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JP2001238460A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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Publication number
JP2001238460A
JP2001238460A JP2000047667A JP2000047667A JP2001238460A JP 2001238460 A JP2001238460 A JP 2001238460A JP 2000047667 A JP2000047667 A JP 2000047667A JP 2000047667 A JP2000047667 A JP 2000047667A JP 2001238460 A JP2001238460 A JP 2001238460A
Authority
JP
Japan
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switching element
press
module
contact
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000047667A
Other languages
English (en)
Inventor
Shuji Kato
修治 加藤
Shigeta Ueda
茂太 上田
Ryuji Iyotani
隆二 伊予谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2000047667A priority Critical patent/JP2001238460A/ja
Publication of JP2001238460A publication Critical patent/JP2001238460A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/66Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal
    • H02M7/68Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モジュール型スイッチング素子を直列接続し
た場合の信頼性を高める手段を備えた電力変換装置を提
供する。 【解決手段】 阻止すべき電圧に応じて直列接続された
複数の自己消弧型半導体スイッチング素子を有する電力
変換装置において、自己消弧型半導体スイッチング素子
が、半導体チップ3を絶縁基板上に搭載したモジュール
型スイッチング素子であり、モジュール型スイッチング
素子3と電気的に並列に、半導体チップを両面からパッ
ケージ電極で挟み込んだ圧接型スイッチング素子4を接
続した。故障が発生した時に、故障したスイッチング素
子3に並列接続された圧接型スイッチング素子4が短絡
状態となり、そのアームはオン状態に復帰する。それ以
降は、故障したスイッチング素子3をバイパスし、他の
健全なスイッチング素子3だけで、通常通りの運転を継
続できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体スイッチン
グ素子を直列接続して使用する電力変換装置に係り、特
に、モジュール型スイッチング素子を直列接続して使用
する際の信頼性を高める手段に関する。
【0002】
【従来の技術】高電圧自励式の電力変換器では、高電圧
を阻止するために、自己消弧型半導体スイッチング素子
を直列接続する必要がある。電力用途などの高信頼性が
要求される電力変換器においては、一部のスイッチング
素子が故障しても運転を継続できるように、スイッチン
グ素子の直列接続数を増やし、電圧に関して余裕を持た
せてある。各スイッチング素子が故障した場合、電気的
に短絡状態になるように構成すると、残りの健全なスイ
ッチング素子だけで運転を継続できる。したがって、高
信頼性が要求される高電圧電力変換装置には、故障する
と短絡状態になる圧接型スイッチング素子を使用してき
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、圧接型スイッ
チング素子では、チップを均一に加圧しなければならな
いので、パッケージのバッファ電極を厚くする必要があ
り、チップからパッケージ表面までの熱抵抗が大きくな
る欠点がある。パッケージの熱抵抗が大きいと、スイッ
チング素子の発熱による温度上昇が大きくなり、許容損
失が低下する。高調波の除去には、スイッチング素子の
周波数を高くすることが好ましいが、スイッチング損失
の増大によるスイッチング素子の温度上昇がボトルネッ
クとなり、スイッチング周波数を上げることが困難とな
る。
【0004】一方、モジュール型スイッチング素子で
は、チップとパッケージ表面との距離を短くでき、熱抵
抗は小さいが、故障した場合には、モジュール型スイッ
チング素子が電気的に開放状態になるので、直列接続で
は、代替路を確保していわゆる冗長性を高めることがで
きず、高信頼性は得られなかった。
【0005】本発明の目的は、モジュール型スイッチン
グ素子を直列接続した場合の信頼性を高める手段を備え
た電力変換装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、阻止すべき電圧に応じて直列接続された
複数の自己消弧型半導体スイッチング素子を有する電力
変換装置において、自己消弧型半導体スイッチング素子
が、半導体チップを絶縁基板上に搭載したモジュール型
スイッチング素子であり、モジュール型スイッチング素
子と電気的に並列に、半導体チップを両面からパッケー
ジ電極で挟み込んだ圧接型スイッチング素子を接続した
電力変換装置を提案する。
【0007】前記圧接型スイッチング素子は、具体的に
は、pnp構造の半導体素子、pnpn構造の半導体素
子、互いに電気的に逆向きに直列接続されたダイオー
ド、または、モジュール型スイッチング素子内の還流ダ
イオードと同じ向きに接続されるダイオードである。
【0008】いずれの電力変換装置においても、圧接型
スイッチング素子の耐圧を、モジュール型スイッチング
素子の耐圧よりも低くすることもできる。
【0009】本発明では、モジュール型スイッチング素
子と並列に、このモジュール型スイッチング素子と同等
の耐電圧性を有する圧接型スイッチング素子を接続す
る。このような耐電圧性の圧接型スイッチング素子とし
ては、pnp素子,pnpn素子,ダイオード素子,互
いに逆向きに直列接続されたダイオード素子などが考え
られる。
【0010】自己消弧型半導体スイッチング素子を用い
たアームにより直流電圧源からの電力を交流に変換し負
荷に供給する電力変換装置において、何らかの理由で、
あるモジュール型スイッチング素子が故障し、開放状態
になったとする。
【0011】もし、スイッチング素子の故障が発生した
時に、そのアームがオン状態であれば、直流電圧と負荷
のインダクタンスに発生する電圧とが、本発明において
は、故障したスイッチング素子に並列接続された圧接型
スイッチング素子にすべて印加され、その許容電圧を超
えるので、この圧接型スイッチング素子が短絡状態とな
り、そのアームはオン状態に復帰する。それ以降は、故
障したスイッチング素子をバイパスし、健全なスイッチ
ング素子だけで、通常通りの運転を継続できる。
【0012】一方、スイッチング素子の故障が発生した
時に、そのアームがオフ状態であれば、直流電圧は、故
障したスイッチング素子に並列接続された圧接型スイッ
チング素子と他の直列接続されたスイッチング素子とで
分圧される。オン状態に移行すると、故障したスイッチ
ング素子を除くスイッチング素子が点弧され、低インピ
ーダンスとなるので、この場合も、直流電圧は、故障し
たスイッチング素子に並列接続された圧接型スイッチン
グ素子に印加され、この圧接型スイッチング素子が短絡
状態となり、オン状態に復帰する。それ以後は、通常通
りの運転を継続できる。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、図1ないし図21を参照し
て、本発明による電力変換装置の実施形態を詳細に説明
する。
【0014】
【実施形態1】図1は、本発明を適用する電力変換装置
の全体構成を概略的に示す系統図である。本電力変換装
置においては、2段に直列接続したアーム5を3相分並
列接続し、直流電圧源6にまとめて接続してある。2段
に直列接続した各アームの中点には、各相の負荷71を
接続してある。PWM制御やPAM制御により生成した
ドライブ信号をIGBT1に入力して、アーム5全体を
オンオフさせて、交流電圧を作り出し、負荷71に印加
させる。
【0015】図2は、図1の系統構成から、本発明によ
る電力変換装置の実施形態1における1相分の主要部を
抜き出して示すブロック図である。2つのアーム5が直
流電源6と直列接続され、2つのアーム5の中点には、
インダクタンス負荷7が接続されている。それぞれのア
ーム5では、IGBT1と還流ダイオード2とが並列に
接続されモジュール型スイッチング素子3を形成してい
る。複数のモジュール型スイッチング素子3は、それぞ
れのドライブ回路8に接続されるとともに、互いには直
列接続されている。
【0016】本実施形態1では、主素子であるモジュー
ル型スイッチング素子3にそれぞれ並列に、圧接型のp
np素子4を接続してある。圧接型のpnp素子4は、
IGBT1の順耐圧と同等の順逆耐圧特性を有する。な
お、IGBT1および還流ダイオード2は、任意の数の
チップからなる。
【0017】図3は、モジュール型スイッチング素子3
内部の回路構成を示す図である。パッケージ31の外面
には、エミッタ端子341と、コレクタ端子342と、
エミッタ補助端子3411と、ゲート端子343とを設
置してある。エミッタ端子341は、IGBTのエミッ
タおよび還流ダイオード21のアノードと電気的に接続
され、エミッタ補助端子3411は、エミッタ端子34
1と電気的に接続されている。コレクタ端子342は、
IGBTのコレクタと電気的に接続されている。ゲート
端子343は、各IGBTチップ11のゲートと電気的
に接続されている。エミッタ端子341およびコレクタ
端子342は、主電流の通流に用い、ゲート端子343
とエミッタ補助端子3411は、ゲート回路との接続に
用いる。各端子の数および接続されるIGBTチップや
ダイオードチップの数は任意である。
【0018】図4は、図3のモジュール型スイッチング
素子3の内部構造の一例を示す断面図である。絶縁基板
32上にコレクタ電極112を介してIGBTチップ1
1が設置され、その上にエミッタ電極111が形成され
ている。エミッタ電極111は、ワイヤボンディング3
5により、エミッタパッド3415と接続されている。
同様に、コレクタ電極112は、ワイヤボンディング3
5により、コレクタパッド3425と接続されている。
パッド3415は、銅バーにより、エミッタ端子341
と接続されている。パッド3425は、銅バー33によ
り、コレクタ端子342と接続されている。
【0019】本発明のモジュール型スイッチング素子
は、図3または図4に示した構成には限定されない。I
GBTチップと還流ダイオードチップとを内蔵し、アノ
ード電極,カソード電極など主電流が通流する半導体チ
ップ上の電極が、ワイヤボンディングまたは半田等を介
して、パッケージ上の端子に電気的に接続され、過電
圧,過電流などでIGBTチップまたは還流ダイオード
チップが電気的に破壊した時に、素子電極とパッケージ
電極との間の金属線が切断され、電気的に開放となる可
能性がある素子であれば、本発明のモジュール型スイッ
チング素子として採用できる。
【0020】図5は、圧接型のpnp素子4の上面構造
を示す図であり、図6は、圧接型のpnp素子4の内部
構造を示す断面図である。パッケージ41の上面にカソ
ード端子441が設置され、下面にアノード端子442
が設置されている。pnpチップ401の上面にはカソ
ード電極422が形成され、下面には、アノード電極4
23が形成されている。カソード電極422,pnpチ
ップ401,アノード電極423は、上下をモリブデン
バッファ425に挟まれており、モリブデンバッファ4
25も、カソード端子441とアノード端子442とに
挟み込まれている。カソード端子441とアノード端子
442とを圧接すると、電気的導通状態が保たれ、pn
pチップ401が過電圧,過電流などで電気的に故障し
て短絡となっても、電極422と端子441との間の導
通および電極423と442との間の導通は保たれる。
すなわち、スイッチング素子が故障した時は、電気的に
短絡状態となる。
【0021】本発明の圧接型のpnp素子4は、図5ま
たは図6に示した構造に限定されない。パッケージ電極
と半導体チップ上の電極との間に、例えば1kg/cm2以
上の圧力を加えて、アノード,カソード電極などの半導
体チップ上の主電極をMo,Cuなどの金属板を介して
パッケージ上の電極に電気的に接続し、過電流,過電圧
により半導体チップが破壊しても、電気的には短絡され
た状態となる素子であれば、本発明の圧接型のpnp素
子として採用できる。
【0022】図7は、図1の直列スイッチング素子のう
ち2段の直列分のみの実装構造を示す平面図であり、図
8は、図7の実装構造の側面図である。モジュール型ス
イッチング素子3の各エミッタ端子341と加圧治具8
0の下電極84とは、銅板81により電気的に接続され
ている。各コレクタ端子342と加圧治具80の上電極
83とは、電気的に接続されている。上電極83と圧接
型のpnp素子4とは、エミッタ端子441を挟み込ん
でいる。下電極84と圧接型のpnp素子4とは、コレ
クタ端子442を挟み込んでいる。上電極84は、ばね
付き銅板87およびボルト86により、加圧状態に保た
れている。これらの構造物は、冷却フィン85に取付け
られている。このように構成された1直列分は、銅板8
7により、他の直列スイッチング素子に接続される。し
たがって、1直列スイッチング素子群900のモジュー
ル3が故障して開放となっても、それに並列接続された
圧接型のpnp素子4が短絡すれば、他の直列スイッチ
ング素子群901等に電流を通流できることになる。
【0023】図2において、1つのアーム5内のIGB
T5、例えば、アーム5N内またはアーム5P内のモジ
ュール3のIGBT1は、それぞれ同時にオンオフさせ
る。対となったアーム5は、同時にはオンさせない。P
WM制御やPAM制御により生成したドライブ信号をI
GBT1に入力し、アーム5をオンオフさせ、インダク
タンス負荷7に印加する電圧実効値を制御する。
【0024】ここでアーム5Nとアーム5Pとを交互に
オンオフ制御して、アーム5Pへのドライブ信号がオフ
状態、アーム5がオン状態である時に着目する。オン状
態において、電流は、直流電圧源6→アーム5N→イン
ダクタンス負荷7という経路で流れる。
【0025】アーム5Nをターンオフさせると、アーム
5Nには、主回路、すなわち、直流電圧源6→アーム5
N→アーム5P→直流電圧源6の経路に存在する配線イ
ンダクタンス9に発生する電圧と直流電圧源6の電圧の
和が印加される。そこで、アーム5N内のモジュール3
の直列接続数は、この電圧を阻止できるように設定する
必要がある。一部のモジュール3が故障しても、電力変
換装置の運転を継続できるように、直列接続数には、余
裕を持たせる。すべてのスイッチング素子には故障モー
ドが短絡となる圧接型のpnp素子4を並列に接続した
モジュール3を少なくとも1個余分に接続する。
【0026】なお、圧接型のpnp素子4は、定常時に
IGBT1の順耐圧と同等の順逆耐圧特性を示すので、
圧接型のpnp素子4には、電流は流れない。
【0027】例えば、アーム5Nがオフ状態において、
モジュール3FのIGBTが故障して、開放になったと
する。直流電圧源6の電圧は、故障したモジュール3F
に並列接続された圧接型のpnp素子4Fと、他のモジ
ュール3または圧接型のpnp素子4とにより分圧され
る。次にアーム5Nの各モジュール3にオン信号が印加
されると、故障したモジュール3Fを除くモジュール3
は、ターンオンして、低インピーダンスとなるので、圧
接型のpnp素子4Fには、直流電圧がすべて印加され
る。この状態では、圧接型のpnp素子4Fが過電圧印
加となり、故障して短絡する。したがって、電流は、短
絡した圧接型のpnp素子4Fを通して流れることが可
能となり、残りの健全なスイッチング素子により、運転
を継続できる。
【0028】一方、アーム5Nがオン状態で、モジュー
ル3FのIGBTが故障して開放になったとする。モジ
ュール3FのIGBTが故障して、開放となったので、
電流が一時的に遮断されるが、直流電圧源6の電圧等
が、故障したモジュール3Fに並列に接続された圧接型
のpnp素子4Fに印加されるので、圧接型のpnp素
子4Fが故障して短絡となる。したがって、短絡した圧
接型のpnp素子4Fを経由する電流の通流が可能とな
り、運転が即座に再開される。
【0029】
【実施形態2】図9は、図1の系統構成から、本発明に
よる電力変換装置の実施形態2における1相分の主要部
を抜き出して示すブロック図である。図3は、本実施形
態2のモジュール型スイッチング素子3内部の回路構成
を示す図であり、図4は、図3のモジュール型スイッチ
ング素子3の内部構造の一例を示す断面図である。図1
0は、圧接型のpnpn素子41の上面構造を示す図で
あり、図11は、圧接型のpnpn素子41の内部構造
を示す断面図である。図12は、実施形態2の直列スイ
ッチング素子のうち2段の直列分のみの実装構造を示す
平面図であり、図13は、図12の実装構造の側面図で
ある。
【0030】本実施形態2は、実施形態1における圧接
型のpnp素子4を圧接型のpnpn素子41に置き換
えた例である。圧接型のpnpn素子41としては、サ
イリスタやGTO素子等の高耐圧素子が多種類販売され
ているので、入手が容易である。
【0031】実施形態2の動作上の効果は、実施形態1
の効果とほぼ同様である。
【0032】
【実施形態3】図14は、図1の系統構成から、本発明
による電力変換装置の実施形態3における1相分の主要
部を抜き出して示すブロック図である。図3は、モジュ
ール型スイッチング素子3内部の回路構成を示す図であ
り、図4は、モジュール型スイッチング素子3の内部構
造の一例を示す断面図である。図15は、圧接型ダイオ
ード素子42の上面構造を示す図であり、図16は、圧
接型ダイオード素子42の内部構造を示す断面図であ
る。図17は、実施形態3の直列スイッチング素子のう
ち2段の直列分のみの実装構造を示す平面図であり、図
18は、図17の実装構造の側面図である。
【0033】本実施形態3においては、実施形態1のp
np素子4や実施形態2のpnpn素子41に代えて、
圧接型のダイオード42を逆向きに2個直列接続した素
子を採用している。
【0034】圧接型のダイオード42は、IGBT1の
順耐圧と同等の順逆耐圧特性を有するので、定常時は、
圧接型のダイオード42に電流が流れない。
【0035】例えば、アーム5Nがオフ状態において、
モジュール3FのIGBTが故障して、開放になったと
する。直流電圧源6の電圧は、故障したモジュール3F
に並列に接続された圧接型のダイオード42AF、すな
わち、ダイオード42のうちで、還流ダイオード2と同
じ向きのものと、他のモジュール3または圧接型のダイ
オード42Aとにより分圧される。次にアーム5Nの各
モジュール3にオン信号が印加されると、故障したモジ
ュール3Fを除くモジュール3は、ターンオンして、低
インピーダンスとなる。すると、圧接型のダイオード4
2AFにかかる電圧が大きくなり、圧接型のダイオード
42AFも故障して短絡となる。したがって、電流は、
短絡した圧接型のダイオード42AFを経由して電流の
通流が可能となり、残りの健全なスイッチング素子によ
り、運転を継続できるようになる。
【0036】一方、アーム5Nがオン状態において、モ
ジュール3FのIGBTが故障して開放になったとす
る。モジュール3FのIGBTが故障して開放される
と、電流が一時的に遮断されるが、直流電圧源6の電圧
が、故障したモジュール3Fに並列に接続された圧接型
のダイオード42AFに印加され、圧接型のダイオード
42AFも故障して短絡となる。したがって、短絡した
圧接型のダイオード42AFを経由して電流の通流が可
能となり、残りの健全なスイッチング素子により、運転
が即座に再開される。
【0037】
【実施形態4】図19は、図1の系統構成から、本発明
による電力変換装置の実施形態4における1相分の主要
部を抜き出して示すブロック図である。図3は、モジュ
ール型スイッチング素子3内部の回路構成を示す図であ
り、図4は、モジュール型スイッチング素子3の内部構
造の一例を示す断面図である。圧接型ダイオード素子4
2の上面構造を示す図であり、図16は、圧接型ダイオ
ード素子42の内部構造を示す断面図である。図20
は、実施形態4の直列スイッチング素子のうち2段の直
列分のみの実装構造を示す平面図であり、図21は、図
20の実装構造の側面図である。
【0038】本実施形態4においては、実施形態1のp
np素子4や実施形態2のpnpn素子41に代えて、
圧接型のダイオード42が還流ダイオード2と同じ向き
に接続される。
【0039】本実施形態4では、還流ダイオード2と電
気的に並列に圧接型ダイオード42を接続するので、電
流容量に余裕ができる特徴がある。また、実施形態3よ
りも圧接型スイッチング素子数が少ないという利点もあ
る。
【0040】スイッチング素子の故障が発生した時の動
作および実施形態の効果は、実施形態1ないし3とほぼ
同様である。
【0041】
【実施形態5】実施形態1から4において、圧接型のp
np素子4,圧接型のpnpn素子4,圧接型ダイオー
ド素子42の耐圧を、モジュール3の素子マージンを考
慮して、それよりも低く設定する。オフ状態において、
あるモジュール3に過電圧が印加されようとすると、モ
ジュール3に並列に接続された圧接型のpnp素子4,
圧接型のpnpn素子4,圧接型ダイオード素子42等
が、先に故障して短絡するので、モジュール3は故障し
ない。さらに、オフ状態においては、圧接型スイッチン
グ素子が短絡となるので、実施形態1から4のようなス
イッチング素子故障による瞬時の運転中断を経由するこ
となく、運転を継続できる。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、スイッチング素子の故
障が発生した時に、そのアームがオン状態であれば、故
障したスイッチング素子に並列接続された圧接型スイッ
チング素子にすべて印加され、その許容電圧を超えるの
で、圧接型スイッチング素子が短絡状態となり、そのア
ームはオン状態に復帰する。それ以降は、故障したスイ
ッチング素子をバイパスし、健全なスイッチング素子だ
けで、通常通りの運転を継続できる。
【0043】一方、スイッチング素子の故障が発生した
時に、そのアームがオフ状態であれば、次のオン状態移
行時点で、故障したスイッチング素子に並列接続された
圧接型スイッチング素子が短絡状態となり、そのアーム
はオン状態に復帰する。それ以後は、通常通りの運転を
継続できる。
【0044】したがって、直列接続したモジュール型ス
イッチング素子のいずれかが故障した場合でも、実質的
に通常の運転を継続できるので、電力変換装置の信頼性
が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する電力変換装置の全体構成を概
略的に示す系統図である。
【図2】図1の系統構成から、本発明による電力変換装
置の実施形態1における1相分の主要部を抜き出して示
すブロック図である。
【図3】モジュール型スイッチング素子内部の回路構成
を示す図である。
【図4】モジュール型スイッチング素子の内部構造の一
例を示す断面図である。
【図5】圧接型のpnp素子4の上面構造を示す図であ
る。
【図6】圧接型のpnp素子の内部構造を示す断面図で
ある。
【図7】図1の直列スイッチング素子のうち2段の直列
分のみの実装構造を示す平面図である。
【図8】図7の実装構造の側面図である。
【図9】図1の系統構成から、本発明による電力変換装
置の実施形態2における1相分の主要部を抜き出して示
すブロック図である。
【図10】圧接型のpnpn素子41の上面構造を示す
図である。
【図11】圧接型のpnpn素子41の内部構造を示す
断面図である。
【図12】実施形態2の直列スイッチング素子のうち2
段の直列分のみの実装構造を示す平面図である。
【図13】図12の実装構造の側面図である。
【図14】図1の系統構成から、本発明による電力変換
装置の実施形態3における1相分の主要部を抜き出して
示すブロック図である。
【図15】圧接型ダイオード素子42の上面構造を示す
図である。
【図16】圧接型ダイオード素子42の内部構造を示す
断面図である。
【図17】実施形態3の直列スイッチング素子のうち2
段の直列分のみの実装構造を示す平面図である。
【図18】図17の実装構造の側面図である。
【図19】図1の系統構成から、本発明による電力変換
装置の実施形態4における1相分の主要部を抜き出して
示すブロック図である。
【図20】実施形態4の直列スイッチング素子のうち2
段の直列分のみの実装構造を示す平面図である。
【図21】図20の実装構造の側面図である。
【符号の説明】 1 IGBT 11 IGBTチップ 111 エミッタ電極 112 コレクタ電極 2 還流ダイオード 21 還流ダイオードチップ 3 モジュール 3F 故障するモジュール 341 エミッタ端子 3411 エミッタ補助端子 3415 エミッタパッド 342 コレクタ端子 3425 コレクタパッド 35 ワイヤボンディング 4 圧接型のpnp素子 401 pnpチップ 4F 圧接型のpnp素子 41 圧接型のpnpn素子 41F 圧接型のpnpn素子 411 pnpnチップ 42 圧接型のダイオード 42F 圧接型のダイオード 42A 圧接型のダイオード 42AF 圧接型のダイオード 421 ダイオードチップ 422 カソード電極 423 アノード電極 425 モリブデンバッファ 43 パッケージ 441 カソード端子 442 アノード端子 5 アーム 5N Nアーム 5P Pアーム 6 直流電圧源 7 インダクタンス負荷 71 トランス 80 加圧治具 83 上電極 84 下電極 85 冷却フィン 86 ボルト 87 ばね付き上板 88 下板 900 1直列素子群 901 他の直列素子群 999 断面個所
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02M 7/12 H02M 7/12 H 7/5387 7/5387 Z (72)発明者 伊予谷 隆二 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 5H006 HA07 5H007 AA06 CA01 CB05 CC05 CC06 DA05 FA03 FA06 FA13 HA04 5H740 AA04 BA11 BA15 BA18 BB05 BB07 BB08 BC01 BC02 MM11 PP01 PP02

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 阻止すべき電圧に応じて直列接続された
    複数の自己消弧型半導体スイッチング素子を有する電力
    変換装置において、 前記自己消弧型半導体スイッチング素子が、半導体チッ
    プを絶縁基板上に搭載したモジュール型スイッチング素
    子であり、 前記モジュール型スイッチング素子と電気的に並列に、
    半導体チップを両面からパッケージ電極で挟み込んだ圧
    接型スイッチング素子を接続したことを特徴とする電力
    変換装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の電力変換装置におい
    て、 前記圧接型スイッチング素子が、pnp構造の半導体素
    子であることを特徴とする電力変換装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の電力変換装置におい
    て、 前記圧接型スイッチング素子が、pnpn構造の半導体
    素子であることを特徴とする電力変換装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の電力変換装置におい
    て、 前記圧接型スイッチング素子が、互いに電気的に逆向き
    に直列接続されたダイオードであることを特徴とする電
    力変換装置。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の電力変換装置におい
    て、 前記圧接型スイッチング素子が、前記モジュール型スイ
    ッチング素子内の還流ダイオードと同じ向きに接続され
    るダイオードであることを特徴とする電力変換装置。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか一項に記載
    の電力変換装置において、 前記圧接型スイッチング素子の耐圧が、前記モジュール
    型スイッチング素子の耐圧よりも低いことを特徴とする
    電力変換装置。
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