JP6761908B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

交流電力を直流電力に変換する電力変換装置の１つとして、中性点クランプ（ＮＰＣ：Neutral Point Clamped）型の３レベルコンバータが知られている。ＮＰＣ型の３レベルコンバータには、１つのレグとして、電気的に直列に接続された４つの半導体モジュールと、２つのクランプダイオードとを有するものがある。前記４つの半導体モジュールの各々は、スイッチング素子と、このスイッチング素子に電気的に逆並列に接続されたダイオードとを含む。

ところで、上記のようなＮＰＣ型の３レベルコンバータでは、電気的に直列に接続された前記４つの半導体モジュールのうち、内側に位置した２つの半導体モジュールの温度上昇が大きくなる場合がある。

日本国特開２００３−７０２６２号公報

本発明が解決しようとする課題は、半導体モジュールの温度上昇の抑制を図ることができる電力変換装置を提供することである。

実施形態の電力変換装置は、中性点クランプ型の電力変換装置であって、第１から第４のスイッチング素子と、第１から第８のダイオードとを備えている。前記第１から第４のスイッチング素子は、正極から負極に向けて第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子、および第４スイッチング素子の順で互いに電気的に直列に接続されている。前記第１から第４のダイオードは、前記第１から第４のスイッチング素子に対してそれぞれ電気的に逆並列に接続されている。前記第５ダイオードは、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを電気的に接続した第１接続部にカソードが電気的に接続され、前記電力変換装置の中性点にアノードが電気的に接続されている。前記第６ダイオードは、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを電気的に接続した第２接続部にアノードが電気的に接続され、前記中性点にカソードが電気的に接続されている。前記第７ダイオードは、前記第２ダイオードと電気的に並列に接続されている。前記第８ダイオードは、前記第３ダイオードと電気的に並列に接続されている。前記第２ダイオードは、第１パッケージに収容されている。前記第７ダイオードは、前記第１パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない第２パッケージに収容されている。前記第８ダイオードは、前記第２パッケージに収容されている、または、前記第８ダイオードは、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない別のパッケージに収容されている。前記第８ダイオードは、前記第２パッケージに収容されている。

第１の実施形態のドライブ装置の一例を示す図。 第１の実施形態の第１レグを示す図。 第１の実施形態に関して、第１レグが負電圧を出力する基本波の半サイクルの期間において第２スイッチング素子のターンオフ前とターンオフ後の動作モードを示す図。 第１の実施形態に関して、第１レグが正電圧を出力する基本波の半サイクルの期間において第３スイッチング素子のターンオフ前とターンオフ後の動作モードを示す図。 第１の実施形態のコンバータの１つのレグに対応する物理的構成を示す斜視図。 第１の実施形態のコンバータの１つのレグに対応する物理的構成を示す平面図。 図６中に示された第１外側素子モジュールのＦ７−Ｆ７線に沿う断面図。 第１の実施形態の遮断経路および還流経路の一例を示す図。 第１の実施形態の分流ダイオードモジュールが設けられていない場合の各モジュールの発熱量のシミュレーション結果の一例を示す図。 第１の実施形態の分流ダイオードモジュールが設けられた場合の各モジュールの発熱量のシミュレーション結果の一例を示す図。 第１の実施形態に関して、分流ダイオードモジュールが設けられていない場合と、分流ダイオードモジュールが設けられた場合とのサージ電圧の実験結果の一例を示す図。 第２の実施形態のコンバータの１つのレグに対応する物理的構成を示す斜視図。 第２の実施形態のコンバータの１つのレグに対応する物理的構成を示す平面図。 第２の実施形態の遮断経路および還流経路の一例を示す図。 第３の実施形態のコンバータの１つのレグに対応する物理的構成を示す斜視図。 第３の実施形態のコンバータの１つのレグに対応する物理的構成を示す平面図。 第４の実施形態のドライブ装置の一例を示す図。 第５の実施形態の第１レグを示す図。 実施形態の変形例のコンバータの１つのレグに対応する物理的構成を示す斜視図。

以下、実施形態の電力変換装置およびドライブ装置を、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。なお以下で参照する図面では、説明の便宜上、制御用のゲート配線などの図示は省略している。

（第１の実施形態）
図１から図１１を参照して、第１の実施形態のコンバータ１００およびドライブ装置１について説明する。本実施形態では、ドライブ装置１が複数の単相セルユニットによって構成された例について説明する。なお、ドライブ装置１は、後述するように３相コンバータおよび３相インバータによって構成されてもよい。

図１は、第１の実施形態のドライブ装置（電動機駆動装置）１の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態のドライブ装置１は、１次側が３相交流電源５に電気的に接続され、２次側が３相の多巻線電動機６に電気的に接続される。ドライブ装置１は、例えば、第１から第３の単相セルユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、これら単相セルユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを制御する制御装置２０とを有する。

詳しく述べると、第１単相セルユニット１０Ａには、３相交流電源５の第１相と第２相（図中ではＵ相とＶ相）が入力される。第１単相セルユニット１０Ａの出力は、多巻線電動機６の第１相に入力される。第２単相セルユニット１０Ｂには、３相交流電源５の第２相と第３相（図中ではＶ相とＷ相）が入力される。第２単相セルユニット１０Ｂの出力は、多巻線電動機６の第２相に入力される。第３単相セルユニット１０Ｃには、３相交流電源５の第３相と第１相（図中ではＷ相とＵ相）が入力される。第３単相セルユニット１０Ｃの出力は、多巻線電動機６の第３相に入力される。なお、３相交流電源５は、内部インピーダンスとして、インダクタンス成分を含む。

次に、各単相セルユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの内部構成について説明する。ここで、第１から第３の単相セルユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、互いに構成および機能が略同じである。このため以下では、これらを代表して第１単相セルユニット１０Ａについて説明する。図１に示すように、第１単相セルユニット１０Ａは、単相の３レベルコンバータ１００と、単相の３レベルインバータ２００とを含む。

３レベルコンバータ１００（以下、単に「コンバータ１００」と称する）は、ＮＰＣ型の３レベルコンバータであり、「電力変換装置」の一例である。コンバータ１００は、３相交流電源５の２相分の電力線に電気的に接続され、３相交流電源５から供給される交流電力を直流電力に変換する。コンバータ１００は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によりスイッチング素子が制御されるコンバータである。コンバータ１００については、詳しく後述する。

３レベルインバータ２００（以下、単に「インバータ２００」と称する）は、例えば、多巻線電動機６の１相分の巻線に電気的に接続されている。多巻線電動機６は、「負荷」の一例である。インバータ２００は、コンバータ１００により変換されて出力された直流電力を、多巻線電動機６のトルクおよび速度を制御するための任意の周波数・電圧の交流電力に変換する。インバータ２００は、変換した交流電力を多巻線電動機６に供給する。これにより、多巻線電動機６が駆動される。ここでは、多巻線電動機として３相の多巻線電動機６が例示されている。

制御装置２０は、各単相セルユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのコンバータ１００およびインバータ２００を制御する。例えば、制御装置２０は、不図示の電圧検出器により検出された３相交流電源５の相電圧を示す情報に基づき、コンバータ１００に含まれるスイッチング素子に制御信号を送ることで、コンバータ１００を制御する。なお、制御装置２０の機能の一部または全部は、各単相セルユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに設けられてもよい。

以下、コンバータ１００について詳しく説明する。まず、コンバータ１００の回路構成について説明し、その後にコンバータ１００の物理的構成（各モジュールの配置レイアウトなど）について説明する。

図１に示すように、コンバータ１００は、例えば、２つの交流端子（第１交流端子Ｔ１、第２交流端子Ｔ２）、２つのレグ（第１レグ１１０、第２レグ１２０）と、少なくとも１つ（例えば複数）の第１コンデンサＣ１と、少なくとも１つ（例えば複数）の第２コンデンサＣ２とを有する。なお、ここでは説明の便宜上、第１および第２の交流端子Ｔ１，Ｔ２と、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２とを先に説明し、その後に、第１および第２のレグ１１０，１２０について詳しく説明する。

第１および第２の交流端子Ｔ１，Ｔ２の各々は、コンバータ１００に設けられた端子であって、コンバータ１００の外部に位置する３相交流電源５に電気的に接続される端子である。第１単相セルユニット１０Ａの第１交流端子Ｔ１は、３相交流電源５の第１相に電気的に接続される。第１単相セルユニット１０Ａの第２交流端子Ｔ２は、３相交流電源５の第２相に電気的に接続される。第１および第２の交流端子Ｔ１，Ｔ２には、３相交流電源５から交流電力が供給される。なお、第２および第３の単相セルユニット１０Ｂ，１０Ｃについて補足的に説明すると、第２単相セルユニット１０Ｂの第１交流端子Ｔ１は、３相交流電源５の第２相に電気的に接続される。第２単相セルユニット１０Ｂの第２交流端子Ｔ２は、３相交流電源５の第３相に電気的に接続される。第３単相セルユニット１０Ｃの第１交流端子Ｔ１は、３相交流電源５の第３相に電気的に接続される。第３単相セルユニット１０Ｃの第２交流端子Ｔ２は、３相交流電源５の第１相に電気的に接続される。ここで、第１交流端子Ｔ１および第２交流端子Ｔ２は、互いに構成および機能が略同じである。そこで以下では、第１交流端子Ｔ１および第２交流端子Ｔ２の各々を、単に「交流端子Ｔ」と称する。

第１コンデンサＣ１は、正極Ｐと、中性点Ｃとの間に電気的に接続されている。一方で、第２コンデンサＣ２は、負極Ｎと、中性点Ｃとの間に電気的に接続されている。第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２は、第１および第２のレグ１１０，１２０から出力された直流電力の電圧を平滑にする。ここで、「正極Ｐ」とは、コンバータ１００が動作した場合に、正電位となる部位を広く意味し、「正電位部」と称されてもよい。「負極Ｎ」とは、コンバータ１００が動作した場合に、負電位となる部位を広く意味し、「負電位部」と称されてもよい。「中性点Ｃ」とは、コンバータ１００が動作した場合に、正極Ｐと負極Ｎとの間の中間の電位（中性点電位）となる部位を広く意味し、「中性点電位部」と称されてもよい。

次に、第１および第２のレグ１１０，１２０について説明する。ここで、第１レグ１１０および第２レグ１２０は、互いに構成および機能が略同じである。このため、以下では、これらを代表して第１レグ１１０について説明する。

図２は、第１レグ１１０を示す図である。図２に示すように、第１レグ１１０は、例えば、第１から第４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４、第１から第４の還流ダイオードＤＦ１，ＤＦ２，ＤＦ３，ＤＦ４、第１および第２のクランプダイオードＤＣ１，ＤＣ２、および、第１および第２の分流ダイオードＤＢ１，ＤＢ２を有する。第１還流ダイオードＤＦ１は、「第１ダイオード」の一例である。第２還流ダイオードＤＦ２は、「第２ダイオード」の一例である。第３還流ダイオードＤＦ３は、「第３ダイオード」の一例である。第４還流ダイオードＤＦ４は、「第４ダイオード」の一例である。第１クランプダイオードＤＣ１は、「第５ダイオード」の一例である。第２クランプダイオードＤＣ２は、「第６ダイオード」の一例である。第１分流ダイオードＤＢ１は、「第７ダイオード」の一例である。第２分流ダイオードＤＢ２は、「第８ダイオード」の一例である。

まず、第１から第４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４について説明する。第１から第４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の各々は、例えば、自己消弧能力を持つトランジスタ型のスイッチング素子である。第１から第４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の各々は、例えば、バイポーラトランジスタ型のスイッチング素子である。本実施形態では、第１から第４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の各々は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。ただし、第１から第４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の各々は、上記例に限定されない。第１から第４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は、３レベルコンバータを実現可能なスイッチング素子であれば、いかなる素子でもよい。

図２に示すように、第１から第４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は、正極Ｐから負極Ｎに向けてこの順で互いに電気的に直列に接続されている。本実施形態では、第１スイッチング素子ＳＷ１のコレクタは、正極Ｐに電気的に接続されている。第２スイッチング素子ＳＷ２のコレクタは、第１スイッチング素子ＳＷ１のエミッタに電気的に接続されている。第３スイッチング素子ＳＷ３のコレクタは、第２スイッチング素子ＳＷ２のエミッタに電気的に接続されている。第４スイッチング素子ＳＷ４のコレクタは、第３スイッチング素子ＳＷ３のエミッタに電気的に接続されている。そして、第４スイッチング素子ＳＷ４のエミッタが負極Ｎに電気的に接続されている。

本実施形態では、交流端子Ｔは、第２スイッチング素子ＳＷ２のエミッタと第３スイッチング素子ＳＷ３のコレクタとを電気的に接続した接続部ＣＰ３に電気的に接続されている。これにより、第２スイッチング素子ＳＷ２のエミッタは、接続部ＣＰ３を介して交流端子Ｔに電気的に接続されている。また、第３スイッチング素子ＳＷ３のコレクタは、接続部ＣＰ３を介して交流端子Ｔに電気的に接続されている。接続部ＣＰ３は、「第３接続部」の一例である。接続部ＣＰ３は、後述する第２還流ダイオードＤＦ２のアノードと第３還流ダイオードＤＦ３のカソードとを電気的に接続した接続部でもある。

次に、第１から第４の還流ダイオードＤＦ１，ＤＦ２，ＤＦ３，ＤＦ４について説明する。第１還流ダイオードＤＦ１は、第１スイッチング素子ＳＷ１と電気的に逆並列に接続されている。第２還流ダイオードＤＦ２は、第２スイッチング素子ＳＷ２と電気的に逆並列に接続されている。第３還流ダイオードＤＦ３は、第３スイッチング素子ＳＷ３と電気的に逆並列に接続されている。第４還流ダイオードＤＦ４は、第４スイッチング素子ＳＷ４と電気的に逆並列に接続されている。「逆並列に接続」とは、スイッチング素子と還流ダイオードとが電気的に並列に接続され、且つ、スイッチング素子において電流が順方向に流れる方向と還流ダイオードにおいて電流が順方向に流れる方向とが逆向きであることを意味する。

本実施形態では、第１から第４の還流ダイオードＤＦ１，ＤＦ２，ＤＦ３，ＤＦ４の連続的な最大許容電流容量（定格電流）（以下、単に「電流容量」と称する）は、第１から第４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の電流容量とそれぞれ略同じである。なお、第１から第４の還流ダイオードＤＦ１，ＤＦ２，ＤＦ３，ＤＦ４の電流容量は、所定値以上であればよく、上記例に限定されない。

次に、第１および第２のクランプダイオードＤＣ１，ＤＣ２について説明する。第１クランプダイオードＤＣ１のアノードは、中性点Ｃに電気的に接続されている。第１クランプダイオードＤＣ１のカソードは、第１スイッチング素子ＳＷ１のエミッタと第２スイッチング素子ＳＷ２のコレクタとを電気的に接続した接続部ＣＰ１に電気的に接続されている。接続部ＣＰ１は、「第１接続部」の一例である。

一方で、第２クランプダイオードＤＣ２のアノードは、第３スイッチング素子ＳＷ３のエミッタと第４スイッチング素子ＳＷ４のコレクタとを電気的に接続した接続部ＣＰ２に電気的に接続されている。接続部ＣＰ２は、「第２接続部」の一例である。第２クランプダイオードＤＣ２のカソードは、中性点Ｃに電気的に接続されている。

次に、第１および第２の分流ダイオードＤＢ１，ＤＢ２について説明する。第１分流ダイオードＤＢ１は、第２還流ダイオードＤＦ２と電気的に並列に接続されている。第１分流ダイオードＤＢ１は、１つの還流ダイオードであり、第２還流ダイオードＤＦ２と略同じ機能を果たす。第１分流ダイオードＤＢ１は、交流端子Ｔから正極Ｐに向けて電流が流れる場合に、第１分流ダイオードＤＢ１と第２還流ダイオードＤＦ２とに前記電流を分けて流すためのダイオードである。言い換えると、第１分流ダイオードＤＢ１は、交流端子Ｔから正極Ｐに向かう電流の一部を、第２還流ダイオードＤＦ２を通らないようにバイパスさせるためのダイオードである。

第１分流ダイオードＤＢ１は、例えば、第２還流ダイオードＤＦ２と順方向電圧降下（Ｖ_Ｆ）に関する特性が略同じである。「順方向電圧降下に関する特性が略同じ」とは、例えば、順方向電圧値と順方向電流値との関係（Ｖ_Ｆ−Ｉ_Ｆ特性）が略同じであることを意味する。なお、「順方向電圧降下に関する特性が略同じ」とは、例えば、順方向電流が流れる始める順方向電圧値の閾値が略同じであることを意味してもよい。

例えば、第１分流ダイオードＤＢ１および第２還流ダイオードＤＦ２の順方向電圧降下に関する特性が略同じ場合、交流端子Ｔから正極Ｐに向かう電流は、第１分流ダイオードＤＢ１と第２還流ダイオードＤＦ２とに略均等に分かれやすくなる。また、第１分流ダイオードＤＢ１および第２還流ダイオードＤＦ２の世代とロット番号とのうち少なくとも一方が同じ場合、交流端子Ｔから正極Ｐに向かう電流は、第１分流ダイオードＤＢ１と第２還流ダイオードＤＦ２とにさらに略均等に分かれやすくなる。なお、第１分流ダイオードＤＢ１および第２還流ダイオードＤＦ２は、世代やロット番号が異なるものであっても、順方向電圧降下に関する特性が略同じものが選別により抽出されてもよい。

ただし、第１ダイオードＤＢ１は、第２還流ダイオードＤＦ２と順方向電圧降下に関する特性が略同じものに限定されない。すなわち、第１分流ダイオードＤＢ１と第２還流ダイオードＤＦ２とに分かれる電流の割合は、略均等でなくてもよい。例えば、第１分流ダイオードＤＢ１に流れる電流は、第２還流ダイオードＤＦ２に流れる電流よりも多くてもよく、少なくてもよい。第１分流ダイオードＤＢ１は、交流端子Ｔから正極Ｐに向かう電流の少なくとも一部が流れればよい。

第２分流ダイオードＤＢ２は、第３還流ダイオードＤＦ３と電気的に並列に接続されている。第２分流ダイオードＤＢ２は、１つの還流ダイオードであり、第３還流ダイオードＤＦ３と略同じ機能を果たす。第２分流ダイオードＤＢ２は、負極Ｎから交流端子Ｔに向けて電流が流れる場合に、第２分流ダイオードＤＢ２と第３還流ダイオードＤＦ３とに前記電流を分けて流すためのダイオードである。言い換えると、第２分流ダイオードＤＢ２は、負極Ｎから交流端子Ｔに向かう電流の一部を、第３還流ダイオードＤＦ３を通らないようにバイパスさせるためのダイオードである。

第２分流ダイオードＤＢ２は、例えば、第３還流ダイオードＤＦ３と順方向電圧降下に関する特性が略同じである。第２分流ダイオードＤＢ２および第３還流ダイオードＤＦ３の順方向電圧降下に関する特性が略同じ場合、負極Ｎから交流端子Ｔに向かう電流は、第２分流ダイオードＤＢ２と第３還流ダイオードＤＦ３とに略均等に分かれやすくなる。また、第２分流ダイオードＤＢ２および第３還流ダイオードＤＦ３の世代とロット番号とのうち少なくとも一方が同じ場合、負極Ｎから交流端子Ｔに向かう電流は、第２分流ダイオードＤＢ２と第３還流ダイオードＤＦ３とにさらに略均等に分かれやすくなる。なお、第２分流ダイオードＤＢ２および第３還流ダイオードＤＦ３は、世代やロット番号が異なるものであっても、順方向電圧降下に関する特性が略同じものが選別により抽出されてもよい。

ただし、第２分流ダイオードＤＢ２は、第３還流ダイオードＤＦ３と順方向電圧降下に関する特性が略同じものに限定されない。すなわち、第２分流ダイオードＤＢ２と第３還流ダイオードＤＦ３とに分かれる電流の割合は、略均等でなくてもよい。例えば、第２分流ダイオードＤＢ２に流れる電流は、第３還流ダイオードＤＦ３に流れる電流よりも多くてもよく、少なくてもよい。第２分流ダイオードＤＢ２は、負極Ｎから交流端子Ｔに向かう電流の少なくとも一部が流れればよい。

本実施形態では、第１分流ダイオードＤＢ１と第２分流ダイオードＤＢ２とは、接続部ＣＰ４によって互いに電気的に接続されている。接続部ＣＰ４は、交流端子Ｔに電気的に接続されている。言い換えると、第１分流ダイオードＤＢ１と第２分流ダイオードＤＢ２とは、第２スイッチング素子ＳＷ２と第３スイッチング素子ＳＷ３とを電気的に接続した接続部ＣＰ３を介さずに交流端子Ｔに電気的に接続されている。接続部ＣＰ４は、「第４接続部」の一例である。

次に、コンバータ１００の物理的構成のなかで図２に関連する部分を先に説明する。本実施形態のコンバータ１００は、第１レグ１１０の構成として、第１外側素子モジュールＱ１、第１内側素子モジュールＱ２、第２内側素子モジュールＱ３、第２外側素子モジュールＱ４、クランプダイオードモジュールＤＣＭ、および分流ダイオードモジュールＤＢＭを有する。なおこれらの名称は、あくまで説明の便宜上のため用いられている。すなわち、「外側」および「内側」は、物理的な位置を特定するものではない。

第１外側素子モジュールＱ１は、第１スイッチング素子ＳＷ１と、第１還流ダイオードＤＦ１とが内蔵された半導体モジュール（モジュール型半導体）である。第１外側素子モジュールＱ１は、２つの端子１１１ａ，１１１ｂを有する。端子１１１ａには、第１スイッチング素子ＳＷ１のコレクタおよび第１還流ダイオードＤＦ１のカソードが第１外側素子モジュールＱ１の内部で電気的に接続されている。端子１１１ｂには、第１スイッチング素子ＳＷ１のエミッタおよび第１還流ダイオードＤＦ１のアノードが第１外側素子モジュールＱ１の内部で電気的に接続されている。

第１内側素子モジュールＱ２は、第２スイッチング素子ＳＷ２と、第２還流ダイオードＤＦ２とが内蔵された半導体モジュール（モジュール型半導体）である。第１内側素子モジュールＱ２は、２つの端子１１２ａ，１１２ｂを有する。端子１１２ａには、第２スイッチング素子ＳＷ２のコレクタおよび第２還流ダイオードＤＦ２のカソードが第１内側素子モジュールＱ２の内部で電気的に接続されている。端子１１２ｂには、第２スイッチング素子ＳＷ２のエミッタおよび第２還流ダイオードＤＦ２のアノードが第１内側素子モジュールＱ２の内部で電気的に接続されている。

第２内側素子モジュールＱ３は、第３スイッチング素子ＳＷ３と、第３還流ダイオードＤＦ３とが内蔵された半導体モジュール（モジュール型半導体）である。第２内側素子モジュールＱ３は、２つの端子１１３ａ，１１３ｂを有する。端子１１３ａには、第３スイッチング素子ＳＷ３のコレクタおよび第３還流ダイオードＤＦ３のカソードが第２内側素子モジュールＱ３の内部で電気的に接続されている。端子１１３ｂには、第３スイッチング素子ＳＷ３のエミッタおよび第３還流ダイオードＤＦ３のアノードが第２内側素子モジュールＱ３の内部で電気的に接続されている。

第２外側素子モジュールＱ４は、第４スイッチング素子ＳＷ４と、第４還流ダイオードＤＦ４とが内蔵された半導体モジュール（モジュール型半導体）である。第２外側素子モジュールＱ４は、２つの端子１１４ａ，１１４ｂを有する。端子１１４ａには、第４スイッチング素子ＳＷ４のコレクタおよび第４還流ダイオードＤＦ４のカソードが第２外側素子モジュールＱ４の内部で電気的に接続されている。端子１１４ｂには、第４スイッチング素子ＳＷ４のエミッタおよび第４還流ダイオードＤＦ４のアノードが第２外側素子モジュールＱ４の内部で電気的に接続されている。

クランプダイオードモジュールＤＣＭは、第１および第２のクランプダイオードＤＣ１，ＤＣ２が内蔵された半導体モジュール（モジュール型半導体）である。クランプダイオードモジュールＤＣＭは、端子１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃを有する。端子１１５ａには、第１クランプダイオードＤＣ１のカソードがクランプダイオードモジュールＤＣＭの内部で電気的に接続されている。端子１１５ｂには、第２クランプダイオードＤＣ２のアノードがクランプダイオードモジュールＤＣＭの内部で電気的に接続されている。端子１１５ｃには、第１クランプダイオードＤＣ１のアノードと第２クランプダイオードＤＣ２のカソードとがクランプダイオードモジュールＤＣＭの内部で電気的に接続されている。

分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の分流ダイオードＤＢ１，ＤＢ２が内蔵された半導体モジュール（モジュール型半導体）である。分流ダイオードモジュールＤＢＭは、３つの端子１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃを有する。端子１１６ａには、第１分流ダイオードＤＢ１のカソードが分流ダイオードモジュールＤＢＭの内部で電気的に接続されている。端子１１６ｂには、第２分流ダイオードＤＢ２のアノードが分流ダイオードモジュールＤＢＭの内部で電気的に接続されている。端子１１６ｃには、第１分流ダイオードＤＢ１のアノードと第２分流ダイオードＤＢ２のカソードとが分流ダイオードモジュールＤＢＭの内部で電気的に接続されている。分流ダイオードモジュールＤＢＭの内部に設けられた第１分流ダイオードＤＢ１のアノードと第２分流ダイオードＤＢ２のカソードとの電気接続部は、上述した接続部ＣＰ４に相当する。

次に、以上のような構成を持つコンバータ１００の動作モードについて説明する。なお、３レベルコンバータとしてのコンバータ１００の動作モードは、従来の３レベルコンバータの動作モードと同じであるので、詳細な説明は省略する。ここでは、第１および第２の分流ダイオードＤＢ１，ＤＢ２に関係する４つの動作モードについて説明する。

図３は、第１レグ１１０が負電圧を出力する基本波の半サイクルの期間において、第２スイッチング素子ＳＷ２のターンオフ前とターンオフ後のそれぞれの動作モードを示す図である。一般的に、単相コンバータ１００は、力率１近傍で運転されるので、この期間においては電流が第１レグ１１０から交流端子Ｔを経由して３相交流電源５に流れる。

図３中の（ａ）は、第２スイッチング素子ＳＷ２のターンオフ前の動作モードを示す。この動作モードでは、第１、第４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４がオフ状態であり、第２スイッチング素子ＳＷ２がオン状態である。この場合、電流は、中性点Ｃから、第１クランプダイオードＤＣ１、第２スイッチング素子ＳＷ２を通って、交流端子Ｔへ流れる。なおこのとき、第３スイッチング素子ＳＷ３にもゲート信号が与えられていることが一般的であるが、必ずしも上記ゲート信号が与えられていなくてもよい。

図３中の（ｂ）は、図３中の（ａ）の状態から第２スイッチング素子ＳＷ２がターンオフした後の動作モードを示す。この動作モードでは、第１および第２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２がオフ状態である。
なお、このとき、第３および第４のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４にはゲート信号が与えられることが一般的である。しかし以下に述べるように、第３および第４のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４がオン状態であっても、第３および第４のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４には電流は流れない。すなわちこの場合、電流は、３相交流電源５の内部インダクタンス成分により第１レグ１１０から交流端子Ｔを経由して３相交流電源５に流れ続ける。したがって、電流は、負極Ｎから第４還流ダイオードＤＦ４に向けて流れ、第４還流ダイオードＤＦ４を通過した後、第３還流ダイオードＤＦ３と第２分流ダイオードＤＢ２とに分かれて流れる。第３還流ダイオードＤＦ３と第２分流ダイオードＤＢ２とをそれぞれ通過した電流は、再び合流して交流端子Ｔへ流れる。

図４は、第１レグ１１０が正電圧を出力する基本波の半サイクルの期間において、第３スイッチング素子ＳＷ３のターンオフ前とターンオフ後のそれぞれの動作モードを示す図である。上述したように、単相コンバータ１００は、一般的に力率１近傍で運転されるので、この期間においては電流が３相交流電源５から交流端子Ｔを経由して第１レグ１１０に流れる。

図４中の（ａ）は、第３スイッチング素子ＳＷ３のターンオフ前の動作モードを示す。この動作モードでは、第１、第４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４がオフ状態であり、第３スイッチング素子ＳＷ３がオン状態である。この場合、電流は、交流端子Ｔから、第３スイッチング素子ＳＷ３と、第２クランプダイオードＤＣ２とを通って、中性点Ｃへ流れる。このとき、第２スイッチング素子ＳＷ２にもゲート信号が与えられていることが一般的であるが、必ずしも上記ゲート信号が与えられていなくてもよい。

図４中の（ｂ）は、図４中の（ａ）の状態から第３スイッチング素子ＳＷ３がターンオフした後の動作モードを示す。この動作モードでは、第３および第４のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４がオフ状態である。
なお、このとき、第１および第２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２にはゲート信号が与えられることが一般的である。しかし以下に述べるように、第１および第２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２がオン状態であっても、第１および第２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２には電流は流れない。すなわちこの場合、電流は、３相交流電源５の内部インダクタンス成分により３相交流電源５から交流端子Ｔを経由して第１レグ１１０に流れ続ける。したがって、電流は、交流端子Ｔから第２還流ダイオードＤＦ２と第１分流ダイオードＤＢ１とに分かれて流れる。第２還流ダイオードＤＦ２と第１分流ダイオードＤＢ１とをそれぞれ通過した電流は、再び合流し、第１還流ダイオードＤＦ１を通って正極Ｐへ流れる。

ここで、本実施形態では、図３中の（ａ）の電流経路と、図４中の（ａ）の電流経路とを「遮断経路」と称する。「遮断経路」とは、第２スイッチング素子ＳＷ２または第３スイッチング素子ＳＷ３がターンオフした場合に遮断される電流経路である。一方で、図３中の（ｂ）の電流経路と、図４中の（ｂ）の電流経路とを「還流経路」と称する。「還流経路」とは、第２スイッチング素子ＳＷ２または第３スイッチング素子ＳＷ３がターンオフした場合に電流が流れる電流経路である。これら「遮断経路」および「還流経路」については、コンバータ１００の物理的構成の説明のなかで再び説明する。

次に、コンバータ１００の物理的構成について説明する。図５は、コンバータ１００の第１レグ１１０に対応する物理的構成を示す斜視図である。図６は、上記物理的構成を示す平面図である。ここで、＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、−Ｙ方向、＋Ｚ方向、および−Ｚ方向について定義する。図５に示すように、＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、および−Ｙ方向は、後述するヒートシンク１５０の第１面１５１ａに沿う方向である。＋Ｘ方向は、ヒートシンク１５０の第１端部１５０ａから第２端部１５０ｂに向かう方向（すなわち風の流れ方向）である。−Ｘ方向は、＋Ｘ方向とは反対方向である。＋Ｘ方向と−Ｘ方向とを区別しない場合は、単に「Ｘ方向」と称する。＋Ｙ方向および−Ｙ方向は、Ｘ方向とは異なる（例えば略直交する）方向である。＋Ｙ方向は、＋Ｘ方向に沿って右側とする。−Ｙ方向は、＋Ｙ方向とは反対方向である。＋Ｙ方向と−Ｙ方向とを区別しない場合は、単に「Ｙ方向」と称する。＋Ｚ方向および−Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向とは異なる（例えば略直交する）方向である。＋Ｚ方向は、ヒートシンク１５０の後述されるベース１５１を基準として半導体モジュールが載置される載置面の方向である。−Ｚ方向は、ヒートシンク１５０のベース１５１を基準としてヒートシンク１５０の後述されるフィン１５２の方向とする。―Ｚ方向は、＋Ｚ方向とは反対方向である。＋Ｚ方向と−Ｚ方向とを区別しない場合は、単に「Ｚ方向」と称する。

図５および図６に示すように、コンバータ１００は、第１レグ１１０に対応する構成として、第１外側素子モジュールＱ１，第１内側素子モジュールＱ２、第２内側素子モジュールＱ３、第２外側素子モジュールＱ４、クランプダイオードモジュールＤＣＭ、分流ダイオードモジュールＤＢＭ、ヒートシンク１５０、送風部１６０（図６参照）、交流ブスＢＡ、直流正極ブスＢＤＰ、直流負極ブスＢＤＮ、中性点ブスＢＣ、第１接続ブスＢＣ１、および第２接続ブスＢＣ２を有する。なお、各ブスＢＡ，ＢＤＰ，ＢＤＮ，ＢＣ，ＢＣ１，ＢＣ２については、各モジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭの配置レイアウトを説明した後に説明する。

第１外側素子モジュールＱ１は、上述したように、第１スイッチング素子ＳＷ１と、第１還流ダイオードＤＦ１とを内蔵している。すなわち、第１外側素子モジュールＱ１は、第１スイッチング素子ＳＷ１と、第１還流ダイオードＤＦ１と、第１スイッチング素子ＳＷ１および第１還流ダイオードＤＦ１を収容したパッケージ（外郭部材）１１１とを有する。パッケージ１１１は、ねじのような固定部材Ｍが通される挿通穴を有する。パッケージ１１１は、挿通穴に通された固定部材Ｍによってヒートシンク１５０に固定されている。なお、パッケージ１１１の構成については、図８を参照して詳しく後述する。以下に説明するモジュールＱ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭのパッケージ１１２，１１３，１１４，１１５，１１６は、後述するパッケージ１１１の構成と略同じである。

パッケージ１１１の表面には、上述した２つの端子１１１ａ，１１１ｂが設けられている。２つの端子１１１ａ，１１１ｂは、端子１１１ｂ、端子１１１ａの順で＋Ｘ方向に並んでいる。第１外側素子モジュールＱ１は、例えば、２つの端子１１１ａ，１１１ｂが並ぶ方向（Ｘ方向）に長手方向を有した直方体状に形成されている。また、端子１１１ａ，１１１ｂは、第１外側素子モジュールＱ１のＹ方向の中央部に対して、＋Ｙ方向側に偏って配置されている。

第１内側素子モジュールＱ２は、上述したように、第２スイッチング素子ＳＷ２と、第２還流ダイオードＤＦ２とを内蔵している。すなわち、第１内側素子モジュールＱ２は、第２スイッチング素子ＳＷ２と、第２還流ダイオードＤＦ２と、第２スイッチング素子ＳＷ２および第２還流ダイオードＤＦ２を収容したパッケージ（外郭部材）１１２とを有する。パッケージ１１２は、「第１パッケージ」の一例である。パッケージ１１２は、ねじのような固定部材Ｍが通される挿通穴を有する。パッケージ１１２は、挿通穴に通された固定部材Ｍによってヒートシンク１５０に固定されている。

パッケージ１１２の表面には、上述した２つの端子１１２ａ，１１２ｂが設けられている。２つの端子１１２ａ，１１２ｂは、端子１１２ｂ、端子１１２ａの順で＋Ｘ方向に並んでいる。第１内側素子モジュールＱ２は、例えば、２つの端子１１２ａ，１１２ｂが並ぶ方向（Ｘ方向）に長手方向を有した直方体状に形成されている。また、端子１１２ａ，１１２ｂは、第１内側素子モジュールＱ２のＹ方向の中央部に対して、＋Ｙ方向側に偏って配置されている。

第２内側素子モジュールＱ３は、上述したように、第３スイッチング素子ＳＷ３と、第３還流ダイオードＤＦ３とを内蔵している。すなわち、第２内側素子モジュールＱ３は、第３スイッチング素子ＳＷ３と、第３還流ダイオードＤＦ３と、第３スイッチング素子ＳＷ３および第３還流ダイオードＤＦ３を収容したパッケージ（外郭部材）１１３とを有する。パッケージ１１３は、ねじのような固定部材Ｍが通される挿通穴を有する。パッケージ１１３は、挿通穴に通された固定部材Ｍによってヒートシンク１５０に固定されている。

パッケージ１１３の表面には、上述した２つの端子１１３ａ，１１３ｂが設けられている。２つの端子１１３ａ，１１３ｂは、端子１１３ａ、端子１１３ｂの順で＋Ｘ方向に並んでいる。第２内側素子モジュールＱ３は、例えば、２つの端子１１３ａ，１１３ｂが並ぶ方向（Ｘ方向）に長手方向を有した直方体状に形成されている。また、端子１１３ａ，１１３ｂは、第２内側素子モジュールＱ３のＹ方向の中央部に対して、−Ｙ方向側に偏って配置されている。

第２外側素子モジュールＱ４は、上述したように、第４スイッチング素子ＳＷ４と、第４還流ダイオードＤＦ４とを内蔵している。すなわち、第２外側素子モジュールＱ４は、第４スイッチング素子ＳＷ４と、第４還流ダイオードＤＦ４と、第４スイッチング素子ＳＷ４および第４還流ダイオードＤＦ４を収容したパッケージ（外郭部材）１１４とを有する。パッケージ１１４は、ねじのような固定部材Ｍが通される挿通穴を有する。パッケージ１１４は、挿通穴に通された固定部材Ｍによってヒートシンク１５０に固定されている。

パッケージ１１４の表面には、上述した２つの端子１１４ａ，１１４ｂが設けられている。２つの端子１１４ａ，１１４ｂは、端子１１４ａ、端子１１４ｂの順で＋Ｘ方向に並んでいる。第２外側素子モジュールＱ４は、例えば、２つの端子１１４ａ，１１４ｂが並ぶ方向（Ｘ方向）に長手方向を有した直方体状に形成されている。また、端子１１４ａ，１１４ｂは、第２外側素子モジュールＱ４のＹ方向の中央部に対して、−Ｙ方向側に偏って配置されている。

クランプダイオードモジュールＤＣＭは、上述したように、第１および第２のクランプダイオードＤＣ１，ＤＣ２を内蔵している。すなわち、クランプダイオードモジュールＤＣＭは、第１および第２のクランプダイオードＤＣ１，ＤＣ２と、第１および第２のクランプダイオードＤＣ１，ＤＣ２を収容したパッケージ（外郭部材）１１５とを有する。クランプダイオードモジュールＤＣＭは、スイッチング素子を含まない。すなわち、パッケージ１１５の内部には、スイッチング素子が収容されていない。パッケージ１１５は、「第３パッケージ」の一例である。パッケージ１１５は、ねじのような固定部材Ｍが通される挿通穴を有する。パッケージ１１５は、挿通穴に通された固定部材Ｍによってヒートシンク１５０に固定されている。

パッケージ１１５の表面には、上述した３つの端子１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃが設けられている。３つの端子１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃは、端子１１５ａ、端子１１５ｃ、端子１１３ｂの順で＋Ｙ方向に並んでいる。クランプダイオードモジュールＤＣＭは、例えば、３つの端子１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃが並ぶ方向（Ｙ方向）に長手方向を有した直方体状に形成されている。端子１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃは、クランプダイオードモジュールＤＣＭのＸ方向の略中央部に配置されている。

分流ダイオードモジュールＤＢＭは、上述したように、第１および第２の分流ダイオードＤＢ１，ＤＢ２を内蔵している。すなわち、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の分流ダイオードＤＢ１，ＤＢ２と、第１および第２の分流ダイオードＤＢ１，ＤＢ２を収容したパッケージ（外郭部材）１１６とを有する。分流ダイオードモジュールＤＢＭは、スイッチング素子を含まない。すなわち、パッケージ１１６の内部には、スイッチング素子が収容されていない。パッケージ１１６は、「第２パッケージ」の一例である。パッケージ１１６は、ねじのような固定部材Ｍが通される挿通穴を有する。パッケージ１１６は、挿通穴に通された固定部材Ｍによってヒートシンク１５０に固定されている。

パッケージ１１６の表面には、上述した３つの端子１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃが設けられている。３つの端子１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃは、端子１１６ａ、端子１１６ｃ、端子１１６ｂの順で＋Ｙ方向に並んでいる。分流ダイオードモジュールＤＢＭは、例えば、３つの端子１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃが並ぶ方向（Ｙ方向）に長手方向を有した直方体状に形成されている。端子１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃは、分流ダイオードモジュールＤＢＭのＸ方向の略中央部に配置されている。

本実施形態では、第１分流ダイオードＤＢ１は、第２還流ダイオードＤＦ２に比べて、第２スイッチング素子ＳＷ２から遠くに配置されている。第２分流ダイオードＤＢ２は、第３還流ダイオードＤＦ３に比べて、第３スイッチング素子ＳＷ３から遠くに配置されている。

ヒートシンク１５０は、ベース１５１と、ベース１５１に設けられた複数のフィン１５２とを有する。ベース１５１は、板状に形成されている。ベース１５１は、第１面１５１ａと、第１面１５１ａとは反対側に位置した第２面１５１ｂとを有する。第１面１５１ａは、例えば平面状に形成されている。第１面１５１ａは、上述した６つのモジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭが取り付けられる載置面である。６つのモジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭは、ヒートシンク１５０の第１面１５１ａのなかで互いに異なる領域に取り付けられ、ヒートシンク１５０に対してそれぞれ別々に熱を伝えることができる。本実施形態では、６つのモジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭは、第１面１５１ａに密着している。なお、「密着する」とは、モジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭと第１面１５１ａとの間にシリコングリスのような熱伝導部材が介在する場合も含む。複数のフィン１５２は、ベース１５１の第２面１５１ｂに設けられている。複数のフィン１５２は、例えば、第２面１５１ｂの略全域に設けられている。

ヒートシンク１５０は、第１端部１５０ａと、第１端部１５０ａとは反対側に位置した第２端部１５０ｂとを有する。第１端部１５０ａは、例えば送風部１６０によってヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間に風の流れが与えられる場合に、ヒートシンク１５０の中央部よりも風上側に位置する端部である。一方で、第２端部１５０ｂは、送風部１６０によってヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間に風の流れが与えられる場合に、ヒートシンク１５０の中央部よりも風下側に位置する端部である。第１端部１５０ａに比べて、第２端部１５０ｂは、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の近くに位置する（図６参照）。例えば、第２端部１５０ｂは、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に面する。

送風部１６０は、ヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間に風の流れを与える。送風部１６０は、例えば、ファンまたはブロアである。送風部１６０は、例えば風の流れ方向においてヒートシンク１５０の上流側に位置し、ヒートシンク１５０に向けて風を送ることで、ヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間に風の流れを与える。なおこれに代えて、送風部１６０は、風の流れ方向においてヒートシンク１５０の下流側に位置し、ヒートシンク１５０と送風部１６０との間の空気を吸気することで、ヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間に風の流れを与えてもよい。また、ドライブ装置１が例えば鉄道車両のような走行体に搭載される場合、送風部１６０は、走行体の走行によってドライブ装置１の内部に自然吸気された空気の流れを、ヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間に向けて導く風ガイドでもよい。

次に、上述した６つのモジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭの配置レイアウトについて説明する。

図６に示すように、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３は、Ｘ方向に互いに略平行に配置されている。第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３は、第１内側素子モジュールＱ２のＹ方向の中央部に対して端子１１２ａ，１１２ｂが偏った側と、第２内側素子モジュールＱ２のＹ方向の中央部に対して端子１１３ａ，１１３ｂが偏った側とを互いに向かい合わせにして配置されている。第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３は、Ｙ方向において、互いの間に端子１１２ａと端子１１３ｂ間の電気絶縁用の隙間ｇ１を空けて配置されている。

クランプダイオードモジュールＤＣＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の＋Ｘ方向側（すなわち風下側）に配置されている。言い換えると、クランプダイオードモジュールＤＣＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３と、ヒートシンク１５０の第２端部１５０ｂとの間に配置されている。クランプダイオードモジュールＤＣＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３と比べて、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の近くに配置されている。

クランプダイオードモジュールＤＣＭは、Ｘ方向において、第１内側素子モジュールＱ２の一部および第２内側素子モジュールＱ３の一部と向かい合う。クランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａおよび第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ａ，１１２ｂは、端子１１２ｂ，端子１１２ａ，端子１１５ａの順で＋Ｘ方向に並んでいる。クランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ｂおよび第２内側素子モジュールＱ３の端子１１３ａ，１１３ｂは、端子１１３ａ，端子１１３ｂ，端子１１５ｂの順で＋Ｘ方向に並んでいる。クランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ｃは、Ｘ方向において、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の間の隙間ｇ１と並ぶ。

第１および第２の外側素子モジュールＱ１，Ｑ４は、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の＋Ｘ方向側（すなわち風下側）に配置されている。言い換えると、第１および第２の外側素子モジュールＱ１，Ｑ４は、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３と、ヒートシンク１５０の第２端部１５０ｂとの間に配置されている。第１および第２の外側素子モジュールＱ１，Ｑ４は、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３と比べて、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の近くに配置されている。

第１および第２の外側素子モジュールＱ１，Ｑ４は、Ｘ方向に互いに略平行に配置されている。第１および第２の外側素子モジュールＱ１，Ｑ４は、第１外側素子モジュールＱ１のＹ方向の中央部に対して端子１１１ａ，１１１ｂが偏った側と、第２外側素子モジュールＱ４のＹ方向の中央部に対して端子１１４ａ，１１４ｂが偏った側とを互いに向かい合わせにして配置されている。第１および第２の外側素子モジュールＱ１，Ｑ４の間の距離は、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の間の距離よりも大きい。

第１および第２の外側素子モジュールＱ１，Ｑ４は、Ｙ方向において、クランプダイオードモジュールＤＣＭの両側に分かれて配置されている。第１外側素子モジュールＱ１は、−Ｘ方向において第１内側素子モジュールＱ２と面する第１領域Ｒ１ａと、−Ｘ方向において第１内側素子モジュールＱ２と面しない第２領域Ｒ１ｂとを有する。これにより、第１外側素子モジュールＱ１の近傍においてヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間を流れる少なくとも一部の冷却風は、第１内側素子モジュールＱ２による熱の煽りを受けにくい。これにより、第１外側素子モジュールＱ１の放熱性を高めることができる。例えば、本実施形態では、第２領域Ｒ１ｂのＹ方向の幅は、第１領域Ｒ１ａのＹ方向の幅よりも大きい。この場合、第１外側素子モジュールＱ１の近傍においてヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間を流れるより多くの冷却風が第１内側素子モジュールＱ２による熱の煽りを受けにくい。これにより、第１外側素子モジュールＱ１の放熱性をより高めることができる。

同様に、第２外側素子モジュールＱ４は、−Ｘ方向において第２内側素子モジュールＱ３と面する第１領域Ｒ４ａと、−Ｘ方向において第２内側素子モジュールＱ３と面しない第２領域Ｒ４ｂとを有する。これにより、第２外側素子モジュールＱ４の近傍においてヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間を流れる少なくとも一部の冷却風は、第２内側素子モジュールＱ３による熱の煽りを受けにくい。これにより、第２外側素子モジュールＱ４の放熱性を高めることができる。例えば、本実施形態では、第２領域Ｒ４ｂのＹ方向の幅は、第１領域Ｒ４ａのＹ方向の幅よりも大きい。この場合、第２外側素子モジュールＱ４の近傍においてヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間を流れるより多くの冷却風が第２内側素子モジュールＱ３による熱の煽りを受けにくい。これにより、第２外側素子モジュールＱ４の放熱性をより高めることができる。

また、第１外側素子モジュールＱ１の端子１１１ｂの少なくとも一部は、クランプダイオードモジュールＤＣＭの一部よりも−Ｘ方向側に位置する。これにより、第１外側素子モジュールＱ１の端子１１１ｂと、第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ａとの間の距離が比較的短くなり、端子１１１ｂと端子１１２ａとの間のインダクタンスが低減されている。同様に、第２外側素子モジュールＱ４の端子１１４ａの少なくとも一部は、クランプダイオードモジュールＤＣＭの一部よりも−Ｘ方向側に位置する。これにより、第２外側素子モジュールＱ４の端子１１４ａと、第２内側素子モジュールＱ３の端子１１３ｂとの間の距離が比較的短くなり、端子１１４ａと端子１１３ｂとの間のインダクタンスが低減されている。

分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の−Ｘ方向側（すなわち風上側）に配置されている。言い換えると、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３と、ヒートシンク１５０の第１端部１５０ａとの間に配置されている。分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の各々の少なくとも一部に対して、クランプダイオードモジュールＤＣＭとは反対側に配置されている。分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の各々の少なくとも一部に対して、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２とは反対側に配置されている。

分流ダイオードモジュールＤＢＭは、Ｘ方向において、第１内側素子モジュールＱ２の一部および第２内側素子モジュールＱ３の一部と向かい合う。分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ａおよび第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ａ，１１２ｂは、端子１１６ａ、端子１１２ｂ、端子１１２ａの順で＋Ｘ方向に並んでいる。分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ｂおよび第２内側素子モジュールＱ３の端子１１３ａ、１１３ｂは、端子１１６ｂ、端子１１３ａ、端子１１３ｂの順で＋Ｘ方向に並んでいる。分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ｃは、Ｘ方向において、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の間の隙間ｇ１と並ぶ。

また、本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３から離れて配置されている。電気的な観点で見ると、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３から離れている必要はない。分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３と接していてもよい。ただし本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭと、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３との間には、隙間ｇ２が設けられている。このような隙間ｇ２が設けられると、分流ダイオードモジュールＤＢＭおよび内側素子モジュールＱ２，Ｑ３のうち少なくともいずれか１つに比較的大きな部品公差がある場合でも、分流ダイオードモジュールＤＢＭと内側素子モジュールＱ２，Ｑ３とが干渉することを抑制し、分流ダイオードモジュールＤＢＭおよび内側素子モジュールＱ２，Ｑ３を予め定められた位置に配置しやすくなる。また、隙間ｇ２が設けられると、分流ダイオードモジュールＤＢＭと内側素子モジュールＱ２，Ｑ３との間で熱が直接移動しにくく、分流ダイオードモジュールＤＢＭおよび内側素子モジュールＱ２，Ｑ３で生じる熱がヒートシンク１５０により伝わりやすくなる。このため、分流ダイオードモジュールＤＢＭおよび内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の放熱性がさらに高まる。

次に、交流ブスＢＡ、直流正極ブスＢＤＰ、直流負極ブスＢＤＮ、中性点ブスＢＣ、第１接続ブスＢＣ１、および第２接続ブスＢＣ２について説明する。

交流ブスＢＡは、交流端子Ｔと、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ｃと、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の端子１１２ｂ，１１３ａとを電気的に接続する。交流ブスＢＡは、交流端子Ｔまたは交流端子Ｔに電気的に接続された導体（中間接続導体）ＣＢに向けて第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３から−Ｘ方向側に延びている。−Ｘ方向側は、「第１側」の一例である。なお、「交流端子Ｔまたは交流端子Ｔに電気的に接続された導体ＣＢに向けて第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３から−Ｘ方向側に延びている」とは、交流ブスＢＡが第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３から第１側に延びた後に別の方向に向けて折れ曲がっている場合も含む。

本実施形態では、交流ブスＢＡは、第１端部ＢＡａと、第２端部ＢＡｂと、分流ダイオードモジュール接続部ＢＡｃとを有する。第１端部ＢＡａは、第２端部ＢＡｂおよび分流ダイオードモジュール接続部ＢＡｃの各々と比べてＹ方向の幅が大きい。例えば、第１端部ＢＡａは、分流ダイオードモジュール接続部ＢＡｃに比べて第１端部ＢＡａのＹ方向の幅が大きくなるような、Ｔ字状、Ｙ字状、台形状、またはその他の形状に形成されている。第１端部ＢＡａは、第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ｂと、第２内側素子モジュールＱ３の端子１１３ａとにＺ方向で向かい合い、端子１１２ｂ，１１３ａに接続されている。第１端部ＢＡａは、上述した接続部ＣＰ３（第２スイッチング素子ＳＷ２と第３スイッチング素子ＳＷ３とを電気的に接続した接続部）を形成している。第２端部ＢＡｂは、第１端部ＢＡａとは反対側に位置し、交流端子Ｔまたは導体ＣＢに接続される。分流ダイオードモジュール接続部ＢＡｃは、第１端部ＢＡａと第２端部ＢＡｂとの間に位置する。分流ダイオードモジュール接続部ＢＡｃは、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ｃとＺ方向で向かい合い、端子１１６ｃに接続されている。交流ブスＢＡは、「第１導体」の一例である。

以上を別の観点で見ると、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３と比べて、交流電力の入力側に位置する。そして、分流ダイオードモジュールＤＢＭと、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３との間には、交流ブスＢＡのうち分流ダイオードモジュール接続部ＢＡｃと第１端部ＢＡａとの間の長さに対応する配線長が存在する。言い換えると、交流端子Ｔと第１および第２の分流ダイオードＤＢ１，ＤＢ２との間の配線長は、交流端子Ｔと第２および第３の還流ダイオードＤＦ２，ＤＦ３との間の配線長よりも短い。これらの効果については後述する。

直流正極ブスＢＤＰは、第１外側素子モジュールＱ１の端子１１１ａとＺ方向で向かい合い、端子１１１ａに接続されている。直流正極ブスＢＤＰは、＋Ｘ方向側に向けて（すなわち第１コンデンサＣ１に向けて）、第１外側素子モジュールＱ１から延びている。直流正極ブスＢＤＰは、第１外側素子モジュールＱ１の端子１１１ａと第１コンデンサＣ１とを電気的に接続している。直流正極ブスＢＤＰは、「正極Ｐ」の一例である。

直流負極ブスＢＤＮは、第２外側素子モジュールＱ４の端子１１４ｂとＺ方向で向かい合い、端子１１４ｂに接続されている。直流負極ブスＢＤＮは、＋Ｘ方向側に向けて（すなわち第２コンデンサＣ２に向けて）、第２外側素子モジュールＱ４から延びている。直流負極ブスＢＤＮは、第２外側素子モジュールＱ４の端子１１４ｂと第２コンデンサＣ２とを電気的に接続している。直流負極ブスＢＤＮは、「負極Ｎ」の一例である。

中性点ブスＢＣは、クランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ｃとＺ方向で向かい合い、端子１１５ｃに接続されている。中性点ブスＢＣは、＋Ｘ方向側に向けて（すなわち第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に向けて）、クランプダイオードモジュールＤＣＭから延びている。中性点ブスＢＣは、クランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ｃと、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２との電気的な直列接続点とを電気的に接続している。中性点ブスＢＣは、「中性点Ｃ」の一例である。

第１接続ブスＢＣ１は、第１内側素子モジュールＱ２、クランプダイオードモジュールＤＣＭ、第１外側素子モジュールＱ１、および分流ダイオードモジュールＤＢＭのそれぞれ一部を覆う。第１接続ブスＢＣ１は、第１外側素子モジュールＱ１の端子１１１ｂ、第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ａ、クランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａ、および分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ａにＺ方向で向かい合い、端子１１１ｂ，１１２ａ，１１５ａ，１１６ａに接続されている。第１接続ブスＢＣ１は、平板状に形成されてもよいが、これに限らない。例えば、端子１１１ｂ，１１２ａ，１１５ａ，１１６ａのＺ方向の位置が互いに異なる場合は、第１接続ブスＢＣ１は、各端子１１１ｂ，１１２ａ，１１５ａ，１１６ａの高さに応じたＺ方向の折り曲げ構造を有してもよい。また、端子１１１ｂ，１１２ａ，１１５ａ，１１６ａのＺ方向の位置が互いに異なる場合、第１接続ブスＢＣ１と各端子１１１ｂ，１１２ａ，１１５ａ，１１６ａとの間の隙間にそれぞれ挿入され、第１接続ブスＢＣ１と各端子１１１ｂ，１１２ａ，１１５ａ，１１６とをそれぞれ電気的に接続する１つ以上の導体部品が設けられてもよい。

本実施形態では、第１接続ブスＢＣ１は、交流ブスＢＡの第１端部ＢＡａを避けるための切欠きＢＣ１ａを有する。なお、第１接続ブスＢＣ１は、切欠きＢＣ１ａに代えて、交流ブスＢＡの第１端部ＢＡａとの干渉を避けるためのＺ方向の折り曲げ構造（交流ブスＢＡの第１端部ＢＡａに対する立体交差構造）を有してもよい。第１接続ブスＢＣ１は、第１外側素子モジュールＱ１から見て、交流ブスＢＡの第１端部ＢＡａ（すなわち、交流ブスＢＡと第１内側素子モジュールＱ２との接続部）を超えて−Ｘ方向側に延びている。このような構成によれば、例え亜ｂヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間だけでなく第１接続ブスＢＣ１の周囲にも送風部１６０による冷却風が供給される場合に、第１接続ブスＢＣ１の一部は、第１内側素子モジュールＱ２よりも風上側に位置し、第１内側素子モジュールＱ２の熱の煽りを受けずに、上記冷却風によって冷却されることができる。第１接続ブスＢＣ１は、「第２導体」の一例である。

また本実施形態では、第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ａとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａとの間の最短距離Ｌ１は、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ａとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａとの間の最短距離Ｌ２よりも短い。

第２接続ブスＢＣ２は、第２内側素子モジュールＱ３、クランプダイオードモジュールＤＣＭ、第２外側素子モジュールＱ４、および分流ダイオードモジュールＤＢＭのそれぞれ一部を覆う。第２接続ブスＢＣ２は、第２内側素子モジュールＱ３の端子１１３ｂ、第２外側素子モジュールＱ４の端子１１４ａ、クランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ｂ、および分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ｂにＺ方向で向かい合い、端子１１３ｂ，１１４ａ，１１５ｂ，１１６ｂに接続されている。第２接続ブスＢＣ２は、平板状に形成されてもよいが、これに限らない。例えば、端子１１３ｂ，１１４ａ，１１５ｂ，１１６ｂのＺ方向の位置が互いに異なる場合は、第２接続ブスＢＣ２は、各端子１１３ｂ，１１４ａ，１１５ｂ，１１６ｂの高さに応じたＺ方向の折り曲げ構造を有してもよい。また、端子１１３ｂ，１１４ａ，１１５ｂ，１１６ｂのＺ方向の位置が互いに異なる場合、第２接続ブスＢＣ２と各端子１１３ｂ，１１４ａ，１１５ｂ，１１６ｂとの間の隙間にそれぞれ挿入され、第２接続ブスＢＣ２と各端子１１３ｂ，１１４ａ，１１５ｂ，１１６ｂとを電気的に接続する１つ以上の導体部品が設けられてもよい。

本実施形態では、第２接続ブスＢＣ２は、交流ブスＢＡの第１端部ＢＡａを避けるための切欠きＢＣ２ａを有する。なお、第２接続ブスＢＣ２は、切欠きＢＣ２ａに代えて、交流ブスＢＡの第１端部ＢＡａとの干渉を避けるためのＺ方向の折り曲げ構造（交流ブスＢＡの第１端部ＢＡａに対する立体交差構造）を有してもよい。第２接続ブスＢＣ２は、第２外側素子モジュールＱ４から見て、交流ブスＢＡの第１端部ＢＡａ（すなわち、交流ブスＢＡと第２内側素子モジュールＱ３との接続部）を超えて−Ｘ方向側に延びている。このような構成によれば、例えばヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間だけでなく第２接続ブスＢＣ２の周囲にも送風部１６０による冷却風が供給される場合に、第２接続ブスＢＣ２の一部は、第２内側素子モジュールＱ３よりも風上側に位置し、第２内側素子モジュールＱ３の熱の煽りを受けずに、上記冷却風によって冷却されることができる。

図７は、上述した６つのモジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭを代表して、第１外側素子モジュールＱ１の内部構成の一例を示す断面図である。なお、図７は、図６中に示されたＦ７−Ｆ７線に沿う断面図である。ただし、図７では、ボンディングワイヤなど一部の配線部品の図示は省略されている。

図７に示すように、第１外側素子モジュールＱ１は、第１スイッチング素子ＳＷ１、第１還流ダイオードＤＦ１、パッケージ１１１、第１セラミック基板２０１、第２セラミック基板２０２、および封止樹脂部２０３を有する。パッケージ１１１は、ベース板２１１と、カバー２１２とを有する。ベース板２１１は、例えば平板状であるが、これに限定されない。カバー２１２は、パッケージ１１１の内部に第１スイッチング素子ＳＷ１および第１還流ダイオードＤＦ１を収容する収容部Ｓを形成するように凹部状に形成されている。このようなベース板２１１とカバー２１２とが組み合わされることで、内部に収容部Ｓを有した箱型のパッケージ１１１が形成されている。ベース板２１１は、金属製であり、上述した固定部材Ｍによりヒートシンク１５０に固定され、ヒートシンク１５０と熱的に接続される。これにより、第１外側素子モジュールＱ１とヒートシンク１５０とが熱的に良好に接続される。一方で、カバー２１２は、例えば、合成樹脂製である。

第１および第２のセラミック基板２０１，２０２は、パッケージ１１１の収容部Ｓに収容されている。第１および第２のセラミック基板２０１，２０２の各々は、セラミック製の本体部２０４ａと、本体部２０４ａの表裏にそれぞれ設けられた銅層２０４ｂ，２０４ｃとを有する。第１および第２のセラミック基板２０１，２０２は、パッケージ１１１の内部において、はんだ部２０５を介してベース板２１１に取り付けられている。

第１スイッチング素子ＳＷ１は、第１セラミック基板２０１に対して、ベース板２１１とは反対側から取り付けられている。第１スイッチング素子ＳＷ１と第１セラミック基板２０１との間には、はんだ部２０６が設けられている。第１スイッチング素子ＳＷ１は、ボンディングワイヤ（不図示）、第１セラミック基板２０１の銅層２０４ｂ、およびパッケージ１１１の内部の電気接続部（不図示）を介して、端子１１１ａ，１１１ｂに電気的に接続されている。同様に、第１還流ダイオードＤＦ１は、第２セラミック基板２０２に対して、ベース板２１１とは反対側から取り付けられている。第１還流ダイオードＤＦ１と第２セラミック基板２０２との間には、はんだ部２０６が設けられている。第１還流ダイオードＤＦ１は、ボンディングワイヤ（不図示）、第２セラミック基板２０２の銅層２０４ｂ、およびパッケージ１１１の内部の電気接続部（不図示）を介して、端子１１１ａ，１１１ｂに電気的に接続されている。封止樹脂部２０３は、パッケージ１１１の内部において、第１スイッチング素子ＳＷ１、第１還流ダイオードＤＦ１、第１セラミック基板２０１、および第２セラミック基板２０２を封止している。

以上、第１外側素子モジュールＱ１の内部構成について説明したが、他のモジュールＱ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭの内部構成も図７に示す構成と略同じである。すなわち、パッケージ１１２，１１３，１１４，１１５，１１６の各々は、例えば、金属製のベース２１１と、合成樹脂製のカバー２１２とによって構成されている。なお、モジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭの内部構成や、パッケージ１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６の構成は、上記例に限定されない。

図８は、上述した物理的構成における「遮断経路」および「還流経路」の一例を示す図である。図８は、第１クランプダイオードＤＣ１と第２スイッチング素子ＳＷ２との通電時に第２スイッチング素子ＳＷ２がターンオフする前後の遮断経路Ｒ１および還流経路Ｒ２を示す。なお図７では、説明の便宜上、直流正極ブスＢＤＰ、直流負極ブスＢＤＮ、および中性点ブスＢＣの図示を省略している。

ここでは、まず、本実施形態の還流経路Ｒ２について説明し、次に、遮断経路Ｒ１について説明する。

図８に示すように、第２スイッチング素子ＳＷ２のターンオフに関する還流経路Ｒ２は、仮想点Ａで分流する第１経路Ｒ２ａと第２経路Ｒ２ｂとを有する。第１経路Ｒ２ａは、第２外側素子モジュールＱ４の端子１１４ｂから、第２外側素子モジュールＱ４の内部、第２外側素子モジュールＱ４の端子１１４ａ、第２接続ブスＢＣ２、第２内側素子モジュールＱ３の端子１１３ｂ、第２内側素子モジュールＱ３の内部、第２内側素子モジュールＱ３の端子１１３ａを順に通り、交流ブスＢＡに至る。第２経路Ｒ２ｂは、第２外側素子モジュールＱ４の端子１１４ｂから、第２外側素子モジュールＱ４の内部、第２外側素子モジュールＱ４の端子１１４ａ、第２接続ブスＢＣ２、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ｂ、分流ダイオードモジュールＤＢＭの内部、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ｃを順に通り、交流ブスＢＡに至る。このような構成によれば、複数の還流経路Ｒ２ａ，Ｒ２ｂが電気的に並列に形成されることで、還流経路Ｒ２のインダクタンスは、分流ダイオードモジュールＤＢＭが存在しない場合に比べて、低減されている。

図８に示すように、第２スイッチング素子ＳＷ２のターンオフに関する遮断経路Ｒ１は、クランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ｃから、クランプダイオードモジュールＤＣＭの内部、クランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａ、第１接続ブスＢＣ１、第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ａ、第１内側素子モジュールＱ２の内部、第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ｂを順に通り、交流ブスＢＡに至る。

ここで、本実施形態では、クランプダイオードモジュールＤＣＭと第１内側素子モジュールＱ２とが隣同士に配置され、第２スイッチング素子ＳＷ２に関する遮断経路の長さが比較的短い。これにより、本実施形態の構成によれば、例えば分流ダイオードモジュールＤＢＭが第１内側素子モジュールＱ２とクランプダイオードモジュールＤＣＭとの間に配置された場合（第２実施形態として後述、図１２および図１３参照）に比べて、遮断経路Ｒ１のインダクタンスが低減されている。なお、「第２スイッチング素子ＳＷ２に関する遮断経路の長さ」とは、例えば、第２スイッチング素子ＳＷ２と中性点Ｃ（例えば、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２との電気接続点）との間の距離であり、第２スイッチング素子ＳＷ２がターンオフした場合に、電流の減少率に応じた電圧が誘起される経路の長さを意味する。

例えば、本実施形態では、第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ａとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａとの間の最短距離Ｌ１は、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ａとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａとの間の最短距離Ｌ２よりも短い（図６参照）。言い換えると、第２スイッチング素子ＳＷ２と第１クランプダイオードＤＣ１との間のインダクタンスは、第１分流ダイオードＤＢ１と第１クランプダイオードＤＣ１との間のインダクタンスよりも小さい。本実施形態では、上述した関係を満たすように各モジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭが配置されることで、例えば分流ダイオードモジュールＤＢＭが第１内側素子モジュールＱ２とクランプダイオードモジュールＤＣＭとの間に配置された場合（第２実施形態として後述、図１２および図１３参照）に比べて、第１クランプダイオードＤＣ１と第２スイッチング素子ＳＷ２との間のインダクタンスが低減されている。第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ａは、「第１端子」の一例である。分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ａは、「第２端子」の一例である。クランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａは、「第３端子」の一例である。

なお、上述した構成は、第２スイッチング素子ＳＷ２に関する遮断経路Ｒ１および還流経路Ｒ２に限らす、第３スイッチング素子ＳＷ３に関する遮断経路および還流経路についても同様である。例えば、本実施形態では、第２内側素子モジュールＱ３の端子１１３ｂとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ｂとの間の最短距離Ｌ３は、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ｂとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ｂとの間の最短距離Ｌ４よりも短い（図６参照）。言い換えると、第３スイッチング素子ＳＷ３と第２クランプダイオードＤＣ２との間のインダクタンスは、第２分流ダイオードＤＢ２と第２クランプダイオードＤＣ２との間のインダクタンスよりも小さい。本実施形態では、上述した関係を満たすように各モジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭが配置されることで、例えば分流ダイオードモジュールＤＢＭが第２内側素子モジュールＱ３とクランプダイオードモジュールＤＣＭとの間に配置された場合（第２実施形態として後述、図１２および図１３参照）に比べて、第２クランプダイオードＤＣ２と第３スイッチング素子ＳＷ３との間のインダクタンスが低減されている。

次に、分流ダイオードモジュールＤＢＭの作用について説明する。まず前提として、図３および図４を用いて上述したように、３レベルのコンバータ１００では、第１外側素子モジュールＱ１に電流が流れる場合は、第１内側素子モジュールＱ２にも必ず電流が流れる。一方で、第１内側素子モジュールＱ２に電流が流れる場合には、第１外側素子モジュールＱ１に電流が流れる場合と、第１外側素子モジュールＱ１に電流が流れない場合とがある。このため、第１分流ダイオードＤＢ１が設けられていない場合では、第１内側素子モジュールＱ２で発生する損失が第１外側素子モジュールＱ１で発生する損失よりも大きく、その結果、第１内側素子モジュールＱ２は第１外側素子モジュールＱ１よりも大きく発熱する。特にＰＷＭ制御の周期に対して第１内側素子モジュールＱ２が通電する期間が長い場合に、第１外側素子モジュールＱ１に比べて第１内側素子モジュールＱ２の発熱量が大きくなる。

一方で、本実施形態にように分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられると、第１内側素子モジュールＱ２に向けて流れる電流は、第１内側素子モジュールＱ２と分流ダイオードモジュールＤＢＭとに分かれて流れる。これにより、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられていない場合に第１内側素子モジュールＱ２で生じていた損失（発熱）の一部を、第１内側素子モジュールＱ２および分流ダイオードモジュールＤＢＭに分散させることができる。その結果、特定のモジュールの温度上昇が他のモジュールの温度上昇に比べて過度に大きくなることを抑制し、コンバータ１００全体として所定の温度範囲内で運転を行うことができる。これは、第２内側素子モジュールＱ３に対する分流ダイオードＤＢ２の作用についても同様である。

図９および図１０は、本実施形態の構成と、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられていないこと以外は本実施形態の構成と同じ構成とについてのコンバータ運転状態において、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられていない場合（図９）と、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられた場合（図１０）との各モジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭの発熱量のシミュレーション結果の一例を示す。図９および図１０では、第１および第２の外側素子モジュールＱ１，Ｑ４の発熱量を１００％として他のモジュールＱ２，Ｑ３，ＤＣＭ，ＤＢＭの発熱量を換算した値を示す。図９および図１０に示すように、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられた場合、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられていない場合に比べて、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３で発生する熱が約３０％減少することが分かる。この減少により、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の温度上昇が低減され、その分だけ素子の許容限界ジャンクション温度に対する裕度が生じる。

図１１は、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられていない場合と、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられた場合とでコンバータ１００に生じるサージ電圧の実験結果を示す図である。なお、図１１は、本実施形態の構成と、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられていないこと以外は本実施形態の構成と同じ構成とについて、同じ値の電流が遮断されたとき（第２スイッチング素子ＳＷ２または第３スイッチング素子ＳＷ３がターンオフしたとき）のサージ電圧をプロットしたものである。なお、図１１におけるサージ電圧は、遮断時の電圧のはね上がり成分のみを示す。すなわち、第２スイッチング素子ＳＷ２（または第３スイッチング素子ＳＷ３）に作用するサージ電圧は、上記プロットした値と、直流成分による電圧とを合わせた値である。

上述したように、本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられ、複数の還流経路Ｒ２ａ，Ｒ２ｂが形成されることで、還流経路のインダクタンスが低減されている。本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられることで、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられていない場合と比べて、還流経路のインダクタンスが約１０％低減されている。その結果、図１１に示すように、サージ電圧が低減することが確認できる。また本実験のなかで、本実施形態のように分流ダイオードモジュールＤＢＭを設けた場合、例えば図４中（ｂ）の動作モードにおいて、第２還流ダイオードＤＦ２と第１分流ダイオードＤＢ１とに、約５：４の割合で電流が分かれて流れることが本発明者らにより確認されている。この傾向は、例えば図３中（ｂ）の動作モードにおいて、第３還流ダイオードＤＦ３と第２分流ダイオードＤＢ２とに流れる電流の分流比においても同じである。

以上のような構成によれば、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の温度上昇の抑制を図ることができる。すなわち、本実施形態では、コンバータ１００は、第２還流ダイオードＤＦ２と電気的に並列に接続された第１分流ダイオードＤＢ１を備える。第２還流ダイオードＤＦ２は、第１内側素子モジュールＱ２に内蔵されている。一方で、第１分流ダイオードＤＢ１は、第１内側素子モジュールＱ２とは異なるとともにスイッチング素子を含まない分流ダイオードモジュールＤＢＭに内蔵されている。このような構成によれば、分流ダイオードモジュールＤＢＭが設けられていない場合に第１内側素子モジュールＱ２で生じていた損失（発熱）を、複数のモジュール（第１内側素子モジュールＱ２および分流ダイオードモジュールＤＢＭ）に分散させることができる。これにより、第１内側素子モジュールＱ２の温度上昇が第１外側素子モジュールＱ１の温度上昇に比べて過度に大きくなることを抑制することができる。また、このような構成によれば、冷却に裕度が生じるので、コンバータ１００の大容量化を図ることもできる。

本実施形態では、電力変換装置がコンバータ１００として用いられる場合、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を通るエネルギーに比べて、還流ダイオードＤＦ１，ＤＦ２，ＤＦ３，ＤＦ４を通るエネルギーが大きい。このため、本実施形態では、スイッチング素子とダイオードとがセットになったモジュールを追加するのではなく、スイッチング素子を含まないモジュールを追加することで、複数のモジュールで発熱を分散させている。このような構成によれば、スイッチング素子とダイオードとがセットになったモジュールを追加する場合に比べて、低コスト化および機器の小型化を図ることができる。

ここで、一般的にダイオードの順方向電圧降下に関する特性は、周囲温度の影響を受けて変化する場合がある。このため、例えば、第２還流ダイオードＤＦ２の温度と第１分流ダイオードＤＢ１の温度とが大きく異なると、第２還流ダイオードＤＦ２と第１分流ダイオードＤＢ１とで、順方向電圧降下に関する特性に差異が生じ、第２還流ダイオードＤＦ２と第１分流ダイオードＤＢ１とに分かれる電流の割合が影響を受ける可能性がある。しかしながら、本実施形態では、第１内側素子モジュールＱ２および分流ダイオードモジュールＤＢＭは、１つのヒートシンク１５０に共に取り付けられている。言い換えると、第１内側素子モジュールＱ２と分流ダイオードモジュールＤＢＭとは、ヒートシンク１５０を介して互いに熱が伝わる。これにより、第２還流ダイオードＤＦ２の温度と第１分流ダイオードＤＢ１の温度とが大きく異なることが抑制され、第２還流ダイオードＤＦ２と第１分流ダイオードＤＢ１との順方向電圧降下に関する特性が揃いやすくなる。これにより、第２還流ダイオードＤＦ２と第１分流ダイオードＤＢ１とに電流が略均等に分かれやすくなり、第２還流ダイオードＤＦ２および第１分流ダイオードＤＢ１の両方の温度上昇を抑制しやすくなる。

本実施形態では、コンバータ１００は、第３還流ダイオードＤＦ３と電気的に並列に接続された第２分流ダイオードＤＢ２を備える。第２分流ダイオードＤＢ２は、第１分流ダイオードＤＢ１と共に分流ダイオードモジュールＤＢＭに内蔵されている。このような構成によれば、例えば、第１分流ダイオードＤＢ１から放出された熱は、第１および第２の分流ダイオードＤＢ１，ＤＢ２を収容した比較的大きなモジュール（ヒートシンク１５０に対する熱接続面積が比較的大きなモジュール）を利用して放出される。これにより、第１分流ダイオードＤＢ１の温度上昇をさらに抑制することができる。これは、第２分流ダイオードＤＢ２についても同様である。

本実施形態では、コンバータ１００は、交流端子Ｔまたは交流端子Ｔに電気的に接続された導体ＣＢに向けて第１内側素子モジュールＱ２から−Ｘ方向側に延びた交流バスＢＡを備えている。分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１内側素子モジュールＱ２に対して−Ｘ方向側（すなわち交流電力の入力側）に配置されている。このような構成によれば、第１内側素子モジュールＱ２とクランプダイオードモジュールＤＣＭとを互いに近くに配置しやすくなる。言い換えると、第１内側素子モジュールＱ２と第１コンデンサＣ１とを互いに近くに配置しやすくなる。このため、例えば第２スイッチング素子ＳＷ２に関する遮断経路の長さが長くなりにくく、遮断経路のインダクタンスを比較的小さく抑えることができる。これにより、サージ電圧を小さくすることができる。また、このような構成によれば、分流ダイオードモジュールＤＢＭを、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に対して邪魔になりにくい位置に配置することができる。これにより、機器の小型化を図ることもできる。

本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１内側素子モジュールＱ２の少なくとも一部に対して、クランプダイオードモジュールＤＣＭとは反対側に配置されている。このような構成によれば、上述した遮断経路の長さが長くなりにくく、遮断経路のインダクタンスを比較的小さく抑えることができる。これにより、サージ電圧を小さくすることができる。

本実施形態では、第１内側素子モジュールＱ２は、第１接続ブスＢＣ１に接続された端子１１２ａを有する。分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１接続ブスＢＣ１に接続された端子１１６ａを有する。クランプダイオードモジュールＤＣＭは、第１接続ブスＢＣ１に接続された端子１１５ａを有する。そして、第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ａとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａとの間の最短距離Ｌ１は、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ａとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａとの最短距離Ｌ２よりも短い。このような構成によれば、例えば分流ダイオードモジュールＤＢＭが第２内側素子モジュールＱ２とクランプダイオードモジュールＤＣＭとの間に配置された場合（第２実施形態として後述、図１２および図１３参照）に比べて、上述した遮断経路の長さが長くなりにくく、遮断経路のインダクタンスを比較的小さく抑えることができる。これにより、サージ電圧を小さくすることができる。

本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、全てのモジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭ，ＤＢＭのなかで、最も風上側に配置されている。このような構成によれば、ヒートシンク１５０において分流ダイオードモジュールＤＢＭの近傍に比較的冷たい風（他のモジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭにより暖められていない風）を供給することができる。これにより、分流ダイオードモジュールＤＢＭの放熱性をさらに高めることができる。

本実施形態では、第２還流ダイオードＤＦ２および第１分流ダイオードＤＢ１は、順方向電圧降下に関する特性が互いに略同じである。このような構成によれば、第２還流ダイオードＤＦ２と第１分流ダイオードＤＢ１とに略均等に電流を分けて流すことができる。これにより、第２還流ダイオードＤＦ２および第１分流ダイオードＤＢ１での熱の分散をより効果的に図ることができる。これは、第３還流ダイオードＤＦ３と第２分流ダイオードＤＢ２との順方向電圧降下に関する特性が互いに略同じ場合も同様である。

本実施形態では、交流端子Ｔと第１分流ダイオードＤＢ１との間の配線長は、交流端子Ｔと第２還流ダイオードＤＦ２との間の配線長よりも短い。このため、本実施形態では、第１分流ダイオードＤＢ１と第２還流ダイオードＤＦ２とに関する他の条件が同じ場合、第１分流ダイオードＤＢ１に流れる電流は、第２還流ダイオードＤＦ２に流れる電流よりも多くなり得る。ここで、第１分流ダイオードＤＢ１を内蔵した分流ダイオードモジュールＤＢＭは、スイッチング素子を有しないため、第２還流ダイオードＤＦ２および第２スイッチング素子ＳＷ２を内蔵した第１内側素子モジュールＱ２と比べて熱くなりにくい。また別の観点で見ると、第１分流ダイオードＤＢ１は、第２還流ダイオードＤＦ２に比べて、第２スイッチング素子ＳＷ２から遠くに離れている。この観点で見ても、第１分流ダイオードＤＢ１は、第２スイッチング素子ＳＷ２からの熱の影響を受けにくく、第２還流ダイオードＤＦ２に比べて熱くなりにくい。このため、第１分流ダイオードＤＢ１に流れる電流が第２還流ダイオードＤＦ２に流れる電流と略同じかそれよりも多いと、熱の分散による温度上昇の抑制をさらに効果的に図ることができる。また、本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１内側素子モジュールＱ２の風上側に配置されており、ヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間を流れる冷却風によって第１内側素子モジュールＱ２よりも冷却されやすい。このため、第１分流ダイオードＤＢ１に流れる電流が第２還流ダイオードＤＦ２に流れる電流と略同じかそれよりも多いと、熱の分散による温度上昇の抑制をさらに効果的に図ることができる。これは、交流端子Ｔと第２分流ダイオードＤＢ２との間の配線長が交流端子Ｔと第３還流ダイオードＤＦ３との間の配線長よりも短い場合も同様である。

（第２の実施形態）
次に、図１２から図１４を参照して、第２の実施形態のコンバータ１００およびドライブ装置１について説明する。第２の実施形態は、分流ダイオードモジュールＤＢＭが第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３とクランプダイオードモジュールＤＣＭとの間に配置された点で、第１の実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。

図１２は、本実施形態のコンバータ１００の第１レグ１１０に対応する物理的構成を示す斜視図である。図１３は、上記物理的構成を示す平面図である。図１２および図１３に示すように、本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭが第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３とクランプダイオードモジュールＤＣＭとの間に配置されている。このため本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ａおよび第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ａ，１１２ｂは、端子１１２ｂ、端子１１２ａ、端子１１６ａの順で＋Ｘ方向に並んでいる。同様に、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ｂおよび第２内側素子モジュールＱ３の端子１１３ａ、１１３ｂは、端子１１３ａ、端子１１３ｂ、端子１１６ｂの順で＋Ｘ方向に並んでいる。

図１３に示すように、第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ａとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａとの間の最短距離Ｌ１Ａは、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ａとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ａとの間の最短距離Ｌ２Ａよりも長い。同様に、第２内側素子モジュールＱ３の端子１１３ｂとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ｂとの間の最短距離Ｌ３Ａは、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ｂとクランプダイオードモジュールＤＣＭの端子１１５ｂとの間の最短距離Ｌ４Ａよりも長い。

図１４は、本実施形態のコンバータ１００の遮断経路Ｒ１および還流経路Ｒ２の一例を示す図である。図１４は、第１クランプダイオードＤＣ１と第２スイッチング素子ＳＷ２との通電時に第２スイッチング素子ＳＷ２がターンオフする前後の遮断経路Ｒ１および還流経路Ｒ２を示す。本実施形態の構成では、第１の実施形態の構成に比べて、遮断経路Ｒ１の長さ（例えば、第２スイッチング素子ＳＷ２と中性点Ｃとの間の長さ）が長い。

このような構成によれば、第１の実施形態と同様に、複数のモジュール（分流ダイオードモジュールＤＢＭおよび第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３）に発熱を分散させることができる。これにより、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の温度上昇を抑制することができる。また本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、分流による複数の還流経路が形成されることで、還流経路のインダクタンスは、分流ダイオードモジュールＤＢＭが存在しない場合に比べて、低減されている。これにより、サージ電圧を低減することができる。

ただ、本実施形態の構成によれば、第１の実施形態との比較では遮断経路Ｒ１の長さが長くなるため、第１の実施形態に比べてサージ電圧が増加してしまう。言い換えると、第１の実施形態の構成によれば、本実施形態の構成に比べて、遮断経路Ｒ１の長さを短く抑えることができ、サージ電圧の低減を図ることができる。このため、第１の実施形態のコンバータ１００によれば、損失の低減をより効果的に図ることができる。

（第３の実施形態）
次に、図１５および図１６を参照して、第３の実施形態のコンバータ１００およびドライブ装置１について説明する。第３の実施形態は、分流ダイオードモジュールＤＢＭが第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３に対して＋Ｙ方向にずれた位置に配置された点で、第１の実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。

図１５は、本実施形態のコンバータ１００の第１レグ１１０に対応する物理的構成を示す斜視図である。図１６は、上記物理的構成を示す平面図である。図１５および図１６に示すように、本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、２つの内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の−Ｘ方向側（すなわち風上側）に配置されていない。本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３に対して＋Ｙ方向側に配置されている。すなわち、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第２内側素子モジュールＱ３に対して、第１内側素子モジュールＱ２とは反対側に配置されている。分流ダイオードモジュールＤＢＭは、３つの端子１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃが並ぶ方向（Ｘ方向）に長手方向を有した直方体状に形成されている。これら３つの端子１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃは、端子１１６ａ、端子１１６ｃ、端子１１６ｂの順で＋Ｘ方向に並んでいる。

本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭの端子１１６ｃ、第１内側素子モジュールＱ２の端子１１２ｂ、および第３内側素子モジュールＱ３の端子１１３ａは、端子１１２ｂ、端子１１３ａ、端子１１６ｃの順で＋Ｙ方向に並んでいる。これに伴い、本実施形態では、交流ブスＢＡは、Ｙ方向に沿って延びている。第１接続ブスＢＣ１は、Ｌ字形に形成されている。第２接続ブスＢＣ２は、比較的広い矩形状に形成されている。また本実施形態では、第１および第２の外側素子モジュールＱ１，Ｑ４は、クランプダイオードモジュールＤＣＭの＋Ｘ方向側（すなわち風下側）に配置されている。

このような構成によれば、第１の実施形態と同様に、複数のモジュール（分流ダイオードモジュールＤＢＭおよび第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３）に発熱を分散させることができる。これにより、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の温度上昇を抑制することができる。また本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、分流による複数の還流経路が形成されることで、還流経路のインダクタンスは、分流ダイオードモジュールＤＢＭが存在しない場合に比べて、低減されている。これにより、サージ電圧を低減することができる。また本実施形態では、分流ダイオードモジュールＤＢＭは、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３、クランプダイオードモジュールＤＣＭなどの風上側には配置されていない。このため、分流ダイオードモジュールＤＢＭによる熱の煽り（ヒートシンク１５０の複数のフィン１５２の間の隙間を通過する冷却風のなかで分流ダイオードモジュールＤＢＭにより暖められた冷却風の影響など）が他のモジュールＱ２，Ｑ３に及びにくい。これにより、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の温度上昇をより効果的に抑制することができる。

（第４の実施形態）
次に、図１７を参照して、第４の実施形態のコンバータ１００Ｂおよびドライブ装置１Ｂについて説明する。第４の実施形態は、３相タイプのコンバータ１００Ｂが設けられた点で、第１の実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。

図１７は、第４の実施形態のドライブ装置１Ｂの一例を示す図である。図１７に示すように、ドライブ装置１Ｂは、例えば、３相の３レベルコンバータ１００Ｂと、３相の３レベルインバータ２００Ｂと、制御装置２０Ｂとを備えている。

３レベルコンバータ１００Ｂ（以下、単に「コンバータ１００Ｂ」と称する）は、ＮＰＣ型の３レベルコンバータであり、「電力変換装置」の一例である。コンバータ１００Ｂは、３相交流電源５に電気的に接続され、３相交流電源５から供給される交流電力を直流電力に変換する。コンバータ１００Ｂは、例えば、ＰＷＭによりスイッチング素子が制御されるコンバータである。コンバータ１００Ｂは、例えば、３つのレグ（第１レグ１１０、第２レグ１２０、第３レグ１３０）と、少なくとも１つ（例えば複数）の第１コンデンサＣ１と、少なくとも１つ（例えば複数）の第２コンデンサＣ２とを有する。なお、第１から第３のレグ１１０，１２０，１３０は、第１の実施形態で説明した第１レグ１１０と構成および機能が略同じである。

３レベルインバータ２００Ｂ（以下、単に「インバータ２００Ｂ」と称する）は、例えば、３相電動機６Ｂに電気的に接続されている。３相電動機６Ｂは、「負荷」の一例である。インバータ２００Ｂは、コンバータ１００Ｂにより変換されて出力された直流電力を、３相電動機６Ｂのトルクおよび速度を制御するための任意の周波数・電圧の交流電力に変換する。インバータ２００Ｂは、変換した交流電力を３相電動機６Ｂに供給する。これにより、３相電動機６Ｂが駆動される。

制御装置２０Ｂは、コンバータ１００Ｂおよびインバータ２００Ｂを制御する。例えば、制御装置２０Ｂは、不図示の電圧検出器により検出された３相交流電源５の相電圧を示す情報に基づき、コンバータ１００Ｂに含まれるスイッチング素子に制御信号を送ることで、コンバータ１００Ｂを制御する。

このような構成によっても、第１の実施形態と同様に、複数のモジュール（分流ダイオードモジュールＤＢＭおよび第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３）に発熱を分散させることができる。これにより、第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の温度上昇を抑制することができる。また本実施形態の構成においても、第１の実施形態と同様に、サージ電圧の低減を図ることができる。なお、本実施形態の第１から第３レグ１１０，１２０，１３０の構成としては、第１の実施形態で説明した構成に代えて、第２および第３の実施形態で説明した構成が採用されてもよい。

（第５の実施形態）
次に、図１８を参照して、第５の実施形態のコンバータ１００およびドライブ装置１について説明する。第５の実施形態は、分流ダイオードＤＢ１，ＤＢ２が内側素子モジュールＱ２，Ｑ３に内蔵された点で、第１の実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。

図１８は、コンバータ１００の第１レグ１１０を示す図である。図１８に示すように、本実施形態では、１つの第１スイッチング素子ＳＷ１によって、第１スイッチング部ＳＷＳ１が構成されている。同様に、１つの第２スイッチング素子ＳＷ２によって、第２スイッチング部ＳＷＳ２が構成されている。１つの第３スイッチング素子ＳＷ３によって、第３スイッチング部ＳＷＳ３が構成されている。１つの第４スイッチング素子ＳＷ４によって、第４スイッチング部ＳＷＳ４が構成されている。

また、１つの第１還流ダイオードＤＦ１によって、第１ダイオード部ＤＦＳ１が構成されている。１つの第４還流ダイオードＤＦ４によって、第４ダイオード部ＤＦＳ４が構成されている。１つの第１クランプダイオードＤＣ１によって、第５ダイオード部ＤＣＳ１が構成されている。１つの第２クランプダイオードＤＣ２によって、第６ダイオード部ＤＣＳ２が構成されている。

そして本実施形態では、第２還流ダイオードＤＦ２と第１分流ダイオードＤＢ１とによって第２ダイオード部ＤＦＳ２が構成されている。第２ダイオード部ＤＦＳ２は、第２スイッチング部ＳＷＳ２に電気的に逆並列に接続された複数のダイオードの集まりである。第１分流ダイオードＤＢ１は、第２還流ダイオードＤＦ２および第２スイッチング素子ＳＷ２と共に、第１内側素子モジュールＱ２に内蔵されている（すなわち、パッケージ１１２に収容されている）。

本実施形態では、第２ダイオード部ＤＦＳ２の電流容量は、第２スイッチング部ＳＷＳ２の電流容量よりも大きい。第２ダイオード部ＤＦＳ２の電流容量は、第２還流ダイオードＤＦ２の電流容量と第１分流ダイオードＤＢ１の電流容量との合計値である。本実施形態では、第２スイッチング部ＳＷＳ２は、１つ以上のスイッチング素子（例えば第２スイッチング素子ＳＷ２）によって構成されている。第２ダイオード部ＤＦＳ２は、２つ以上のダイオード（第２還流ダイオードＤＦ２および第１分流ダイオードＤＢ１）によって構成されている。そして、第２ダイオード部ＤＦＳ２を構成する前記２つ以上のダイオードの数は、第２スイッチング部ＳＷＳ２を構成する前記１つ以上のスイッチング素子の数よりも多い。

同様に、第３還流ダイオードＤＦ３と第２分流ダイオードＤＢ２とによって第３ダイオード部ＤＦＳ３が構成されている。第３ダイオード部ＤＦＳ３は、第３スイッチング素子ＳＷ３に電気的に逆並列に接続された複数のダイオードの集まりである。第２分流ダイオードＤＢ２は、第３還流ダイオードＤＦ３および第３スイッチング素子ＳＷ３と共に、第２内側素子モジュールＱ３に内蔵されている（すなわち、パッケージ１１３に収容されている）。

本実施形態では、第３ダイオード部ＤＦＳ３の電流容量は、第３スイッチング部ＳＷＳ３の電流容量よりも大きい。第３ダイオード部ＤＦＳ３の電流容量は、第３還流ダイオードＤＦ３の電流容量と第２分流ダイオードＤＢ２の電流容量との合計値である。本実施形態では、第３スイッチング部ＳＷＳ３は、１つ以上のスイッチング素子（例えば第３スイッチング素子ＳＷ３）によって構成されている。第３ダイオード部ＤＦＳ３は、２つ以上のダイオード（第３還流ダイオードＤＦ３および第２分流ダイオードＤＢ２）によって構成されている。そして、第３ダイオード部ＤＦＳ３を構成する前記２つ以上のダイオードの数は、第３スイッチング部ＳＷＳ３を構成する前記１つ以上のスイッチング素子の数よりも多い。

このような構成によっても、コンバータ１００の第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３の温度上昇を抑制することができる。例えば、本実施形態では、第２ダイオード部ＤＦＳ２の電流容量は、第２スイッチング部ＳＷＳ２の電流容量よりも大きい。このような構成によれば、電流容量が大きな第２ダイオード部ＤＦＳ２のなかで熱が分散されるため、第１内側素子モジュールＱ２の温度上昇を抑制することができる。これは、第３ダイオード部ＤＦＳ３の電流容量は、第３スイッチング部ＳＷＳ３の電流容量よりも大きい場合も同様である。

本実施形態では、第２ダイオード部ＤＦＳ２を構成するダイオードの数は、第２スイッチング部ＳＷＳ２を構成するスイッチング素子の数よりも多い。このような構成によれば、スイッチング素子の数よりも多い複数のダイオードに発熱箇所を分散させることができる。これにより、第１内側素子モジュールＱ２のなかで熱が分散されるため、第１内側素子モジュールＱ２の温度上昇をより効果的に抑制することができる。これは、第３ダイオード部ＤＦＳ３を構成するダイオードの数は、第３スイッチング部ＳＷＳ３を構成するスイッチング素子の数よりも多い場合も同様である。

なお、コンバータ１００の第２レグ１２０（または、コンバータ１００Ｂの第１から第３のレグ１１０，１２０，１３０）も、上述した構成と同様の構成を有してよい。

以上、いくつかの実施形態および変形例のコンバータ１００，１００Ｂおよびドライブ装置１，１Ｂについて説明したが、実施形態は上記例に限定されない。例えば、第１外側素子モジュールＱ１と、第１内側素子モジュールＱ２は、別々のパッケージに分かれている必要はない。例えば、第１および第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と第１および第２還流ダイオードＤＦ１，ＤＦ２とが１つのパッケージに内蔵されていてもよい。第２外側素子モジュールＱ４と第２内側素子モジュールＱ３についても同様である。また、第１内側素子モジュールＱ２と第２内側素子モジュールＱ３は、別々のパッケージに分かれている必要はなく、１つのパッケージとして設けられてもよい。さらに言えば、第１および第２の外側素子モジュールＱ１，Ｑ４および第１および第２の内側素子モジュールＱ２，Ｑ３は、別々のパッケージに分かれている必要はなく、１つのパッケージとして設けられてもよい。

また、第１分流ダイオードＤＢ１および第２分流ダイオードＤＢ２は、１つのパッケージ１１６に収容されている必要はない。第１分流ダイオードＤＢ１および第２分流ダイオードＤＢ２は、別々のパッケージに収容されていてもよい。図１９は、実施形態に係る変形例のコンバータの１つのレグに対応する物理的構成を示す斜視図である。図１９に示すように、第１分流ダイオードＤＢ１は、第１分流ダイオードモジュールＤＢＭ１に内蔵され、第１分流ダイオードモジュールＤＢＭ１のパッケージ１１６Ａに収容されていてもよい。第２分流ダイオードＤＢ２は、第２分流ダイオードモジュールＤＢＭ２に内蔵され、第２分流ダイオードモジュールＤＢＭ２のパッケージ１１６Ｂに収容されていてもよい。また、この変形例は、上述した全ての実施形態において適用可能である。

また、分流ダイオードモジュールＤＢＭと、他のモジュールＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＤＣＭとは、１つのヒートシンク１５０に取り付けられる必要はなく、互いに異なる複数のヒートシンクに分かれて取り付けられてもよい。また、ヒートシンク１５０の冷却方法は、風冷方式に限らず、水冷方式でもよい。

また、コンバータ１００，１００Ｂは、例えば回生電力の発生時に直流電力を交流電力に変換するインバータとしての機能を有してもよい。

また、コンバータ１００，１００Ｂは、インバータ２００，２００Ｂに代えて、インバータ以外の直流負荷と組み合わされてもよい。「直流負荷」とは、直流電力によって機能する装置を広く意味する。直流負荷は、例えば、直流電動機、電磁石、あるいはヒータなどであるが、これらに限定されない。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、還流ダイオードと電気的に並列に接続された分流ダイオードが設けられ、還流ダイオードは、第１パッケージに収容されており、分流ダイオードは、前記第１パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない第２パッケージに収容されている。このような構成によれば、半導体モジュールの温度上昇の抑制を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１，１Ｂ…ドライブ装置、１００，１００Ｂ…コンバータ、ＳＷ１…第１スイッチング素子、ＳＷ２…第２スイッチング素子、ＳＷ３…第３スイッチング素子、ＳＷ４…第４スイッチング素子、ＤＦ１…第１還流ダイオード（第１ダイオード）、ＤＦ２…第２還流ダイオード（第２ダイオード）、ＤＦ３…第３還流ダイオード（第３ダイオード）、ＤＦ４…第４還流ダイオード（第４ダイオード）、ＤＣ１…第１クランプダイオード（第５ダイオード）、ＤＣ２…第２クランプダイオード（第６ダイオード）、ＤＢ１…第１分流ダイオード（第７ダイオード）、ＤＢ２…第２分流ダイオード（第８ダイオード）、Ｑ１…第１外側素子モジュール、Ｑ２…第１内側素子モジュール、Ｑ３…第２内側素子モジュール、Ｑ４…第２外側素子モジュール、ＤＣＭ…クランプダイオードモジュール、ＤＢＭ…分流ダイオードモジュール、１１２…第１内側素子モジュールのパッケージ（第１パッケージ）、１１２ａ…端子（第１端子）、１１５…クランプダイオードモジュールのパッケージ（第３パッケージ）、１１５ａ…端子（第３端子）、１１６…分流ダイオードモジュールのパッケージ（第２パッケージ）、１１６ａ…端子（第２端子）、１５０…ヒートシンク、Ｐ…正極、Ｎ…負極、Ｃ…中性点、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ…交流端子，ＣＰ１…接続部（第１接続部）、ＣＰ２…接続部（第２接続部）、ＣＰ３…接続部（第３接続部）、ＣＰ４…接続部（第４接続部）。

Claims (9)

1. 中性点クランプ型の電力変換装置であって、
   正極から負極に向けて第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子、および第４スイッチング素子の順で互いに電気的に直列に接続された第１から第４のスイッチング素子と、
   前記第１から第４のスイッチング素子に対してそれぞれ電気的に逆並列に接続された第１から第４のダイオードと、
   前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを電気的に接続した第１接続部にカソードが電気的に接続され、前記電力変換装置の中性点にアノードが電気的に接続された第５ダイオードと、
   前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを電気的に接続した第２接続部にアノードが電気的に接続され、前記中性点にカソードが電気的に接続された第６ダイオードと、
   前記第２ダイオードと電気的に並列に接続された第７ダイオードと、
   前記第３ダイオードと電気的に並列に接続された第８ダイオードと、
   を備え、
   前記第２ダイオードは、第１パッケージに収容されており、
   前記第７ダイオードは、前記第１パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない第２パッケージに収容されており、
   前記第８ダイオードは、前記第２パッケージに収容されている、または、前記第８ダイオードは、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない別のパッケージに収容されており、
   前記第８ダイオードは、前記第２パッケージに収容されている、
   電力変換装置。
2. 中性点クランプ型の電力変換装置であって、
   正極から負極に向けて第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子、および第４スイッチング素子の順で互いに電気的に直列に接続された第１から第４のスイッチング素子と、
   前記第１から第４のスイッチング素子に対してそれぞれ電気的に逆並列に接続された第１から第４のダイオードと、
   前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを電気的に接続した第１接続部にカソードが電気的に接続され、前記電力変換装置の中性点にアノードが電気的に接続された第５ダイオードと、
   前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを電気的に接続した第２接続部にアノードが電気的に接続され、前記中性点にカソードが電気的に接続された第６ダイオードと、
   前記第２ダイオードと電気的に並列に接続された第７ダイオードと、
   前記第３ダイオードと電気的に並列に接続された第８ダイオードと、
   を備え、
   前記第２ダイオードは、第１パッケージに収容されており、
   前記第７ダイオードは、前記第１パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない第２パッケージに収容されており、
   前記第８ダイオードは、前記第２パッケージに収容されている、または、前記第８ダイオードは、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない別のパッケージに収容されており、
   前記電力変換装置の外部から交流電力が供給される交流端子と、
   前記交流端子または前記交流端子に電気的に接続された導体に向けて前記第１パッケージから第１側に延びた第１導体と、
   をさらに備え、
   前記第２パッケージは、前記第１パッケージに対して前記第１側に配置されている、
   電力変換装置。
3. 中性点クランプ型の電力変換装置であって、
   正極から負極に向けて第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子、および第４スイッチング素子の順で互いに電気的に直列に接続された第１から第４のスイッチング素子と、
   前記第１から第４のスイッチング素子に対してそれぞれ電気的に逆並列に接続された第１から第４のダイオードと、
   前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを電気的に接続した第１接続部にカソードが電気的に接続され、前記電力変換装置の中性点にアノードが電気的に接続された第５ダイオードと、
   前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを電気的に接続した第２接続部にアノードが電気的に接続され、前記中性点にカソードが電気的に接続された第６ダイオードと、
   前記第２ダイオードと電気的に並列に接続された第７ダイオードと、
   前記第３ダイオードと電気的に並列に接続された第８ダイオードと、
   を備え、
   前記第２ダイオードは、第１パッケージに収容されており、
   前記第７ダイオードは、前記第１パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない第２パッケージに収容されており、
   前記第８ダイオードは、前記第２パッケージに収容されている、または、前記第８ダイオードは、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない別のパッケージに収容されており、
   前記第２ダイオード、前記第５ダイオード、および前記第７ダイオードを電気的に接続した第２導体をさらに備え、
   前記第１パッケージは、前記第２導体に接続された第１端子を有し、
   前記第２パッケージは、前記第２導体に接続された第２端子を有し、
   前記第５ダイオードは、前記第２導体に接続された第３端子を有した第３パッケージに収容されており、
   前記第１端子と前記第３端子との間の最短距離は、前記第２端子と前記第３端子との間の最短距離よりも短い、
   電力変換装置。
4. 中性点クランプ型の電力変換装置であって、
   正極から負極に向けて第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子、および第４スイッチング素子の順で互いに電気的に直列に接続された第１から第４のスイッチング素子と、
   前記第１から第４のスイッチング素子に対してそれぞれ電気的に逆並列に接続された第１から第４のダイオードと、
   前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを電気的に接続した第１接続部にカソードが電気的に接続され、前記電力変換装置の中性点にアノードが電気的に接続された第５ダイオードと、
   前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを電気的に接続した第２接続部にアノードが電気的に接続され、前記中性点にカソードが電気的に接続された第６ダイオードと、
   前記第２ダイオードと電気的に並列に接続された第７ダイオードと、
   前記第３ダイオードと電気的に並列に接続された第８ダイオードと、
   を備え、
   前記第２ダイオードは、第１パッケージに収容されており、
   前記第７ダイオードは、前記第１パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない第２パッケージに収容されており、
   前記第８ダイオードは、前記第２パッケージに収容されている、または、前記第８ダイオードは、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない別のパッケージに収容されており、
   風上側に配置される第１端部と、風下側に配置される第２端部とを有して前記第１パッケージおよび前記第２パッケージが取り付けられたヒートシンクをさらに備え、
   前記第２パッケージは、前記第１パッケージと、前記ヒートシンクの前記第１端部との間に配置されている、
   電力変換装置。
5. 中性点クランプ型の電力変換装置であって、
   正極から負極に向けて第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子、および第４スイッチング素子の順で互いに電気的に直列に接続された第１から第４のスイッチング素子と、
   前記第１から第４のスイッチング素子に対してそれぞれ電気的に逆並列に接続された第１から第４のダイオードと、
   前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを電気的に接続した第１接続部にカソードが電気的に接続され、前記電力変換装置の中性点にアノードが電気的に接続された第５ダイオードと、
   前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを電気的に接続した第２接続部にアノードが電気的に接続され、前記中性点にカソードが電気的に接続された第６ダイオードと、
   前記第２ダイオードと電気的に並列に接続された第７ダイオードと、
   前記第３ダイオードと電気的に並列に接続された第８ダイオードと、
   を備え、
   前記第２ダイオードは、第１パッケージに収容されており、
   前記第７ダイオードは、前記第１パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない第２パッケージに収容されており、
   前記第８ダイオードは、前記第２パッケージに収容されている、または、前記第８ダイオードは、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージとは異なるとともにスイッチング素子を含まない別のパッケージに収容されており、
   前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子とを電気的に接続した第３接続部、および前記第７ダイオードと前記第８ダイオードとを電気的に接続した第４接続部にそれぞれ電気的に接続され、前記電力変換装置の外部から交流電力が供給される交流端子をさらに備え、
   前記交流端子と前記第７ダイオードとの間の配線長は、前記交流端子と前記第２ダイオードとの間の配線長よりも短く、
   前記交流端子と前記第８ダイオードとの間の配線長は、前記交流端子と前記第３ダイオードとの間の配線長よりも短い、
   電力変換装置。
6. 前記第２スイッチング素子は、前記第１パッケージに収容されている、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記第５ダイオードは、第３パッケージに収容されており、
   前記第２パッケージは、前記第１パッケージの少なくとも一部に対して、前記第３パッケージとは反対側に配置されている、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記第２ダイオードおよび前記第７ダイオードは、順方向電圧降下に関する特性が互いに略同じであり、
   前記第３ダイオードおよび前記第８ダイオードは、順方向電圧降下に関する特性が互いに略同じである、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 中性点クランプ型の電力変換装置であって、
   正極から負極に向けて第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子、および第４スイッチング素子の順で互いに電気的に直列に接続された第１から第４のスイッチング素子と、
   前記第１から第４のスイッチング素子に対してそれぞれ電気的に逆並列に接続された第１から第４のダイオードと、
   前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを電気的に接続した第１接続部にカソードが電気的に接続され、前記電力変換装置の中性点にアノードが電気的に接続された第５ダイオードと、
   前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを電気的に接続した第２接続部にアノードが電気的に接続され、前記中性点にカソードが電気的に接続された第６ダイオードと、
   前記第２ダイオードと電気的に並列に接続された第７ダイオードと、
   前記第３ダイオードと電気的に並列に接続された第８ダイオードと、
   前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子とを電気的に接続した第３接続部、および前記第７ダイオードと前記第８ダイオードとを電気的に接続した第４接続部にそれぞれ電気的に接続され、前記電力変換装置の外部から交流電力が供給される交流端子と、
   を備え、
   前記第７ダイオードは、前記第２ダイオードに比べて、第２スイッチング素子から遠くに配置されており、
   前記交流端子と前記第７ダイオードとの間の配線長は、前記交流端子と前記第２ダイオードとの間の配線長よりも短く、
   前記第８ダイオードは、前記第３ダイオードに比べて、第３スイッチング素子から遠くに配置されており、
   前記交流端子と前記第８ダイオードとの間の配線長は、前記交流端子と前記第３ダイオードとの間の配線長よりも短い、
   電力変換装置。

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