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JP6780583B2 - Power converter - Google Patents
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Description

本明細書が開示する技術は、複数の冷却器と複数の半導体モジュールが積層されている積層体を備える電力変換装置に関する。 The technology disclosed herein relates to a power converter comprising a laminate in which a plurality of coolers and a plurality of semiconductor modules are laminated.

電力変換装置では、電力変換用のスイッチング素子を含む回路(スイッチング回路)を封止した半導体モジュールがよく使われる。一方、電力変換装置では、スイッチング素子のスイッチング動作に伴うノイズを低減するため、あるいは、リンギングと呼ばれる電流/電圧の振動を低減するため、スナバ回路が用いられる。特許文献1には、半導体モジュールから延びている高電位側端子と低電位側端子(内部のスイッチング回路の高電位側に導通している端子と低電位側に導通している端子)に、スナバ回路が実装された基板がネジ留めされている電力変換装置が開示されている。 In a power conversion device, a semiconductor module in which a circuit (switching circuit) including a switching element for power conversion is sealed is often used. On the other hand, in a power conversion device, a snubber circuit is used in order to reduce noise associated with switching operation of a switching element or to reduce current / voltage vibration called ringing. Patent Document 1 describes snubbers for high-potential side terminals and low-potential side terminals (terminals conducting to the high-potential side and terminals conducting to the low-potential side of the internal switching circuit) extending from the semiconductor module. A power converter in which a board on which a circuit is mounted is screwed is disclosed.

特開2014−128066号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-128066

電力変換装置では複数の半導体モジュールを使うことが多い。また、電力変換用のスイッチング素子は発熱量が大きいため、電力変換装置では、半導体モジュールを冷却する冷却器を伴うこともよくある。一つのタイプの電力変換装置は、半導体モジュールと冷却器が交互に並ぶように複数の半導体モジュールと複数の冷却器を積層した積層体を備えている。そのような電力変換装置では、隣り合う半導体モジュールの間の隙間が狭く、各半導体モジュールの高電位側端子と低電位側端子にスナバ回路の基板をネジ留めするのは組み付けの作業性が悪い。 Power converters often use multiple semiconductor modules. Further, since the switching element for power conversion has a large amount of heat generation, the power conversion device is often accompanied by a cooler for cooling the semiconductor module. One type of power conversion device includes a laminate in which a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers are laminated so that the semiconductor modules and the coolers are alternately arranged. In such a power conversion device, the gap between adjacent semiconductor modules is narrow, and screwing the board of the snubber circuit to the high potential side terminal and the low potential side terminal of each semiconductor module is poor in assembly workability.

本願の出願人は、複数の半導体モジュールと複数の冷却器が積層された積層体を備えるタイプの電力変換装置に関し、スナバ回路の組み付け作業性のよい構造を提案した(特願2016−001776、2016年1月7日出願、本願出願時は未公開)。その電力変換装置は、半導体モジュールと冷却器が交互に並ぶように複数の半導体モジュールと複数の冷却器が積層されている積層体と、少なくとも一つの半導体モジュールに取り付けられているソケット部品を備えている。ソケット部品が取り付けられている半導体モジュールは、スイッチング素子を含むスイッチング回路を封止しているとともに、スイッチング回路の高電位側端子と低電位側端子が積層体の積層方向と交差する方向に延びている。ソケット部品は、高電位側端子と低電位側端子が差し込めるようになっている絶縁性の本体の内部に、高電位側端子と低電位側端子の間に接続されるスナバ回路を収容している。ソケット部品は、半導体モジュールの積層方向に対して直交する方向から高電位側端子と低電位側端子に差し込めるようになっているので、複数の半導体モジュールが積層された積層体に対して組付け性が良い。 The applicant of the present application has proposed a structure having good workability for assembling a snubber circuit with respect to a power conversion device of a type including a laminate in which a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers are laminated (Japanese Patent Application No. 2016-001776, 2016). Filed on January 7, 2014, unpublished at the time of filing this application). The power converter includes a laminate in which a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers are laminated so that the semiconductor modules and the coolers are arranged alternately, and a socket component attached to at least one semiconductor module. There is. The semiconductor module to which the socket component is attached seals the switching circuit including the switching element, and extends in the direction in which the high-potential side terminal and the low-potential side terminal of the switching circuit intersect the stacking direction of the laminate. There is. The socket component houses a snubber circuit connected between the high-potential side terminal and the low-potential side terminal inside the insulating main body into which the high-potential side terminal and the low-potential side terminal can be inserted. There is. Since the socket component can be inserted into the high potential side terminal and the low potential side terminal from the direction orthogonal to the stacking direction of the semiconductor modules, it can be assembled to a laminated body in which a plurality of semiconductor modules are laminated. Good sex.

しかし、ソケット部品を半導体モジュールの端子に差し込むだけの構造では、自動車搭載の電力変換装置など、振動が大きい環境では、ソケット部品が端子から抜けてしまうおそれがあった。本明細書は、本願の出願人が提示したソケット部品付の電力変換装置の改良に関し、スナバ回路を収容しており半導体モジュールの端子に取り付けられる部品の耐振動性を高める技術を提供する。 However, with a structure in which the socket component is simply inserted into the terminal of the semiconductor module, the socket component may come off from the terminal in an environment with large vibration such as a power converter mounted on an automobile. The present specification provides a technique for improving the vibration resistance of a component that houses a snubber circuit and is attached to a terminal of a semiconductor module, with respect to the improvement of the power conversion device with a socket component presented by the applicant of the present application.

本明細書が開示する電力変換装置は、半導体モジュールと冷却器が交互に並ぶように複数の半導体モジュールと複数の冷却器が積層されている積層体と、少なくとも一つの半導体モジュールに取り付けられているアタッチメントを備える。アタッチメントが取り付けられる半導体モジュールは、内部にスイッチング素子を含むスイッチング回路を封止している。また、その半導体モジュールでは、スイッチング回路の高電位側端子と低電位側端子が積層体の積層方向と交差する方向に延びている。アタッチメントは、前述した「積層方向と交差する方向」に沿って高電位側端子と低電位側端子の少なくとも一方が差し込めるようになっている。また、アタッチメントは、本体内部に、高電位側端子と低電位側端子の間に接続されるスナバ回路を収容している。そして、高電位側端子と低電位側端子の少なくとも一方に切欠が設けられている。アタッチメントは、本体の側面に配置されており、本体の内部でスナバ回路に接続されており、切欠に係止される係止爪と、本体との間で切欠を有している高電位側端子と低電位側端子の少なくとも一方を挟み込む挟持爪と、を有している金具を備えている。この電力変換装置では、アタッチメントが積層方向と交差する方向に沿って端子に差し込めるようになっているので、積層方向で隣接する端子の間隔が狭くとも、アタッチメント容易に組み付けることができる。さらに、この電力変換装置では、スナバ回路を収容したアタッチメントは爪を備えており、その爪が、端子に設けられた切欠に係止される。爪が端子の切欠に係止されることで激しい振動環境下でもアタッチメントが端子から外れ難くなる。なお、積層されている全ての半導体モジュールに、スナバ回路を内蔵したアタッチメントが取り付けられていてもよく、積層体のなかのいくつかの半導体モジュールにアタッチメントが取り付けられていてもよい。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 The power conversion device disclosed in the present specification is attached to a laminate in which a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers are laminated so that semiconductor modules and coolers are alternately arranged, and at least one semiconductor module. Equipped with an attachment. The semiconductor module to which the attachment is attached encloses a switching circuit including a switching element inside. Further, in the semiconductor module, the high potential side terminal and the low potential side terminal of the switching circuit extend in a direction intersecting the stacking direction of the laminated body. At least one of the high-potential side terminal and the low-potential side terminal can be inserted into the attachment along the above-mentioned "direction intersecting the stacking direction". Further, the attachment houses a snubber circuit connected between the high potential side terminal and the low potential side terminal inside the main body. A notch is provided in at least one of the high-potential side terminal and the low-potential side terminal . The attachment is located on the side of the main body, is connected to the snubber circuit inside the main body, and has a locking claw that is locked to the notch and a high potential side terminal that has a notch between the main body. It is provided with a metal fitting having a holding claw that sandwiches at least one of the low potential side terminals. In this power conversion device, since the attachment can be inserted into the terminals along the direction intersecting the stacking direction, the attachment can be easily assembled even if the distance between adjacent terminals in the stacking direction is narrow. Further, in this power conversion device, the attachment accommodating the snubber circuit is provided with a claw, and the claw is locked to a notch provided in the terminal. The claws are locked in the notch of the terminal, which makes it difficult for the attachment to come off the terminal even in a violent vibration environment. Attachments with a built-in snubber circuit may be attached to all the semiconductor modules stacked, or attachments may be attached to some semiconductor modules in the laminated body. Details of the techniques disclosed herein and further improvements will be described in the "Modes for Carrying Out the Invention" below.

実施例の電力変換装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the electric vehicle including the electric power conversion device of an Example. 電力変換装置の上面図である。It is a top view of the power conversion device. 半導体モジュールの斜視図である。It is a perspective view of a semiconductor module. アタッチメントの斜視図である。It is a perspective view of an attachment. アタッチメントを取り付けた半導体モジュールの斜視図である。It is a perspective view of the semiconductor module which attached the attachment. 変形例のアタッチメントを取り付ける半導体モジュールの斜視図である。It is a perspective view of the semiconductor module which attaches the attachment of the modification. 変形例のアタッチメントの斜視図である。It is a perspective view of the attachment of a modification. 変形例のアタッチメントを取り付けた半導体モジュールの斜視図である。It is a perspective view of the semiconductor module which attached the attachment of the modification. 半導体モジュールに取り付けられたアタッチメントの断面図である。It is sectional drawing of the attachment attached to the semiconductor module.

図面を参照して実施例の電力変換装置2を説明する。実施例の電力変換装置2は、電気自動車100に搭載されている。図1に、電力変換装置2を含む電気自動車100の電力系のブロック図を示す。電力変換装置2は、バッテリ11の直流電力を昇圧した後に交流に変換し、2個の走行用モータ19a、19bに交流電力を供給する。電力変換装置2は、双方向電圧コンバータ回路17と、2個のインバータ回路18a、18bを備える。双方向電圧コンバータ回路17は、フィルタコンデンサ12、リアクトル13、2個のスイッチング素子14a、14b、2個のダイオード15a、15b、スナバコンデンサ5、スナバ抵抗6を備えている。双方向電圧コンバータ回路17は、バッテリ11の側から供給される電力の電圧を昇圧してインバータ回路18a、18bの側に出力する昇圧機能と、インバータ回路18a、18bの側から供給される電力(モータ19a、19bの発電による回生電力)の電圧を降圧してバッテリ11の側に出力する降圧機能を備える。図1に示す双方向電圧コンバータ回路17の回路構成と動作は良く知られているので詳しい説明は省略する。 The power conversion device 2 of the embodiment will be described with reference to the drawings. The power conversion device 2 of the embodiment is mounted on the electric vehicle 100. FIG. 1 shows a block diagram of a power system of an electric vehicle 100 including a power conversion device 2. The power conversion device 2 boosts the DC power of the battery 11 and then converts it into AC power to supply AC power to the two traveling motors 19a and 19b. The power conversion device 2 includes a bidirectional voltage converter circuit 17 and two inverter circuits 18a and 18b. The bidirectional voltage converter circuit 17 includes a filter capacitor 12, a reactor 13, two switching elements 14a and 14b, two diodes 15a and 15b, a snubber capacitor 5, and a snubber resistor 6. The bidirectional voltage converter circuit 17 has a boosting function that boosts the voltage of the power supplied from the battery 11 side and outputs it to the inverter circuits 18a and 18b, and the power supplied from the inverter circuits 18a and 18b ( It has a step-down function that steps down the voltage of the motors 19a and 19b (regenerated power generated by the power generated by the motors 19a and 19b) and outputs the voltage to the battery 11. Since the circuit configuration and operation of the bidirectional voltage converter circuit 17 shown in FIG. 1 are well known, detailed description thereof will be omitted.

双方向電圧コンバータ回路17では、2個のスイッチング素子14a、14bが直列に接続されており、その直列回路の高電位側と低電位側の間に、スナバコンデンサ5とスナバ抵抗6が直列に接続されている。スナバコンデンサ5とスナバ抵抗6の直列回路がスナバ回路9である。スナバ回路9は、スイッチング素子14a、14bのスイッチング動作に伴うノイズを低減するため、及び、リンギングを低減するために備えられている。なお、図1に示す符号3aが示す破線矩形は、後述する半導体モジュールを意味する。半導体モジュール3aは、2個のスイッチング素子14a、14bの直列接続と、スイッチング素子14a、14bの各々に逆並列に接続されているダイオード15a、15bを封止したパッケージである。また、図1において符号4が示す破線矩形は、後述するアタッチメント4を意味する。アタッチメント4は、スナバ回路9を内蔵したパッケージである。 In the bidirectional voltage converter circuit 17, two switching elements 14a and 14b are connected in series, and a snubber capacitor 5 and a snubber resistor 6 are connected in series between the high potential side and the low potential side of the series circuit. Has been done. The series circuit of the snubber capacitor 5 and the snubber resistor 6 is the snubber circuit 9. The snubber circuit 9 is provided for reducing noise associated with the switching operation of the switching elements 14a and 14b and for reducing ringing. The broken line rectangle indicated by reference numeral 3a shown in FIG. 1 means a semiconductor module described later. The semiconductor module 3a is a package in which two switching elements 14a and 14b are connected in series and diodes 15a and 15b connected in antiparallel to each of the switching elements 14a and 14b are sealed. Further, the broken line rectangle indicated by reference numeral 4 in FIG. 1 means the attachment 4 described later. The attachment 4 is a package containing the snubber circuit 9.

インバータ回路18aは、2個のスイッチング素子の直列接続の組が3組並列に接続された回路構造を有している。各スイッチング素子を適宜に制御することで、各直列接続の中点から交流が出力される。図1に示すインバータ回路18aの回路構成と動作は良く知られているので詳しい説明は省略する。 The inverter circuit 18a has a circuit structure in which three sets of two switching elements connected in series are connected in parallel. By appropriately controlling each switching element, alternating current is output from the midpoint of each series connection. Since the circuit configuration and operation of the inverter circuit 18a shown in FIG. 1 are well known, detailed description thereof will be omitted.

インバータ回路18aの各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。図1から明らかなとおり、インバータ回路18aが有する3組の直列接続は、双方向電圧コンバータ回路17が有するスイッチング素子14a、14b、ダイオード15a、15bの回路構成と同じである。図1において、符号3b−3dが示す破線矩形は、半導体モジュールを表し、その半導体モジュール3b−3dは、双方向電圧コンバータ回路17の半導体モジュール3aと物理的な構造が同じである。 A diode is connected in antiparallel to each switching element of the inverter circuit 18a. As is clear from FIG. 1, the three sets of series connections included in the inverter circuit 18a are the same as the circuit configurations of the switching elements 14a and 14b and the diodes 15a and 15b included in the bidirectional voltage converter circuit 17. In FIG. 1, the broken line rectangle indicated by reference numeral 3b-3d represents a semiconductor module, and the semiconductor module 3b-3d has the same physical structure as the semiconductor module 3a of the bidirectional voltage converter circuit 17.

インバータ回路18aにおいて、2個のスイッチング素子の直列接続の高電位側と低電位側の間に、双方向電圧コンバータ回路17のスナバ回路9と同じスナバ回路が接続されている。インバータ回路18aの半導体モジュール3b−3dの各々には、スナバ回路9を内蔵したアタッチメント4が並列に接続されている。 In the inverter circuit 18a, the same snubber circuit as the snubber circuit 9 of the bidirectional voltage converter circuit 17 is connected between the high potential side and the low potential side of the series connection of the two switching elements. Attachments 4 incorporating a snubber circuit 9 are connected in parallel to each of the semiconductor modules 3b-3d of the inverter circuit 18a.

図1では、インバータ回路18aが備えるスイッチング素子とダイオード、及び、スナバ回路の構成は双方向電圧コンバータ回路17の回路構成と同じであるので、インバータ回路18aでは個々の電子部品への符号を省略している。 In FIG. 1, since the configuration of the switching element, the diode, and the snubber circuit included in the inverter circuit 18a is the same as the circuit configuration of the bidirectional voltage converter circuit 17, the reference numerals to the individual electronic components are omitted in the inverter circuit 18a. ing.

インバータ回路18bは、インバータ回路18aと同じ構造を備えており、図1では、インバータ回路18bの詳しい回路構成は図示を省略している。インバータ回路18bは、2個のスイッチング素子の直列接続と各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードをまとめた半導体モジュール3e−3gと、各半導体モジュール3e−3gに並列に接続されるアタッチメント4で構成されている。インバータ回路18a、18bのスナバ回路9も、各スイッチング素子が発生するノイズを低減するため、及び、リンギングを低減するために備えられている。 The inverter circuit 18b has the same structure as the inverter circuit 18a, and the detailed circuit configuration of the inverter circuit 18b is not shown in FIG. The inverter circuit 18b consists of a semiconductor module 3e-3g in which two switching elements are connected in series and diodes connected in antiparallel to each switching element, and an attachment 4 connected in parallel to each semiconductor module 3e-3g. It is composed of. The snubber circuits 9 of the inverter circuits 18a and 18b are also provided in order to reduce the noise generated by each switching element and to reduce the ringing.

双方向電圧コンバータ回路17と2個のインバータ回路18a、18bの間には、平滑コンデンサ16が接続されている。平滑コンデンサ16は、双方向電圧コンバータ回路17が出力する電流の脈動を抑えるために挿入されている。 A smoothing capacitor 16 is connected between the bidirectional voltage converter circuit 17 and the two inverter circuits 18a and 18b. The smoothing capacitor 16 is inserted to suppress the pulsation of the current output by the bidirectional voltage converter circuit 17.

図2を参照して電力変換装置2のハードウエア構造を説明する。図2は、電力変換装置2の上面図である。電力変換装置2は、7個の半導体モジュール3a−3gを備えている。以下では、7個の半導体モジュール3a−3gのいずれか一つを区別なく示すときには半導体モジュール3と表記する。 The hardware structure of the power conversion device 2 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a top view of the power conversion device 2. The power conversion device 2 includes seven semiconductor modules 3a-3g. In the following, when any one of the seven semiconductor modules 3a-3g is shown without distinction, it is referred to as the semiconductor module 3.

7個の半導体モジュール3は、複数の冷却器22と積層されており、それらは積層ユニット10を構成する。複数の半導体モジュール3と複数の冷却器22は、一つずつ交互に積層されている。図中の座標系のX方向が、半導体モジュール3と冷却器22の積層方向に相当する。図2では、積層方向の両端の冷却器だけに符号22を記しており、他の冷却器には符号は省略した。積層ユニット10は電力変換装置2のハウジング23に収容されており板バネ28により積層方向に圧力を受けている。 The seven semiconductor modules 3 are laminated with a plurality of coolers 22, and they form a stacking unit 10. The plurality of semiconductor modules 3 and the plurality of coolers 22 are alternately laminated one by one. The X direction of the coordinate system in the figure corresponds to the stacking direction of the semiconductor module 3 and the cooler 22. In FIG. 2, reference numerals 22 are given only to the coolers at both ends in the stacking direction, and the reference numerals are omitted for the other coolers. The stacking unit 10 is housed in the housing 23 of the power conversion device 2, and is subjected to pressure in the stacking direction by the leaf spring 28.

積層ユニット10は、複数の冷却器22を積層方向に貫く2本のパイプ58、59を備えており、それらのパイプ58、59は、電力変換装置2の外部にて不図示の冷媒循環装置に接続されている。冷媒は一方のパイプ58を通じて各冷却器22に分配される。冷媒は各冷却器22を流れる間に隣接する半導体モジュール3から熱を吸収し、他方のパイプ59を通じて電力変換装置2から排出される。板バネ28の圧力により、隣接する冷却器22と半導体モジュール3が密着し、半導体モジュール3から冷却器22への伝熱が促進される。 The stacking unit 10 includes two pipes 58 and 59 that penetrate a plurality of coolers 22 in the stacking direction, and the pipes 58 and 59 are used as a refrigerant circulation device (not shown) outside the power conversion device 2. It is connected. The refrigerant is distributed to each cooler 22 through one of the pipes 58. The refrigerant absorbs heat from the adjacent semiconductor module 3 while flowing through each cooler 22, and is discharged from the power converter 2 through the other pipe 59. Due to the pressure of the leaf spring 28, the adjacent cooler 22 and the semiconductor module 3 are brought into close contact with each other, and heat transfer from the semiconductor module 3 to the cooler 22 is promoted.

ここで、図3を参照して半導体モジュール3を説明する。図3は、半導体モジュール3の斜視図である。半導体モジュール3の本体30の内部には、半導体チップ35a、35bが封止されている。本体30は、樹脂の射出成形で作られる。即ち、半導体チップ35a、35bは、樹脂製の本体30に封止されている。半導体チップ35a、35bは、夫々、一つのスイッチング素子(IGBT素子)と一つのダイオードを逆並列に接続した逆導通型IGBTチップである。半導体チップ35a、35bは半導体モジュール3の内部で直列に接続されており、図1において符号3a〜3gが示す破線矩形で囲んだ範囲の回路を構成する。即ち、半導体モジュール3はその内部にスイッチング素子を含むスイッチング回路を封止している。 Here, the semiconductor module 3 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a perspective view of the semiconductor module 3. Semiconductor chips 35a and 35b are sealed inside the main body 30 of the semiconductor module 3. The main body 30 is made by injection molding of resin. That is, the semiconductor chips 35a and 35b are sealed in the resin main body 30. The semiconductor chips 35a and 35b are reverse-conducting IGBT chips in which one switching element (IGBT element) and one diode are connected in antiparallel, respectively. The semiconductor chips 35a and 35b are connected in series inside the semiconductor module 3 and form a circuit in a range surrounded by a broken line rectangle indicated by reference numerals 3a to 3g in FIG. That is, the semiconductor module 3 has a switching circuit including a switching element sealed therein.

半導体モジュール3の本体30から3本のパワー端子が延びている。3本のパワー端子は、複数の半導体モジュール3の積層方向(図中のX方向)と交差する方向(図中のZ方向)に延びている。3本のパワー端子は、スイッチング素子の直列接続(スイッチング回路)の高電位側と導通している正極端子31、直列接続の低電位側と導通している負極端子32、及び、直列接続の中点と導通している中点端子33である。図2では、右端の半導体モジュール3aにのみ、各端子の符号を付しており、他の半導体モジュール3b−3gには端子を示す符号は省略している。正極端子31には切欠31aが設けられており、負極端子32には切欠32aが設けられている(図3参照)。切欠31a、32aについては後述する。 Three power terminals extend from the main body 30 of the semiconductor module 3. The three power terminals extend in a direction (Z direction in the figure) intersecting the stacking direction (X direction in the figure) of the plurality of semiconductor modules 3. The three power terminals are a positive electrode terminal 31 conducting with the high potential side of the series connection (switching circuit) of the switching element, a negative electrode terminal 32 conducting with the low potential side of the series connection, and a series connection. The midpoint terminal 33 is conductive with the point. In FIG. 2, the reference numerals of the terminals are attached only to the rightmost semiconductor module 3a, and the reference numerals indicating the terminals are omitted from the other semiconductor modules 3b-3g. The positive electrode terminal 31 is provided with a notch 31a, and the negative electrode terminal 32 is provided with a notch 32a (see FIG. 3). The notches 31a and 32a will be described later.

半導体モジュール3の本体の反対側の側面からは、複数の制御端子34が延びている。複数の制御端子34は、各スイッチング素子(半導体チップ35a、35b)のゲート電極と導通しているゲート端子や、半導体チップ35a、35bの内部の温度センサや電流センサにつながっている制御線などである。制御端子34は、不図示の制御基板に接続されている。制御基板には各半導体モジュール3のスイッチング素子(半導体チップ35a、35b)を駆動するための回路が実装されている。 A plurality of control terminals 34 extend from the opposite side surface of the main body of the semiconductor module 3. The plurality of control terminals 34 are gate terminals conducting with the gate electrodes of the respective switching elements (semiconductor chips 35a, 35b), control lines connected to temperature sensors and current sensors inside the semiconductor chips 35a, 35b, and the like. is there. The control terminal 34 is connected to a control board (not shown). A circuit for driving the switching elements (semiconductor chips 35a, 35b) of each semiconductor module 3 is mounted on the control board.

3本のパワー端子31、32、33は、夫々、バスバを通じて他の部品に接続されている。図1のブロック図から明らかなとおり、全ての半導体モジュール3の高電位側(即ち正極端子31)と低電位側(即ち負極端子32)は、平滑コンデンサ16に接続されている。図2に示したコンデンサユニット21の中に、図1の平滑コンデンサ16とフィルタコンデンサ12に相当するコンデンサ素子が収容されている。全ての半導体モジュール3の正極端子31は、正極バスバ51を通じてコンデンサユニット21と接続されており、負極端子32は負極バスバ52を通じてコンデンサユニット21と接続されている。正極バスバ51は、コンデンサユニット21に近い側では大きな一枚の金属板であり、各半導体モジュール3の正極端子31に向けて、半導体モジュール3の数と同数の枝部が延びている。各枝部が各正極端子31と接合されている。負極バスバ52も同様であり、コンデンサユニット21に近い側では大きな一枚の金属板であり、負極端子32に向けて、半導体モジュール3の数と同数の枝部が延びている。各枝部が各負極端子32と接合されている。 The three power terminals 31, 32, and 33 are each connected to other components through a bus bar. As is clear from the block diagram of FIG. 1, the high potential side (that is, the positive electrode terminal 31) and the low potential side (that is, the negative electrode terminal 32) of all the semiconductor modules 3 are connected to the smoothing capacitor 16. A capacitor element corresponding to the smoothing capacitor 16 and the filter capacitor 12 of FIG. 1 is housed in the capacitor unit 21 shown in FIG. The positive electrode terminals 31 of all the semiconductor modules 3 are connected to the capacitor unit 21 through the positive electrode bus bar 51, and the negative electrode terminals 32 are connected to the capacitor unit 21 through the negative electrode bus bar 52. The positive electrode bus bar 51 is a large metal plate on the side close to the capacitor unit 21, and the same number of branches as the number of semiconductor modules 3 extends toward the positive electrode terminals 31 of each semiconductor module 3. Each branch is joined to each positive electrode terminal 31. The same applies to the negative electrode bus bar 52, which is a large metal plate on the side close to the capacitor unit 21, and the same number of branches as the number of semiconductor modules 3 extends toward the negative electrode terminal 32. Each branch is joined to each negative electrode terminal 32.

双方向電圧コンバータ回路17の半導体モジュール3aの中点端子33は中間バスバ53を介してリアクトルユニット29に接続している。リアクトルユニット29の中に、図1のリアクトル13に相当する部品が収容されている。他の半導体モジュール3b−3gの中点端子33は、出力バスバ25の一端に接続されており、出力バスバ25の他端は、端子台26において、モータ19a、19b(図1参照)に通じるパワーケーブルの接続端子27を形成している。 The midpoint terminal 33 of the semiconductor module 3a of the bidirectional voltage converter circuit 17 is connected to the reactor unit 29 via an intermediate bus bar 53. A part corresponding to the reactor 13 of FIG. 1 is housed in the reactor unit 29. The midpoint terminal 33 of the other semiconductor module 3b-3g is connected to one end of the output bus bar 25, and the other end of the output bus bar 25 is the power of the terminal block 26 that leads to the motors 19a and 19b (see FIG. 1). The cable connection terminal 27 is formed.

各半導体モジュール3の正極端子31と負極端子32に、先に述べたアタッチメント4が取り付けられている。図2では、理解を助けるためアタッチメント4をグレーで塗りつぶしてある。 The attachment 4 described above is attached to the positive electrode terminal 31 and the negative electrode terminal 32 of each semiconductor module 3. In FIG. 2, the attachment 4 is painted in gray to aid understanding.

図4にアタッチメント4の斜視図を示し、図5にアタッチメント4を取り付けた半導体モジュール3の斜視図を示す。アタッチメント4の本体41は樹脂で作られており、本体41の内部にコンデンサ素子45と抵抗素子46が収容されている。コンデンサ素子45と抵抗素子46は直列に接続されている。コンデンサ素子45が図1で示したスナバコンデンサ5に対応する。抵抗素子46が図1で示したスナバ抵抗6に相当する。即ち、図1で示したスナバ回路9が本体41に収容されている。 FIG. 4 shows a perspective view of the attachment 4, and FIG. 5 shows a perspective view of the semiconductor module 3 to which the attachment 4 is attached. The main body 41 of the attachment 4 is made of resin, and the capacitor element 45 and the resistance element 46 are housed inside the main body 41. The capacitor element 45 and the resistance element 46 are connected in series. The capacitor element 45 corresponds to the snubber capacitor 5 shown in FIG. The resistance element 46 corresponds to the snubber resistance 6 shown in FIG. That is, the snubber circuit 9 shown in FIG. 1 is housed in the main body 41.

アタッチメント4の本体41の側面には導電性と弾性を有している金具42、43が取り付けられている。金具42と金具43は、本体41の内部でスナバ回路に接続されている。金具42は挟持爪42aと係止爪42bを備えており、金具43は挟持爪43aと係止爪43bを備えている。アタッチメント4は、パワー端子(正極端子31と負極端子32)の延設方向(即ち図のZ方向)に沿って、半導体モジュール3に向けて移動することで、本体41と挟持爪42aの間に正極端子31が差し込めるとともに、本体41と挟持爪43aの間に負極端子32が差し込めるようになっている。アタッチメント4を正極端子31と負極端子32の根本まで移動させると、係止爪42bが正極端子31の切欠31aに係止され、係止爪43bが負極端子32の切欠32aに係止される。正極端子31は、本体41と金具42の挟持爪42aで挟持されるとともに、係止爪42bが切欠31aに係止される。また、負極端子32は、本体41と金具43の挟持爪43aで挟持されるとともに、係止爪43bが切欠32aに係止される。こうして、アタッチメント4は、正極端子31と負極端子32に固定される。アタッチメント4の係止爪42b、43bが半導体モジュール3の切欠31a、32aに係止されるので、半導体モジュール3が振動してもアタッチメント4が外れ難い。 Metal fittings 42 and 43 having conductivity and elasticity are attached to the side surface of the main body 41 of the attachment 4. The metal fitting 42 and the metal fitting 43 are connected to a snubber circuit inside the main body 41. The metal fitting 42 includes a holding claw 42a and a locking claw 42b, and the metal fitting 43 includes a holding claw 43a and a locking claw 43b. The attachment 4 moves toward the semiconductor module 3 along the extending direction (that is, the Z direction in the figure) of the power terminals (positive electrode terminal 31 and negative electrode terminal 32), and thus is between the main body 41 and the holding claw 42a. The positive electrode terminal 31 can be inserted, and the negative electrode terminal 32 can be inserted between the main body 41 and the holding claw 43a. When the attachment 4 is moved to the roots of the positive electrode terminal 31 and the negative electrode terminal 32, the locking claw 42b is locked in the notch 31a of the positive electrode terminal 31, and the locking claw 43b is locked in the notch 32a of the negative electrode terminal 32. The positive electrode terminal 31 is sandwiched between the main body 41 and the holding claw 42a of the metal fitting 42, and the locking claw 42b is locked in the notch 31a. Further, the negative electrode terminal 32 is sandwiched between the main body 41 and the holding claw 43a of the metal fitting 43, and the locking claw 43b is locked in the notch 32a. In this way, the attachment 4 is fixed to the positive electrode terminal 31 and the negative electrode terminal 32. Since the locking claws 42b and 43b of the attachment 4 are locked to the notches 31a and 32a of the semiconductor module 3, the attachment 4 is hard to come off even if the semiconductor module 3 vibrates.

挟持爪42a(43a)は弾性を有しており、正極端子31(負極端子32)に強く押し当てられる。また、係止爪42b(43b)も弾性を有しており、正極端子31(負極端子)の挿通時には、正極端子31(負極端子32)の表面に倣うように湾曲し、正極端子31(負極端子32)の根本の切欠31a(32a)の位置にて弾性により元の状態に戻り、切欠31a(32a)に係止される。 The pinching claws 42a (43a) have elasticity and are strongly pressed against the positive electrode terminal 31 (negative electrode terminal 32). Further, the locking claw 42b (43b) also has elasticity, and when the positive electrode terminal 31 (negative electrode terminal) is inserted, it is curved so as to follow the surface of the positive electrode terminal 31 (negative electrode terminal 32), and the positive electrode terminal 31 (negative electrode terminal) 31 (negative electrode terminal). At the position of the notch 31a (32a) at the base of the terminal 32), it returns to the original state by elasticity and is locked to the notch 31a (32a).

金具42、43は、正極端子31と負極端子32の間にスナバ回路9を電気的に接続する役割も果たす。別言すれば、アタッチメント4を半導体モジュール3に取り付けると、スナバ回路9の一端が金具42を介して正極端子31と導通し、スナバ回路9の他端が金具43を介して負極端子32と導通する。即ち、スナバ回路9が、半導体モジュール3の中の2個のスイッチング素子の直列接続の高電位側と低電位側の間に接続される。 The metal fittings 42 and 43 also serve to electrically connect the snubber circuit 9 between the positive electrode terminal 31 and the negative electrode terminal 32. In other words, when the attachment 4 is attached to the semiconductor module 3, one end of the snubber circuit 9 conducts with the positive electrode terminal 31 via the metal fitting 42, and the other end of the snubber circuit 9 conducts with the negative electrode terminal 32 via the metal fitting 43. To do. That is, the snubber circuit 9 is connected between the high potential side and the low potential side of the series connection of the two switching elements in the semiconductor module 3.

図2に示すように、全ての半導体モジュール3にアタッチメント4が取り付けられている。前述したように、アタッチメント4は、複数の半導体モジュール3の積層方向(図中のX方向)と交差するZ方向から半導体モジュール3の端子(正極端子31と負極端子32)に差し込めるようになっている。従って、隣接する半導体モジュール3の正極端子31(負極端子32)の間の空間が狭くてもアタッチメント4の取り付け作業が容易である。 As shown in FIG. 2, attachments 4 are attached to all semiconductor modules 3. As described above, the attachment 4 can be inserted into the terminals (positive electrode terminal 31 and negative electrode terminal 32) of the semiconductor module 3 from the Z direction intersecting the stacking direction (X direction in the drawing) of the plurality of semiconductor modules 3. ing. Therefore, even if the space between the positive electrode terminals 31 (negative electrode terminals 32) of the adjacent semiconductor modules 3 is narrow, the attachment 4 can be easily attached.

アタッチメント4の本体41の反対側で、正極端子31に正極バスバ51(図2参照)が接合され、負極端子32に負極バスバ52(図2参照)が接合される。 On the opposite side of the main body 41 of the attachment 4, the positive electrode bus bar 51 (see FIG. 2) is bonded to the positive electrode terminal 31, and the negative electrode bus bar 52 (see FIG. 2) is bonded to the negative electrode terminal 32.

図6−図9を参照してアタッチメントの変形例を説明する。図6は、変形例のアタッチメント104を取り付ける半導体モジュール103の斜視図である。図7は変形例のアタッチメント104の斜視図である。図8は変形例のアタッチメント4を取り付けた半導体モジュール103の斜視図である。図9は半導体モジュール103に取り付けられたアタッチメント104の断面図である。図9は、後述する金具142を通る平面でアタッチメント104をカットした断面図である。図9では、本体141の内部構造は図示を省略した。 A modified example of the attachment will be described with reference to FIGS. 6-9. FIG. 6 is a perspective view of the semiconductor module 103 to which the attachment 104 of the modified example is attached. FIG. 7 is a perspective view of the attachment 104 of the modified example. FIG. 8 is a perspective view of the semiconductor module 103 to which the attachment 4 of the modified example is attached. FIG. 9 is a cross-sectional view of the attachment 104 attached to the semiconductor module 103. FIG. 9 is a cross-sectional view of the attachment 104 cut in a plane passing through the metal fitting 142 described later. In FIG. 9, the internal structure of the main body 141 is not shown.

この変形例では、半導体モジュール103の正極端子31の2箇所に切欠31c、31dが設けられており、負極端子32には切欠が設けられていない。アタッチメント104の本体141には、アタッチメント4と同様に、コンデンサ素子45と抵抗素子46が収容されており、それらは本体141の内部で直列に接続されている。コンデンサ素子45と抵抗素子46の直列接続が図1のスナバ回路9に相当する。本体141には別の導体144が露出している。 In this modification, notches 31c and 31d are provided at two positions of the positive electrode terminal 31 of the semiconductor module 103, and notches are not provided at the negative electrode terminal 32. Similar to the attachment 4, the main body 141 of the attachment 104 houses the capacitor element 45 and the resistance element 46, and they are connected in series inside the main body 141. The series connection of the capacitor element 45 and the resistance element 46 corresponds to the snubber circuit 9 of FIG. Another conductor 144 is exposed on the main body 141.

アタッチメント104の本体141の側面には、クリップ状の2個の金具142、143が取り付けられている。金具142、143は、導電性と弾性を有しており、本体141の内部でスナバ回路の一端に電気的に接続されている。スナバ回路の他端には導体144が電気的に接続されている。 Two clip-shaped metal fittings 142 and 143 are attached to the side surfaces of the main body 141 of the attachment 104. The metal fittings 142 and 143 have conductivity and elasticity, and are electrically connected to one end of the snubber circuit inside the main body 141. A conductor 144 is electrically connected to the other end of the snubber circuit.

金具142はバネフック142aと係止爪142bを備えており、金具143はバネフック143aと係止爪143bを備えている。アタッチメント104は、パワー端子(正極端子31と負極端子32)の延設方向(即ち図のZ方向)に沿って、半導体モジュール103に向けて移動することで、本体141とバネフック142a、143aの間に正極端子31が差し込めるようになっている。アタッチメント104を正極端子31の根本まで移動させると、係止爪142b、143bが正極端子31の切欠31c、31dに係止される。正極端子31は、本体141と金具142、143のバネフック142a、143aで挟持されるとともに、係止爪142b、143bが切欠31c、31dに係止される。図9に、正極端子31が本体141と金具142のバネフック142aの間に挟持されつつ、係止爪142bが切欠31cに係止されている状態がよく表されている。こうして、アタッチメント104は、正極端子31に固定される。アタッチメント104の係止爪142b、143bが半導体モジュール103の切欠31c、31dに係止されるので、半導体モジュール103が振動してもアタッチメント104が外れ難い。 The metal fitting 142 includes a spring hook 142a and a locking claw 142b, and the metal fitting 143 includes a spring hook 143a and a locking claw 143b. The attachment 104 moves toward the semiconductor module 103 along the extending direction (that is, the Z direction in the figure) of the power terminals (positive electrode terminal 31 and negative electrode terminal 32) between the main body 141 and the spring hooks 142a and 143a. The positive electrode terminal 31 can be inserted into the. When the attachment 104 is moved to the root of the positive electrode terminal 31, the locking claws 142b and 143b are locked in the notches 31c and 31d of the positive electrode terminal 31. The positive electrode terminal 31 is sandwiched between the main body 141 and the spring hooks 142a and 143a of the metal fittings 142 and 143, and the locking claws 142b and 143b are locked in the notches 31c and 31d. FIG. 9 well shows a state in which the locking claw 142b is locked to the notch 31c while the positive electrode terminal 31 is sandwiched between the main body 141 and the spring hook 142a of the metal fitting 142. In this way, the attachment 104 is fixed to the positive electrode terminal 31. Since the locking claws 142b and 143b of the attachment 104 are locked to the notches 31c and 31d of the semiconductor module 103, the attachment 104 is unlikely to come off even if the semiconductor module 103 vibrates.

バネフック142a、143aは弾性を有しており、正極端子31に強く押し当てられる。また、係止爪142b、143bも弾性を有しており、正極端子31の挿通時には、正極端子31の表面に倣うように湾曲する。正極端子31の根本の切欠31c、31dの位置にて係止爪142b、143bは弾性により元の状態に戻り、切欠31c、31dに係止される。 The spring hooks 142a and 143a have elasticity and are strongly pressed against the positive electrode terminal 31. Further, the locking claws 142b and 143b also have elasticity, and when the positive electrode terminal 31 is inserted, they are curved so as to follow the surface of the positive electrode terminal 31. At the positions of the notches 31c and 31d at the base of the positive electrode terminal 31, the locking claws 142b and 143b return to their original state by elasticity and are locked to the notches 31c and 31d.

金具142、143、及び、導体144は、正極端子31と負極端子32の間にスナバ回路9を電気的に接続する役割も果たす。別言すれば、アタッチメント104を半導体モジュール103に取り付けると、スナバ回路9の一端が金具142、143を介して正極端子31と導通し、スナバ回路9の他端が導体144を介して負極端子32と導通する。即ち、スナバ回路9が、半導体モジュール103の中の2個のスイッチング素子の直列接続の高電位側と低電位側の間に接続される。 The metal fittings 142, 143, and the conductor 144 also serve to electrically connect the snubber circuit 9 between the positive electrode terminal 31 and the negative electrode terminal 32. In other words, when the attachment 104 is attached to the semiconductor module 103, one end of the snubber circuit 9 conducts with the positive electrode terminal 31 via the metal fittings 142 and 143, and the other end of the snubber circuit 9 conducts with the negative electrode terminal 32 via the conductor 144. Conducts with. That is, the snubber circuit 9 is connected between the high potential side and the low potential side of the series connection of the two switching elements in the semiconductor module 103.

アタッチメント104の本体141の反対側で、正極端子31に正極バスバ51(図2参照)が接合され、負極端子32に負極バスバ52(図2参照)が接合される。 On the opposite side of the main body 141 of the attachment 104, the positive electrode bus bar 51 (see FIG. 2) is bonded to the positive electrode terminal 31, and the negative electrode bus bar 52 (see FIG. 2) is bonded to the negative electrode terminal 32.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の正極端子31が高電位側端子の一例に相当し、負極端子32が低電位側端子の一例に相当する。積層ユニット10が積層体の一例に相当する。係止爪42b、43b、142b、143bが、端子の切欠に係合される爪の一例に相当する。 The points to be noted regarding the technique described in the examples will be described. The positive electrode terminal 31 of the embodiment corresponds to an example of the high potential side terminal, and the negative electrode terminal 32 corresponds to an example of the low potential side terminal. The stacking unit 10 corresponds to an example of a laminated body. The locking claws 42b, 43b, 142b, 143b correspond to an example of a claw engaged in the notch of the terminal.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.

2:電力変換装置
3、3a−3g、103:半導体モジュール
4、104:アタッチメント
5:スナバコンデンサ
6:スナバ抵抗
9:スナバ回路
10:積層ユニット
11:バッテリ
12:フィルタコンデンサ
13:リアクトル
14a、14b:スイッチング素子
15a、15b:ダイオード
16:平滑コンデンサ
17:双方向電圧コンバータ回路
18a、18b:インバータ回路
19a、19b:走行用モータ
21:コンデンサユニット
22:冷却器
23:ハウジング
25:出力バスバ
26:端子台
27:接続端子
28:板バネ
29:リアクトルユニット
30:本体
31:正極端子
31a、31c、31d、32a:切欠
32:負極端子
35a:半導体チップ
35b:半導体チップ
41:本体
42、142、43、143:金具
42a、43a:挟持爪
42b、43b、142b、143b:係止爪
45:コンデンサ素子
46:抵抗素子
51:正極バスバ
52:負極バスバ
100:電気自動車
141:本体
142:金具
142a、143a:バネフック
2: Power converter 3, 3a-3g, 103: Semiconductor module 4, 104: Attachment 5: Snubber capacitor 6: Snubber resistor 9: Snubber circuit 10: Stacking unit 11: Battery 12: Filter capacitor 13: Reactor 14a, 14b: Switching elements 15a, 15b: Diode 16: Smoothing capacitor 17: Bidirectional voltage converter circuit 18a, 18b: Inverter circuit 19a, 19b: Traveling motor 21: Capacitor unit 22: Cooler 23: Housing 25: Output bus bar 26: Terminal block 27: Connection terminal 28: Leaf spring 29: Reactor unit 30: Main body 31: Positive electrode terminals 31a, 31c, 31d, 32a: Notch 32: Negative electrode terminal 35a: Capacitor chip 35b: Semiconductor chip 41: Main body 42, 142, 43, 143 : Metal fittings 42a, 43a: Holding claws 42b, 43b, 142b, 143b: Locking claws 45: Capacitor element 46: Resistance element 51: Positive electrode bus bar 52: Negative electrode bus bar 100: Electric vehicle 141: Main body 142: Metal fittings 142a, 143a: Spring hook

Claims (1)

半導体モジュールと冷却器が交互に並ぶように複数の半導体モジュールと複数の冷却器が積層されている積層体と、
少なくとも一つの前記半導体モジュールに取り付けられているアタッチメントと、
を備えており、
前記半導体モジュールは、スイッチング素子を含むスイッチング回路を封止しているとともに、当該スイッチング回路の高電位側端子と低電位側端子が前記積層体の積層方向と交差する方向に延びており、前記高電位側端子と前記低電位側端子の少なくとも一方に切欠が設けられており、
前記アタッチメントは、
前記高電位側端子と前記低電位側端子との間に接続されるスナバ回路を収容している本体と、
前記本体の側面に配置されており、前記本体の内部で前記スナバ回路に接続されており、前記切欠に係止される係止爪と、前記本体との間で前記切欠を有している前記高電位側端子と前記低電位側端子の前記少なくとも一方を挟み込む挟持爪と、を有している金具と、
を備えている、電力変換装置。
A laminate in which a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers are laminated so that the semiconductor modules and the coolers are arranged alternately,
With the attachment attached to at least one of the semiconductor modules,
Is equipped with
The semiconductor module, together with the seals the switching circuit including a switching element, which extends in the direction the high potential side terminal and the low potential side terminal of the switching circuit crossing the stacking direction of the laminate, the high A notch is provided in at least one of the potential side terminal and the low potential side terminal.
The attachment is
A main body containing a snubber circuit connected between the high potential side terminal and the low potential side terminal, and
The notch, which is arranged on the side surface of the main body, is connected to the snubber circuit inside the main body, and has the notch between the locking claw that is locked to the notch and the main body. A metal fitting having a high-potential side terminal and a holding claw that sandwiches at least one of the low-potential side terminals.
Equipped with a power converter.
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