特開 2024-29687 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024029687

(43)【公開日】2024-03-06

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/493 20070101AFI20240228BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240228BHJP

【ＦＩ】

H02M7/493

H02M7/48 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022132081

(22)【出願日】2022-08-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】野木 雅之

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 信彦

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA15

5H770AA21

5H770BA03

5H770CA06

5H770DA01

5H770DA11

5H770DA22

5H770DA30

5H770DA44

5H770JA10X

5H770JA11W

5H770JA11Y

5H770QA12

5H770QA14

(57)【要約】

【課題】 並列接続された複数の半導体モジュールの電流アンバランスを低減することが可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】 実施形態の電力変換装置は、正極導体と、負極導体と、正極導体と負極導体との間に並列接続された複数の第１半導体モジュールを有する第１ハーフブリッジ回路と、正極導体と負極導体との間に並列接続された複数の第２半導体モジュールを有する第２ハーフブリッジ回路と、正極導体と負極導体との間に並列接続された複数の直流コンデンサとを含む。正極導体は、複数の第１半導体モジュール及び前記複数の第２半導体モジュールを囲むロの字形を有する。負極導体は、複数の第１半導体モジュール及び複数の第２半導体モジュールを囲むロの字形を有する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極導体と、
負極導体と、
前記正極導体と前記負極導体との間に並列接続された複数の第１半導体モジュールを有し、前記複数の第１半導体モジュールの各々は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列接続されて構成される、第１ハーフブリッジ回路と、
前記正極導体と前記負極導体との間に並列接続された複数の第２半導体モジュールを有し、前記複数の第２半導体モジュールの各々は、第３スイッチング素子と第４スイッチング素子とが直列接続されて構成される、第２ハーフブリッジ回路と、
前記正極導体と前記負極導体との間に並列接続された複数の直流コンデンサと、
を具備し、
前記複数の第１半導体モジュールは、第１方向に並んで配置され、
前記複数の第２半導体モジュールは、前記第１方向に並んで配置され、前記複数の第１半導体モジュールに対して前記第１方向に直交する第２方向に隣接して配置され、
前記正極導体は、前記複数の第１半導体モジュール及び前記複数の第２半導体モジュールを囲むロの字形を有し、
前記負極導体は、前記複数の第１半導体モジュール及び前記複数の第２半導体モジュールを囲むロの字形を有する
電力変換装置。

【請求項2】

前記正極導体は、前記複数の第１半導体モジュールの正極端子に接続された第１導体部分と、前記複数の第２半導体モジュールの正極端子に接続された第２導体部分と、前記第１導体部分の一端と前記第２導体部分の一端とを接続する第３導体部分と、前記第１導体部分の他端と前記第２導体部分の他端とを接続する第４導体部分とを含み、
前記負極導体は、前記複数の第１半導体モジュールの負極端子に接続された第５導体部分と、前記複数の第２半導体モジュールの負極端子に接続された第６導体部分と、前記第５導体部分の一端と前記第６導体部分の一端とを接続する第７導体部分と、前記第５導体部分の他端と前記第６導体部分の他端とを接続する第８導体部分とを含む
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記複数の直流コンデンサは、第１グループと、第２グループとに分けて配置され、
前記第１グループの正極端子は、前記第１導体部分に接続され、
前記第２グループの正極端子は、前記第２導体部分に接続され、
前記第１グループの負極端子は、前記第５導体部分に接続され、
前記第２グループの負極端子は、前記第６導体部分に接続される
請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

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の接続ノードに接続されたＵ相導体と、
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の接続ノードに接続されたＶ相導体とをさらに具備し、
前記Ｕ相導体と前記Ｖ相導体とは、平行平板化される
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記Ｕ相導体と前記Ｖ相導体とは、絶縁層を介して積層される
請求項４に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記正極導体と前記負極導体とは、平行平板化される
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記正極導体と前記負極導体とは、絶縁層を介して積層される
請求項６に記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記第１ハーフブリッジ回路と前記第２ハーフブリッジ回路とは、フルブリッジ回路を構成し、
前記フルブリッジ回路が出力する交流電流の周波数は、商用周波数より高い
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記正極導体と前記負極導体とに接続された蓄電池をさらに具備する
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記第１乃至第４スイッチング素子の各々は、ＩＧＢＴ、又はＳｉｃ－ＭＯＳＦＥＴで構成される
請求項１に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両の補助電源装置では、絶縁変圧器を小型化するために高周波絶縁技術が適用され始めている。商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも高い周波数の交流電力をインバータ回路により生成することで、変圧器を大幅に小型化できるとともに、変圧器の重量を大幅に低減できる。このような技術は、鉄道車両の補助電源装置に限らず、蓄電池の充放電変換器等、電源の絶縁を必要とする電源装置に用いられている。

【0003】

例えば、特許文献１のような技術が提案されている。特許文献１では、架線からの直流電力をインバータ回路で高周波の交流電力に変換し、高周波変圧器で絶縁した後、整流器を介して負荷に電力を供給する方法が述べられている。

【0004】

一方、電源装置が高出力になってくると、使用しているスイッチング素子、例えばＩＧＢＴやＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子の並列数を増やす必要が出てくる。

【0005】

この時、並列接続された複数の半導体素子にできるだけ均等に電流を流すことが望ましい。しかし、電力変換装置を構成する導体のインダクタンスの影響で、並列接続された複数の半導体素子への電流バランスが均一化しにくいという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第６２５７９２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、並列接続された複数の半導体モジュールの電流アンバランスを低減することが可能な電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態に係る電力変換装置は、正極導体と、負極導体と、前記正極導体と前記負極導体との間に並列接続された複数の第１半導体モジュールを有し、前記複数の第１半導体モジュールの各々は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列接続されて構成される、第１ハーフブリッジ回路と、前記正極導体と前記負極導体との間に並列接続された複数の第２半導体モジュールを有し、前記複数の第２半導体モジュールの各々は、第３スイッチング素子と第４スイッチング素子とが直列接続されて構成される、第２ハーフブリッジ回路と、前記正極導体と前記負極導体との間に並列接続された複数の直流コンデンサとを具備する。前記複数の第１半導体モジュールは、第１方向に並んで配置される。前記複数の第２半導体モジュールは、前記第１方向に並んで配置され、前記複数の第１半導体モジュールに対して前記第１方向に直交する第２方向に隣接して配置される。前記正極導体は、前記複数の第１半導体モジュール及び前記複数の第２半導体モジュールを囲むロの字形を有する。前記負極導体は、前記複数の第１半導体モジュール及び前記複数の第２半導体モジュールを囲むロの字形を有する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係る電力変換装置の平面図である。

【図2】図２は、図１に示したＡ－Ａ´線に沿った電力変換装置の断面図である。

【図3】図３は、図１に示したＢ－Ｂ´線に沿った電力変換装置の断面図である。

【図4】図４は、図１に示したＣ－Ｃ´線に沿った電力変換装置の断面図である。

【図5】図５は、図１に示した電力変換装置の等価回路図である。

【図6】図６は、実施形態に係る電力変換装置の電流波形である。

【図7】図７は、比較例に係る電力変換装置の電流波形である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0011】

［１］ 電力変換装置１の構成
図１は、実施形態に係る電力変換装置１の平面図である。図１のＸ方向は、電力変換装置１のある一辺に沿った方向であり、Ｙ方向は、Ｘ方向に直交する方向である。図２は、図１に示したＡ－Ａ´線に沿った電力変換装置１の断面図である。図３は、図１に示したＢ－Ｂ´線に沿った電力変換装置１の断面図である。図４は、図１に示したＣ－Ｃ´線に沿った電力変換装置１の断面図である。図５は、図１に示した電力変換装置１の等価回路図である。

【0012】

電力変換装置１は、第１ハーフブリッジ回路１０、第２ハーフブリッジ回路２０、複数の直流コンデンサ３０、正極導体（Ｐ導体ともいう）４０、負極導体（Ｎ導体ともいう）４１、Ｕ相交流導体（ＡＣ_Ｕ導体ともいう）４２、Ｖ相交流導体（ＡＣ_Ｖ導体ともいう）４３、端子Ｔ１～Ｔ４、及び制御回路２を備える。

【0013】

第１ハーフブリッジ回路１０は、Ｐ導体４０とＮ導体４１との間に並列接続された複数の半導体モジュール１１を備える。複数の半導体モジュール１１の各々は、第１スイッチング素子１２と第２スイッチング素子１３とが直列接続されて構成される。スイッチング素子１２、１３は、半導体素子で構成される。スイッチング素子１２、１３からなる半導体モジュール１１は、パッケージ化されている。複数の半導体モジュール１１は、Ｘ方向に並んで配置される。図３及び図４では、半導体モジュールをＳＷと表記している。

【0014】

スイッチング素子１２、１３は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）で構成される。スイッチング素子１２、１３は、ワイドバンドギャップを有するＳｉＣ（Silicon Carbide）を用いたＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を用いてもよい。スイッチング素子にＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴを用いることで、スイッチング速度を高速化できるとともに、スイッチング損失を低減することができる。

【0015】

本実施形態では、第１ハーフブリッジ回路１０が４個の半導体モジュール１１を備える場合を例示している。半導体モジュール１１の数は、電力変換装置１に要求される出力電力に応じて適宜設定される。

【0016】

第２ハーフブリッジ回路２０は、Ｐ導体４０とＮ導体４１との間に並列接続された複数の半導体モジュール２１を備える。複数の半導体モジュール２１の各々は、第３スイッチング素子２２と第４スイッチング素子２３とが直列接続されて構成される。スイッチング素子２２、２３は、第１ハーフブリッジ回路１０と同じ種類のスイッチング素子で構成される。スイッチング素子２２、２３からなる半導体モジュール２１は、パッケージ化されている。第２ハーフブリッジ回路２０に含まれる半導体モジュール２１の数は、例えば、第１ハーフブリッジ回路１０に含まれる半導体モジュール１１の数と同じである。複数の半導体モジュール２１は、Ｘ方向に並んで配置される。

【0017】

第１スイッチング素子１２のコレクタは、正極端子（Ｐ端子ともいう）１４を用いて、Ｐ導体４０に接続される。第１スイッチング素子１２のエミッタは、交流端子（ＡＣ端子ともいう）１６を用いて、ＡＣ_Ｕ導体４２に接続される。第２スイッチング素子１３のコレクタは、ＡＣ端子１６を用いて、ＡＣ_Ｕ導体４２に接続される。第２スイッチング素子１３のエミッタは、負極端子（Ｎ端子ともいう）１５を用いて、Ｎ導体４１に接続される。Ｐ端子１４、Ｎ端子１５、及びＡＣ端子１６はそれぞれ、水平方向に突出した端子部分と、この端子部分から法線方向に延びる接続部分とを含む。ＡＣ端子１６は、第１スイッチング素子１２と第２スイッチング素子１３との接続ノードに対応する。

【0018】

第３スイッチング素子２２のコレクタは、Ｐ端子２４を用いて、Ｐ導体４０に接続される。第３スイッチング素子２２のエミッタは、ＡＣ端子２６を用いて、ＡＣ_Ｖ導体４３に接続される。第４スイッチング素子２３のコレクタは、ＡＣ端子２６を用いて、ＡＣ_Ｖ導体４３に接続される。第４スイッチング素子２３のエミッタは、Ｎ端子２５を用いて、Ｎ導体４１に接続される。Ｐ端子２４、Ｎ端子２５、及びＡＣ端子２６はそれぞれ、水平方向に突出した端子部分と、この端子部分から法線方向に延びる接続部分とを含む。ＡＣ端子２６は、第３スイッチング素子２２と第４スイッチング素子２３との接続ノードに対応する。

【0019】

スイッチング素子１２、１３、２２、２３の各々には、逆並列に（すなわち、カソードが高電位側となるように）、還流ダイオードが接続される。

【0020】

第１ハーフブリッジ回路１０に含まれるスイッチング素子１２、１３のゲートは、制御回路２に接続される。また、第２ハーフブリッジ回路２０に含まれるスイッチング素子２２、２３のゲートは、制御回路２に接続される。

【0021】

第１ハーフブリッジ回路１０と第２ハーフブリッジ回路２０とは、Ｙ方向に並ぶように配置される。第１ハーフブリッジ回路１０と第２ハーフブリッジ回路２０とは、フルブリッジ回路を構成する。フルブリッジ回路は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路として機能する。

【0022】

Ｐ導体４０とＮ導体４１との間には、複数の直流コンデンサ３０が接続される。直流コンデンサ３０は、電圧を平滑化する平滑コンデンサとして機能する。複数の直流コンデンサ３０は、正極及び負極を有する。直流コンデンサ３０の正極は、Ｐ端子３１を用いてＰ導体４０に接続される。直流コンデンサ３０の負極は、Ｎ端子３２を用いてＮ導体４１に接続される。直流コンデンサ３０の数は、電力変換装置１に要求される出力電力及び容量に応じて適宜設定される。図３及び図４では、直流コンデンサをＣと表記している。複数の直流コンデンサ３０の配置については後述する。

【0023】

Ｐ導体４０には、端子Ｔ１が接続され、Ｎ導体４１には、端子Ｔ２が接続される。端子Ｔ１と端子Ｔ２との間には、直流電源３が接続される。直流電源３は、充放電が可能な蓄電池で構成してもよい。

【0024】

ＡＣ_Ｕ導体４２には、端子Ｔ３が接続され、ＡＣ_Ｖ導体４３には、端子Ｔ４が接続される。端子Ｔ３、Ｔ４には、負荷などの任意の素子や回路（変圧器を含む）が接続される。

【0025】

制御回路２は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）やＭＰＵ（micro processing unit）などのプロセッサを少なくとも１つと、プロセッサにより実行されるプログラムを記録可能なメモリとを備えた演算回路である。制御回路２は、所望の交流電力を生成するように、スイッチング素子１２、１３、２２、２３のオン及びオフのタイミングを制御する。具体的には、制御回路２は、スイッチング素子１２、１３を交互にオンし、スイッチング素子２２、２３を交互にオンする。また、制御回路２は、スイッチング素子１２、２３を同時にオンする。これにより、制御回路２は、直流電力から交流電力を生成する。

【0026】

［１－１］ Ｐ導体４０及びＮ導体４１の具体的な構成
Ｐ導体４０は、第１ハーフブリッジ回路１０及び第２ハーフブリッジ回路２０を囲むようにして、ロの字形を有する。Ｐ導体４０は、それぞれがＸ方向に延びる第１導体部分４０－１及び第２導体部分４０－２と、第１導体部分４０－１の一端から第２導体部分４０－２の一端まで延びる第３導体部分４０－３と、第１導体部分４０－１の他端から第２導体部分４０－２の他端まで延びる第４導体部分４０－４とを備える。

【0027】

複数の直流コンデンサ３０は、第１ハーフブリッジ回路１０側に配置される第１グループ３３と、第２ハーフブリッジ回路２０側に配置される第２グループ３４とに分けられる。直流コンデンサ３０の第１グループ３３は、第１ハーフブリッジ回路１０のＹ方向に隣接して配置される。直流コンデンサ３０の第２グループ３４は、第２ハーフブリッジ回路２０のＹ方向に隣接して配置される。図１では、第１グループ３３及び第２グループ３４がそれぞれ４個の直流コンデンサ３０を備える場合を一例として示している。

【0028】

なお、直流コンデンサ３０の第１グループ３３は、１個の直流コンデンサ３０として集約して構成してもよい。同様に、直流コンデンサ３０の第２グループ３４は、１個の直流コンデンサ３０として集約して構成してもよい。この実施例の場合、直流コンデンサから半導体モジュールまでのインダクタンスを均等化する観点から、直流コンデンサのＰ端子及びＮ端子はそれぞれ、Ｘ方向に沿って複数個存在していることが望ましい。

【0029】

第１導体部分４０－１は、第１ハーフブリッジ回路１０のＰ端子１４に接続される。また、第１導体部分４０－１は、直流コンデンサ３０の第１グループ３３のＰ端子３１に接続される。

【0030】

第２導体部分４０－２は、第２ハーフブリッジ回路２０のＰ端子２４に接続される。また、第２導体部分４０－２は、直流コンデンサ３０の第２グループ３４のＰ端子３１に接続される。

【0031】

そして、第１導体部分４０－１の一端と第２導体部分４０－２の一端とは、第３導体部分４０－３によって接続される。第１導体部分４０－１の他端と第２導体部分４０－２の他端とは、第４導体部分４０－４によって接続される。

【0032】

Ｎ導体４１は、Ｐ導体４０の下方に配置される。Ｎ導体４１は、第１ハーフブリッジ回路１０及び第２ハーフブリッジ回路２０を囲むようにして、ロの字形を有し、平面視において、Ｐ導体４０に重なるように構成される。つまり、Ｎ導体４１の平面形状は、Ｐ導体４０の平面形状と同じである。Ｐ導体４０とＮ導体４１とは、平行平板化される。Ｎ導体４１は、第１ハーフブリッジ回路１０のＰ端子１４、第２ハーフブリッジ回路２０のＰ端子２４、及び直流コンデンサのＰ端子３１を通す開口部を有する。なお、Ｐ導体４０とＮ導体４１との上下の位置関係は逆でもよい。

【0033】

Ｎ導体４１は、それぞれがＸ方向に延びる第１導体部分４１－１及び第２導体部分４０－２と、第１導体部分４１－１の一端から第２導体部分４１－２の一端まで延びる第３導体部分４１－３と、第１導体部分４１－１の他端から第２導体部分４１－２の他端まで延びる第４導体部分４１－４とを備える。

【0034】

第１導体部分４１－１は、第１ハーフブリッジ回路１０のＮ端子１５に接続される。また、第１導体部分４１－１は、直流コンデンサ３０の第１グループ３３のＮ端子３２に接続される。

【0035】

第２導体部分４１－２は、第２ハーフブリッジ回路２０のＮ端子２５に接続される。また、第２導体部分４１－２は、直流コンデンサ３０の第２グループ３４のＮ端子３２に接続される。

【0036】

そして、第１導体部分４１－１の一端と第２導体部分４１－２の一端とは、第３導体部分４１－３によって接続される。第１導体部分４１－１の他端と第２導体部分４１－２の他端とは、第４導体部分４１－４によって接続される。

【0037】

Ｐ導体４０とＮ導体４１とは、ラミネートブスバーで構成される。Ｐ導体４０とＮ導体４１とは、絶縁層、導体（Ｎ導体４１）、絶縁層、導体（Ｐ導体４０）、及び絶縁層がこの順に積層されたラミネート構造を有する。換言すると、Ｐ導体４０とＮ導体４１とは、絶縁層を介して積層されるとともに、Ｐ導体４０とＮ導体４１とが上下から２個の絶縁層で挟まれる。

【0038】

Ｐ導体４０及びＮ導体４１としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、又はそれらの合金を用いることができる。

【0039】

［１－２］ ＡＣ_Ｕ導体４２及びＡＣ_Ｖ導体４３の具体的な構成
ＡＣ_Ｕ導体４２及びＡＣ_Ｖ導体４３は、第１ハーフブリッジ回路１０と第２ハーフブリッジ回路２０との間に配置される。ＡＣ_Ｕ導体４２及びＡＣ_Ｖ導体４３はそれぞれ、Ｘ方向に延びる。

【0040】

ＡＣ_Ｖ導体４３は、ＡＣ_Ｕ導体４２の上方に配置される。ＡＣ_Ｕ導体４２とＡＣ_Ｖ導体４３とは、平面視において重なるように構成される。すなわち、ＡＣ_Ｕ導体４２とＡＣ_Ｖ導体４３とは、平行平板化される。ＡＣ_Ｕ導体４２とＡＣ_Ｖ導体４３とを平行平板化することで、ＡＣ_Ｕ導体４２及びＡＣ_Ｖ導体４３のインダクタンスが低減される。図４には、ＡＣ_Ｕ導体４２とＡＣ_Ｖ導体４３とで構成されるコンデンサ４４を等価的に示している。なお、ＡＣ_Ｕ導体４２とＡＣ_Ｖ導体４３との上下の位置関係は逆でもよい。

【0041】

ＡＣ_Ｕ導体４２とＡＣ_Ｖ導体４３とは、ラミネートブスバーで構成される。ＡＣ_Ｕ導体４２とＡＣ_Ｖ導体４３とは、絶縁層、導体（ＡＣ_Ｕ導体４２）、絶縁層、導体（ＡＣ_Ｖ導体４３）、及び絶縁層がこの順に積層されたラミネート構造を有する。

【0042】

ＡＣ_Ｕ導体４２及びＡＣ_Ｖ導体４３としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、又はそれらの合金を用いることができる。

【0043】

［２］ 動作
制御回路２は、半導体モジュール１１のスイッチング素子１２、１３、及び半導体モジュール２１のスイッチング素子２２、２３の動作を制御する。制御回路２は、スイッチング素子１２、２３と、スイッチング素子１３、２２とを交互にオンするように、ゲート電圧を制御する。

【0044】

第１ハーフブリッジ回路１０及び第２ハーフブリッジ回路２０からなるフルブリッジ回路は、直流電力から単相交流電力を生成する。生成された単相交流電力は、端子Ｔ３、Ｔ４から出力される。

【0045】

また、制御回路２は、生成する交流電流の周波数を商用周波数より高く設定する。交流電力の周波数は、スイッチング素子のスイッチング周波数に対応する。商用周波数は、商用電源の周波数であり、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである。

【0046】

本実施形態では、Ｘ方向に並んだ複数の半導体モジュール１１と、Ｘ方向に並んだ複数の半導体モジュール２１とを囲むように、ロの字形のＰ導体４０、及びロの字形のＮ導体４１が設けられる。複数の半導体モジュール１１及び複数の半導体モジュールに２０には、Ｐ導体４０の第３導体部分４０－３を用いて左側から電流が供給されるとともに、Ｐ導体４０の第４導体部分４０－４を用いて右側から電流が供給される。同様に、複数の半導体モジュール１１及び複数の半導体モジュールに２０には、Ｎ導体４１の第３導体部分４１－３を用いて左側から電流が供給されるとともに、Ｎ導体４１の第４導体部分４１－４を用いて右側から電流が供給される。

【0047】

これにより、複数の半導体モジュール１１と複数の直流コンデンサ３０との間のインダクタンスの差を低減できる。よって、複数の直流コンデンサ３０から複数の半導体モジュール１１に流れる電流のアンバランスを低減できる。同様に、複数の直流コンデンサ３０から複数の半導体モジュール２１に流れる電流のアンバランスを低減できる。

【0048】

また、ＡＣ_Ｕ導体４２とＡＣ_Ｖ導体４３とを平行平板化することで、ＡＣ_Ｕ導体４２及びＡＣ_Ｖ導体４３のインダクタンスが低減される。この交流側のインダクタンスを低減することで、直流側のインダクタンスによる電流バランスへの影響が支配的となる。これにより、直流側のインダクタンスの均等化に伴う半導体モジュールの電流バランスの均等化により一層資することが可能になる。

【0049】

図６は、実施形態に係る電力変換装置１の電流波形である。図６は、第１ハーフブリッジ回路１０に含まれる４個の半導体モジュール１１のＰ端子１４の電流波形である。図６では、４個の半導体モジュール１１をＩＧＢＴ１～ＩＧＢＴ４と表記している。ＩＧＢＴ１～ＩＧＢＴ４はそれぞれ、図１の左から順に並んだ４個の半導体モジュール１１に対応する。波形における時間、及び電流は、任意単位である。

【0050】

図７は、比較例に係る電力変換装置の電流波形である。比較例では、第１ハーフブリッジ回路１０用の導体と、第２ハーフブリッジ回路２０用の導体とが分離されている。すなわち、第１ハーフブリッジ回路１０用の導体と、第２ハーフブリッジ回路２０用の導体とはそれぞれ、直線状に構成されている。

【0051】

図７では、ＩＧＢＴ１～ＩＧＢＴ４の電流アンバランスが大きくなっている。図６の本実施形態は、比較例に比べて、複数の半導体モジュール間の電流アンバランスを低減できている。

【0052】

［３］ 実施形態の効果
以上詳述したように実施形態では、Ｐ導体４０及びＮ導体をそれぞれ、第１ハーフブリッジ回路１０及び第２ハーフブリッジ回路２０を囲むようにロの字形で構成するようにしている。そして、第１ハーフブリッジ回路１０及び第２ハーフブリッジ回路２０に含まれる複数の半導体モジュールに均等に電流が流れるように電流経路を構成するようにしている。これにより、並列接続された複数の半導体モジュールの電流アンバランスを低減することが可能な電力変換装置を実現できる。

【0053】

また、交流電力を出力する側（交流側）のＡＣ_Ｕ導体４２とＡＣ_Ｖ導体４３とを平行平板化するようにしている。これにより、ＡＣ_Ｕ導体４２とＡＣ_Ｖ導体４３とのインダクタンスが低減される。この交流側のインダクタンスを低減することで、直流電力が供給される側（直流側）のインダクタンスによる電流バランスへの影響が支配的となる。これにより、半導体モジュールの電流アンバランスをより低減できる。

【0054】

また、電力変換装置１は、商用周波数よりも高い周波数の交流電力を、フルブリッジ回路を用いて生成するようにしている。これにより、電力変換装置１に接続される変圧器を大幅に小型化できるとともに、変圧器の重量を大幅に低減できる。

【0055】

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

【符号の説明】

【0056】

１…電力変換装置、２…制御回路、３…直流電源、１０…第１ハーフブリッジ回路、１１…半導体モジュール、１２…第１スイッチング素子、１３…第２スイッチング素子、１４…Ｐ端子、１５…Ｎ端子、１６…ＡＣ端子、２０…第２ハーフブリッジ回路、２１…半導体モジュール、２２…第３スイッチング素子、２３…第４スイッチング素子、２４…Ｐ端子、２５…Ｎ端子、２６…ＡＣ端子、３０…直流コンデンサ、３１…Ｐ端子、３２…Ｎ端子、４０…Ｐ導体、４１…Ｎ導体、４２…ＡＣ_Ｕ導体、４３…ＡＣ_Ｖ導体、４４…コンデンサ、Ｔ１～Ｔ４…端子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】