素子と第一の負極側スイッチング素子との接続点である第一の交流端子を備え、
前記モジュール化された前記第二の半導体回路は、第二の正極側スイッチング素子と第二の負極側スイッチング素子との接続点である第二の交流端子を備え、
前記第一の交流端子と負荷を接続する第一の交流導体と、前記第二の交流端子と負荷を接続する第二の交流導体とが、前記第一および第二の交流端子とは別の第三の端子で接続されているとともに、
前記第3の端子部分において前記第一の交流導体に流れる電流と、前記第二の交流導体に流れる電流と、第三の端子に流れる合成電流を観測することを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device for performing power conversion between alternating current and direct current,
A first semiconductor circuit in which a first positive electrode side switching element and a first negative electrode side switching element are connected in series, and a second semiconductor circuit in which a second positive electrode side switching element and a second negative electrode side switching element are connected in series. As the semiconductor circuits are connected in parallel, they are in charge of power conversion for one phase of the alternating current, and the first and second semiconductor circuits are each modularized,
The modularized first semiconductor circuit includes a first AC terminal that is a connection point between the first positive electrode side switching element and the first negative electrode side switching element,
The modularized second semiconductor circuit includes a second AC terminal that is a connection point between the second positive electrode side switching element and the second negative electrode side switching element,
The first AC conductor connecting the first AC terminal and the load and the second AC conductor connecting the second AC terminal and the load are different from the first and second AC terminals. Connected with the third terminal ,
A power conversion device , wherein a current flowing through the first AC conductor, a current flowing through the second AC conductor, and a combined current flowing through a third terminal are observed in the third terminal portion .
前記モジュール化された前記第一と第二の半導体回路は、冷却ブロックのおもて面上に配置され、前記交流の他の相を構成する前記モジュール化された前記第一と第二の半導体回路は、冷却ブロックのうら面上に配置されていることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The modularized first and second semiconductor circuits are arranged on the front surface of a cooling block, and constitute the other phases of the alternating current. The modularized first and second semiconductor circuits The power converter is characterized in that the circuit is arranged on the back surface of the cooling block.
前記冷却ブロックのおもて面上に前記第一の交直変換回路の前記モジュール化された前記第一と第二の半導体回路を配置し、前記冷却ブロックのうら面上に前記第二の交直変換回路の前記モジュール化された前記第一と第二の半導体回路を配置することによりコンバータ/インバータ1相分ユニットを形成していることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2, comprising a first AC / DC conversion circuit that converts first AC to DC and a second AC / DC conversion circuit that converts the DC to second AC,
The modularized first and second semiconductor circuits of the first AC / DC converter circuit are disposed on the front surface of the cooling block, and the second AC / DC converter is disposed on the back surface of the cooling block. A converter / inverter one-phase unit is formed by arranging the modularized first and second semiconductor circuits of a circuit.
電力変換装置を構成する各部品が筐体内に収納されており、筐体の扉を開いた位置に、前記第3の端子が配置されていることを特徴とする電力変換装置。 It is a power converter device of any one of Claims 1-3, Comprising:
Each component which comprises a power converter device is accommodated in the housing | casing, The said 3rd terminal is arrange | positioned in the position which opened the door of the housing | casing, The power converter device characterized by the above-mentioned.
前記第一の交流及び前記第二の交流の少なくとも一方が三相交流であり、
電力変換装置を構成する各部品が筐体内に収納されており、3組の前記コンバータ/インバータ1相分ユニットが並列に配置されて収納されていることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 3,
At least one of the first alternating current and the second alternating current is a three-phase alternating current;
Each component which comprises a power converter device is accommodated in the housing | casing, The converter / inverter 1 phase part unit of 3 sets is arrange | positioned and accommodated in parallel, The power converter device characterized by the above-mentioned.
電力変換装置を構成する各部品が筐体内に収納されており、筐体の扉を開いた位置に、前記3組のコンバータ/インバータ1相分ユニットに対応する複数の前記第3の端子が配置されていることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 5,
Each component constituting the power converter is housed in a housing, and a plurality of the third terminals corresponding to the three sets of converter / inverter one-phase units are arranged at a position where the door of the housing is opened. The power converter characterized by being made.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012255004A JP5950800B2 (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Power converter |
| CN201310581018.0A CN103840677B (en) | 2012-11-21 | 2013-11-18 | Power conversion unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012255004A JP5950800B2 (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Power converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014103803A JP2014103803A (en) | 2014-06-05 |
| JP5950800B2 true JP5950800B2 (en) | 2016-07-13 |
Family
ID=50803890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012255004A Active JP5950800B2 (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Power converter |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5950800B2 (en) |
| CN (1) | CN103840677B (en) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0578196U (en) * | 1992-03-18 | 1993-10-22 | 株式会社東芝 | Power conversion unit |
| DE4421319A1 (en) * | 1994-06-17 | 1995-12-21 | Abb Management Ag | Low-inductance power semiconductor module |
| JP2002010653A (en) * | 2000-06-21 | 2002-01-11 | Nippon Densan Corp | Motor-driving circuit |
| US8237423B2 (en) * | 2008-07-18 | 2012-08-07 | Intersil Americas Inc. | Active droop current sharing |
| JP5289536B2 (en) * | 2011-11-04 | 2013-09-11 | 三菱電機株式会社 | Power semiconductor module |
| CN202406038U (en) * | 2011-12-02 | 2012-08-29 | 江苏大全凯帆电器股份有限公司 | IGBT (insulated gate bipolar transistor) module with double-transistor parallel connection unit of wind power converter |
-
2012
- 2012-11-21 JP JP2012255004A patent/JP5950800B2/en active Active
-
2013
- 2013-11-18 CN CN201310581018.0A patent/CN103840677B/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103840677B (en) | 2017-06-20 |
| CN103840677A (en) | 2014-06-04 |
| JP2014103803A (en) | 2014-06-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5533068B2 (en) | Semiconductor device | |
| CN105429443B (en) | The converter device of current transformer with multiphase | |
| CN108377667B (en) | Method and system for interconnecting parallel IGBT modules | |
| CN109510474B (en) | A high-capacity inverter module with high-current/high-voltage IGBTs directly connected in parallel | |
| CN103875169B (en) | power conversion device | |
| JP2016046842A (en) | Power conversion device and elevator employing the same | |
| CN103858329B (en) | Power-converting device | |
| JP2014217270A (en) | Half bridge for 3-level power conversion device | |
| CN113632364B (en) | power conversion unit | |
| JP6526361B2 (en) | Power converter | |
| JP5150570B2 (en) | Three-phase power converter | |
| CN113994559B (en) | Laminated busbar, power converter, power conversion device, and uninterruptible power supply device | |
| US20170117820A1 (en) | Semiconductor device | |
| CN102148219B (en) | Power module of insulated gate bipolar transistor | |
| JP2011254672A (en) | Power semiconductor module and power conversion device using the same | |
| JP5557891B2 (en) | Three-phase power converter | |
| JP2017055610A (en) | Power semiconductor device | |
| JP2022548601A (en) | modular switching cell | |
| JP5599757B2 (en) | Power converter | |
| JP5950800B2 (en) | Power converter | |
| JP5678597B2 (en) | Main circuit structure of power converter | |
| JP6720601B2 (en) | Power converter | |
| JP6658915B2 (en) | Power converter | |
| Kehl et al. | Design of universal H-bridge converter for cascaded multilevel topologies | |
| JP6796392B2 (en) | 3-level power converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150430 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160105 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160120 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160510 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160607 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Ref document number: 5950800 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |