JP2006174566A - Current control element, booster and inverter device - Google Patents

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Kenji Eto
賢二 江藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current control element easy in assembling a power control circuit, such as a booster circuit and an inverter circuit, and to provide a booster equipped with the current control element and an inverter device. <P>SOLUTION: The control element 100 includes an electrode P that applies a positive-side voltage; an electrode N that applies a negative-side voltage; control electrodes G1, G2 that input current controlling control signals; a substrate B, on which a diode element D1 and an IGBT element T1 are mounted on one main surface, and a diode element D2 and an IGBT element T2 are mounted on the other main surface; and an output electrode M. The current control element 100 is formed, by winding in the IGBT elements T1, T2 and the diode elements D1, D2 into a film capacitor, and the diode elements D1, D2 and the IGBT elements T1, T2 are coated so as to be non-contactable with the outside as one body integrated with the capacitor. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電流制御素子、昇圧装置およびインバータ装置に関し、特に、コンデンサと一体化された電流制御素子およびそれを備える昇圧装置ならびにインバータ装置に関する。   The present invention relates to a current control element, a booster device, and an inverter device, and more particularly to a current control element integrated with a capacitor, a booster device including the current control element, and an inverter device.

近年、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等のように、車両推進用の駆動源として交流式モータを採用し、この交流式モータを駆動するインバータ装置を搭載する自動車が登場している。   In recent years, vehicles such as electric vehicles, hybrid vehicles, and fuel cell vehicles that employ an AC motor as a drive source for vehicle propulsion and are equipped with an inverter device that drives the AC motor have appeared.

このような自動車では、交流式モータをインバータ装置で駆動する駆動装置の小型化が要求されている。このようなインバータ装置は、一般にIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子と整流用のダイオード素子で構成されている。   In such automobiles, downsizing of a driving device that drives an AC motor with an inverter device is required. Such an inverter device is generally composed of a switching element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) and a rectifying diode element.

特開平11−18429号公報(特許文献1)には、IGBTチップと電解コンデンサチップとを直接冷却するために1つの冷却ヒートシンクの上にマウントした制御モジュールが開示されている。
特開平11−18429号公報 特開平11−103577号公報 特開2003−33044号公報 実開平6−38228号公報
Japanese Patent Laid-Open No. 11-18429 (Patent Document 1) discloses a control module mounted on one cooling heat sink in order to directly cool the IGBT chip and the electrolytic capacitor chip.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-18429 Japanese Patent Laid-Open No. 11-103577 JP 2003-33044 A Japanese Utility Model Publication No. 6-38228

たとえば、ハイブリッド自動車においては、コストおよびスペース上の制約が大きく、単品のIGBT素子やコンデンサ素子を組合せて使用するのであればコストやスペース的に難がある。   For example, in a hybrid vehicle, cost and space restrictions are large, and if a single IGBT element or capacitor element is used in combination, there are difficulties in cost and space.

特開平11−18429号公報(特許文献1)に開示された技術では、IGBTなどのパワー素子にコンデンサを後付けしたり、またはパワーモジュールの中にコンデンサ素子を内蔵させたりしている。つまり、従来では、パワー素子とコンデンサの単品を組合せて用いたり、またはパワーモジュールの中にコンデンサ素子を組込んだりしているに過ぎない。このため、部品点数が多く、組立にコストがかかりパワーモジュールの大きさが大きいという問題がある。   In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-18429 (Patent Document 1), a capacitor is retrofitted to a power element such as an IGBT, or a capacitor element is built in a power module. That is, conventionally, a power element and a single capacitor are used in combination, or a capacitor element is merely incorporated in a power module. For this reason, there is a problem that the number of parts is large, assembly costs are high, and the size of the power module is large.

またたとえば、ハイブリッド自動車においては、いっそうの燃費向上が要求されており、スイッチング損失を低減することが必須である。しかしながら、スイッチング損失を低減するためには従来よりも高速にスイッチングすることが必要となるが、高速スイッチングを行なうと、IGBT素子の両端に生ずるサージ電圧が大きくなり、追加的にスナバ回路を組込む必要があった。   Further, for example, in a hybrid vehicle, further improvement in fuel efficiency is required, and it is essential to reduce switching loss. However, in order to reduce switching loss, it is necessary to perform switching at a higher speed than in the past. However, if high-speed switching is performed, the surge voltage generated at both ends of the IGBT element increases, and it is necessary to additionally incorporate a snubber circuit. was there.

スナバ回路は、電流の流れをオン/オフするスイッチング回路において,切り替わりの過渡状態で発生する高いスパイク電圧を防止する回路である。スパイク電圧は電流の流れる経路の配線などのインダクタンス分によって出るもので,とくにスイッチがオフした瞬間に大きく出るものである。   The snubber circuit is a circuit for preventing a high spike voltage generated in a switching transient state in a switching circuit for turning on / off a current flow. The spike voltage is generated by the inductance of the wiring in the current flow path, and is particularly large when the switch is turned off.

この発明は、昇圧回路やインバータ回路などの電力制御回路を組立てることが容易な電流制御素子およびそれを備える昇圧装置およびインバータ装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a current control element in which a power control circuit such as a booster circuit and an inverter circuit can be easily assembled, and a booster and an inverter device including the current control element.

この発明は、要約すると電流制御素子であって、外部から接触可能な第1の電極と、外部から接触可能な第2の電極と、外部から接触可能な第1の制御電極と、第1、第2の電極間に接続されるコンデンサ部と、第1の電極から第2の電極に電流が流れる経路上に設けられ、コンデンサ部と一体として外部から接触不可能に被覆され、第1の制御電極から与えられる信号に応じて電流制御を行なう第1の半導体素子とを備える。   In summary, the present invention is a current control element, which is a first electrode that can be contacted from the outside, a second electrode that can be contacted from the outside, a first control electrode that can be contacted from the outside, A capacitor portion connected between the second electrodes, and a path through which a current flows from the first electrode to the second electrode; And a first semiconductor element that performs current control according to a signal given from the electrode.

好ましくは、電流制御素子は、第2の電極から第1の電極に電流が流れる方向を順方向として第1の半導体素子と並列に接続され、コンデンサ部および第1の半導体素子と一体として外部から接触不可能に被覆される第1のダイオード素子をさらに備える。   Preferably, the current control element is connected in parallel with the first semiconductor element with a direction in which a current flows from the second electrode to the first electrode as a forward direction, and is integrated with the capacitor unit and the first semiconductor element from the outside. It further includes a first diode element that is coated so as not to be contacted.

好ましくは、電流制御素子は、外部から接触可能な第2の制御電極と、第1の電極から第2の電極に電流が流れる経路上に第1の半導体素子と直列に設けられ、コンデンサ部および第1の半導体素子と一体として外部から接触不可能に被覆され、第2の制御電極から与えられる信号に応じて電流制御を行なう第2の半導体素子と、第1の半導体素子と第2の半導体素子との接続ノードに設けられる出力電極とをさらに備える。   Preferably, the current control element is provided in series with the first semiconductor element on a path through which a current flows from the first electrode to the second electrode, the second control electrode accessible from the outside, and the capacitor unit and A second semiconductor element which is integrally coated with the first semiconductor element so as to be inaccessible from the outside and performs current control in accordance with a signal applied from the second control electrode; and the first semiconductor element and the second semiconductor And an output electrode provided at a connection node with the element.

より好ましくは、電流制御素子は、第2の電極から第1の電極に電流が流れる方向を順方向として第1、第2の半導体素子とそれぞれ並列に接続され、コンデンサ部および第1、第2の半導体素子と一体として外部から接触不可能に被覆される第1、第2のダイオード素子をさらに備える。   More preferably, the current control element is connected in parallel to each of the first and second semiconductor elements, with the direction in which the current flows from the second electrode to the first electrode as a forward direction, and the capacitor unit and the first and second The semiconductor device further includes first and second diode elements which are integrally covered with the semiconductor element and are coated so as not to be contacted from the outside.

さらに好ましくは、電流制御素子は、第1の半導体素子および第1のダイオード素子が、第1の主面に配置され、第2の半導体素子および第2のダイオード素子が第2の主面に配置される基板をさらに備える。   More preferably, in the current control element, the first semiconductor element and the first diode element are arranged on the first main surface, and the second semiconductor element and the second diode element are arranged on the second main surface. And a substrate to be processed.

さらに好ましくは、コンデンサ部は、第1の絶縁フィルムと、第1の絶縁フィルム上に形成され第1の電極に電気的に接続される第1の導電層と、第1の絶縁フィルムに積層される第2の絶縁フィルムと、第2の絶縁フィルム上に形成され第2の電極に電気的に接続される第2の導電層とを含む。基板は、第1、第2の絶縁フィルム間に挟まれて配置される。   More preferably, the capacitor portion is laminated on the first insulating film, the first conductive layer formed on the first insulating film and electrically connected to the first electrode, and the first insulating film. A second insulating film, and a second conductive layer formed on the second insulating film and electrically connected to the second electrode. The substrate is disposed between the first and second insulating films.

好ましくは、コンデンサ部は、第1の絶縁フィルムと、第1の絶縁フィルム上に形成され第1の電極に電気的に接続される第1の導電層と、第1の絶縁フィルムに積層される第2の絶縁フィルムと、第2の絶縁フィルム上に形成され第2の電極に電気的に接続される第2の導電層とを含む。   Preferably, the capacitor portion is laminated on the first insulating film, the first conductive layer formed on the first insulating film and electrically connected to the first electrode, and the first insulating film. A second insulating film; and a second conductive layer formed on the second insulating film and electrically connected to the second electrode.

より好ましくは、第1の半導体素子は、積層された第1、第2の絶縁フィルムの間に配置される。   More preferably, the first semiconductor element is disposed between the laminated first and second insulating films.

より好ましくは、第1、第2の絶縁フィルムは、積層されて巻回され、第1の半導体素子は、第1、第2の絶縁フィルムの間に巻き込まれて配置される。   More preferably, the first and second insulating films are laminated and wound, and the first semiconductor element is wound and disposed between the first and second insulating films.

さらに好ましくは、コンデンサ部は、第1の絶縁フィルム上の第1の導電層が形成される面と反対の面に部分的に形成され、第1の電極に電気的に接続される第3の導電層をさらに含む。第1の半導体素子は、第1の制御電極と電気的に接続される制御端子と、主電流が流れる第1、第2の主電極とを含む。第1の主電極は、第3の導電層に当接する。   More preferably, the capacitor portion is formed on a surface opposite to the surface on which the first conductive layer on the first insulating film is formed, and is electrically connected to the first electrode. A conductive layer is further included. The first semiconductor element includes a control terminal electrically connected to the first control electrode, and first and second main electrodes through which a main current flows. The first main electrode is in contact with the third conductive layer.

この発明の他の局面に従う昇圧装置は、上記いずれかの電流制御素子を備える。   A booster according to another aspect of the present invention includes any one of the current control elements described above.

この発明のさらに他の局面に従うインバータ装置は、上記いずれかの電流制御素子を備え、モータ制御を行なう。   An inverter device according to still another aspect of the present invention includes any one of the current control elements described above and performs motor control.

本発明によれば、昇圧回路やインバータ等の電力制御回路をコンパクトに構成することが可能となり、電力制御回路の組立てが容易でかつ省スペース化を図ることができる。   According to the present invention, a power control circuit such as a booster circuit and an inverter can be configured in a compact manner, and the power control circuit can be easily assembled and space can be saved.

また、高速スイッチング化が可能でかつ定格電圧が大きくなった、昇圧コンバータやインバータを実現することが可能となる。   Further, it becomes possible to realize a boost converter and an inverter that can be switched at high speed and have a high rated voltage.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図1は、本発明の電流制御素子100の形状を示した斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view showing the shape of a current control element 100 of the present invention.

図1を参照して、電流制御素子100は、正側の電圧を印加する電極Pと、負側の電圧を印加する電極Nと、電流制御用の制御信号を入力する制御電極G1,G2と、一方の主面にダイオード素子D1およびIGBT素子T1が搭載され、他方の主面にダイオード素子D2およびIGBT素子T2が搭載される基板Bと、出力電極Mとを含む。   Referring to FIG. 1, current control element 100 includes an electrode P for applying a positive voltage, an electrode N for applying a negative voltage, and control electrodes G1 and G2 for inputting a control signal for current control. In addition, a substrate B on which the diode element D1 and the IGBT element T1 are mounted on one main surface and the diode element D2 and the IGBT element T2 are mounted on the other main surface, and an output electrode M are included.

電流制御素子100は、フィルムコンデンサ中にIGBT素子T1,T2とダイオード素子D1,D2とを巻込んだものであり、ダイオード素子D1,D2およびIGBT素子T1,T2はコンデンサ部と一体として外部から接触不可能に被覆されている。なお、防湿性を高めるために、さらに樹脂モールド等を施してもよい。   The current control element 100 is formed by winding IGBT elements T1 and T2 and diode elements D1 and D2 in a film capacitor, and the diode elements D1 and D2 and the IGBT elements T1 and T2 are in contact with the capacitor unit from the outside. Covered impossible. In addition, in order to improve moisture resistance, you may give a resin mold etc. further.

図2は、図1に示した電流制御素子100の等価回路図である。   FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the current control element 100 shown in FIG.

図2を参照して、IGBT素子T1は、正の電源電位が結合される電極Pにコレクタが接続され、出力電極Mにエミッタが接続され制御電極G1にゲートが接続される。IGBT素子T2は、出力電極Mにコレクタが接続され、負の電源電位が結合される電極Nにエミッタが接続され、制御電極G2にゲートが接続される。   Referring to FIG. 2, IGBT element T1 has a collector connected to electrode P to which a positive power supply potential is coupled, an emitter connected to output electrode M, and a gate connected to control electrode G1. IGBT element T2 has a collector connected to output electrode M, an emitter connected to electrode N to which a negative power supply potential is coupled, and a gate connected to control electrode G2.

ダイオード素子D1は、電極Pから電極Nに電流が流れる経路上においてIGBT素子T1と並列に接続され、電極Nから電極Pに向かう方向が順方向になるように配置されている。ダイオード素子D2は電極Pから電極Nに電流が流れる経路上にIGBT素子T2と並列に接続され、電極Nから電極Pに向かう方向が順方向となるように配置されている。コンデンサC1は、電極Pと電極Nとの間に接続されている。   The diode element D1 is connected in parallel with the IGBT element T1 on a path through which a current flows from the electrode P to the electrode N, and is arranged so that the direction from the electrode N to the electrode P is the forward direction. The diode element D2 is connected in parallel with the IGBT element T2 on the path through which a current flows from the electrode P to the electrode N, and is arranged so that the direction from the electrode N to the electrode P is the forward direction. The capacitor C1 is connected between the electrode P and the electrode N.

図3は、図1に示した電流制御素子100の正面図である。   FIG. 3 is a front view of the current control element 100 shown in FIG.

図4は、図3におけるIV−IVでの断面図である。   4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.

図3、図4を参照して、アルミニウム等の蒸着金属層ENが片面に形成されたポリエチレンテレフタレート(PET)またはポリプロピレン(PP)等の絶縁フィルムFNと、片面にアルミニウム等の蒸着金属層EPが形成されたポリPETまたはPP等の絶縁フィルムFPとが重ねられ巻回されており、断面は絶縁フィルムFPと絶縁フィルムFNとが交互に積層されているように見える。   Referring to FIGS. 3 and 4, an insulating film FN such as polyethylene terephthalate (PET) or polypropylene (PP) having a vapor deposited metal layer EN such as aluminum formed on one side and a vapor deposited metal layer EP such as aluminum on one side. The formed insulating film FP such as polyPET or PP is overlapped and wound, and the cross section appears to be alternately stacked with the insulating films FP and the insulating films FN.

絶縁フィルムFN上には蒸着金属層ENが設けられ、絶縁フィルムFP上には蒸着金属層EPが設けられている。   The deposited metal layer EN is provided on the insulating film FN, and the deposited metal layer EP is provided on the insulating film FP.

絶縁フィルムが巻回された後に両端面にメタリコンと呼ばれる金属が溶射され電極端子TN,TPが形成される。図4を見てわかるように、絶縁フィルムFN上には図の右側に蒸着金属層ENを設けないマージン部分が設けられており、蒸着金属層ENは電極端子TPと絶縁されている。また、絶縁フィルムFP上には図の左側に蒸着金属層EPを設けないマージン部分が設けられており、蒸着金属層EPは電極端子TPと絶縁されている。   After the insulating film is wound, a metal called metallicon is sprayed on both end faces to form electrode terminals TN and TP. As can be seen from FIG. 4, on the insulating film FN, on the right side of the drawing, a margin portion where the vapor deposition metal layer EN is not provided is provided, and the vapor deposition metal layer EN is insulated from the electrode terminal TP. Further, on the insulating film FP, a margin portion where the vapor deposition metal layer EP is not provided is provided on the left side of the drawing, and the vapor deposition metal layer EP is insulated from the electrode terminal TP.

絶縁フィルムの巻回しの外周部(図4の下部)には、絶縁フィルムFNと絶縁フィルムFPとの間に、両面にダイオード素子およびIGBT素子が搭載された基板Bが挟まれる。絶縁フィルムFPの外周の所定部分には、後に説明するように、一方の面に蒸着金属層EPが設けられており、反対面に蒸着金属層EP2が設けられている。また、基板Bの両面には金属層E1が形成されている。なお、基板Bと金属層E1を導電性の金属板に変えても良い。   A substrate B on which both the diode element and the IGBT element are mounted is sandwiched between the insulating film FN and the insulating film FP at the outer peripheral portion of the winding of the insulating film (lower part in FIG. 4). As will be described later, a vapor-deposited metal layer EP is provided on one surface and a vapor-deposited metal layer EP2 is provided on the opposite surface of a predetermined portion of the outer periphery of the insulating film FP. In addition, metal layers E1 are formed on both surfaces of the substrate B. In addition, you may change the board | substrate B and the metal layer E1 into a conductive metal plate.

基板Bの上面には金属層E1の上にダイオード素子D1およびIGBT素子T1が配置されている。一方、基板Bの下面には金属層E1の下部に、ダイオード素子D2およびIGBT素子T2が配置されている。またダイオード素子D1,D2,IGBT素子T1,T2からはみ出た金属層E1の部分が、金属層ENや金属層EP2と接触しないように絶縁層K1,K2が設けられている。絶縁層K1,K2は絶縁フィルムであっても良いし、絶縁コーティングであっても良い。   On the upper surface of the substrate B, the diode element D1 and the IGBT element T1 are disposed on the metal layer E1. On the other hand, a diode element D2 and an IGBT element T2 are disposed on the lower surface of the substrate B below the metal layer E1. Insulating layers K1 and K2 are provided so that portions of the metal layer E1 protruding from the diode elements D1, D2 and IGBT elements T1 and T2 do not contact the metal layer EN and the metal layer EP2. The insulating layers K1 and K2 may be insulating films or insulating coatings.

図5は、ダイオード素子およびIGBT素子が搭載される基板Bについてより詳細に説明するための図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining in more detail the substrate B on which the diode element and the IGBT element are mounted.

図5において、説明の便宜のために基板Bとその上下に配置されている絶縁フィルムFP,FNとを離して配置しているが、実際には図4に示すように、ダイオード素子D1,IGBT素子T1は蒸着金属層EP2に接触しており、またダイオード素子D2,IGBT素子T2は蒸着金属層ENに接触している。   In FIG. 5, for the convenience of explanation, the substrate B and the insulating films FP and FN disposed above and below the substrate B are disposed apart from each other, but actually, as shown in FIG. 4, the diode elements D1 and IGBT are disposed. The element T1 is in contact with the vapor deposition metal layer EP2, and the diode element D2 and the IGBT element T2 are in contact with the vapor deposition metal layer EN.

図5を用いて図2の等価回路図と図4の断面図との対応を説明する。絶縁フィルムFP上に形成された蒸着金属層EP2は図2の電極Pに対応する。絶縁フィルムFN上に形成された蒸着金属層ENは図2の電極Nに対応する。基板Bの両面に形成された金属層E1は図2の電極Mに対応する。   The correspondence between the equivalent circuit diagram of FIG. 2 and the cross-sectional view of FIG. 4 will be described with reference to FIG. The deposited metal layer EP2 formed on the insulating film FP corresponds to the electrode P in FIG. The deposited metal layer EN formed on the insulating film FN corresponds to the electrode N in FIG. The metal layers E1 formed on both surfaces of the substrate B correspond to the electrodes M in FIG.

ダイオード素子D1は金属層E1にアノード面が接触している。またダイオード素子D1のカソード面は蒸着金属層EP2に接触している。IGBT素子T1のチップのエミッタ面は金属層E1に接触している。またIGBT素子T1のコレクタ面は蒸着金属層EP2に接触している。   The anode surface of the diode element D1 is in contact with the metal layer E1. The cathode surface of the diode element D1 is in contact with the vapor deposition metal layer EP2. The emitter surface of the chip of the IGBT element T1 is in contact with the metal layer E1. The collector surface of the IGBT element T1 is in contact with the vapor deposition metal layer EP2.

ダイオード素子D2は蒸着金属層ENにアノード面が接触している。またダイオード素子D1のカソード面は金属層E1に接触している。IGBT素子T2のチップのエミッタ面は蒸着金属層ENに接触している。またIGBT素子T2のコレクタ面は金属層E1に接触している。   The anode surface of the diode element D2 is in contact with the deposited metal layer EN. The cathode surface of the diode element D1 is in contact with the metal layer E1. The emitter surface of the chip of the IGBT element T2 is in contact with the deposited metal layer EN. The collector surface of the IGBT element T2 is in contact with the metal layer E1.

このような配置とすることにより、図2のコンデンサC1の両電極間にスイッチング素子と整流素子が組み込まれる。コンデンサがスイッチング素子と整流素子のすぐ近くに配置されるため、このコンデンサはスナバ回路として用いることができる。   With such an arrangement, a switching element and a rectifying element are incorporated between both electrodes of the capacitor C1 in FIG. Since the capacitor is arranged in the immediate vicinity of the switching element and the rectifying element, the capacitor can be used as a snubber circuit.

図6は、本発明の電流制御素子の製造方法について説明するための図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining a method of manufacturing the current control element of the present invention.

図6を参照して、絶縁フィルムFN,FPが巻回されて外周の部分に基板Bが配置される。絶縁フィルムFPはその一方の面に蒸着金属層EPが蒸着されており、他方の面にはダイオード素子D2のカソード電極部およびIGBT素子T2のエミッタ電極部に当接する部分に蒸着金属層EP2が設けられている。なお、図示しないが、蒸着金属層EP2はIGBT素子T2のゲート電極部分には当接しないように切り欠いた形状となっている。   Referring to FIG. 6, insulating films FN and FP are wound and substrate B is disposed on the outer periphery. The insulating film FP has a vapor-deposited metal layer EP deposited on one surface, and a vapor-deposited metal layer EP2 provided on the other surface in contact with the cathode electrode portion of the diode element D2 and the emitter electrode portion of the IGBT element T2. It has been. Although not shown, the deposited metal layer EP2 has a shape cut out so as not to contact the gate electrode portion of the IGBT element T2.

IGBT素子T2のゲートには、絶縁被覆された電線L2がはんだ付けされている。このL2は制御電極G2に対応する。基板Bの反対側の面には図示されていないダイオード素子D1,IGBT素子T1が配置されており、同様に蒸着金属層ENに接続されている。またIGBT素子T1のゲートには絶縁被覆された電線L1がはんだ付けされる。電線L1は制御電極G1に対応する。   An insulating coated electric wire L2 is soldered to the gate of the IGBT element T2. This L2 corresponds to the control electrode G2. On the opposite surface of the substrate B, diode elements D1 and IGBT elements T1 (not shown) are arranged and similarly connected to the vapor deposition metal layer EN. Further, the insulated wire L1 is soldered to the gate of the IGBT element T1. The electric wire L1 corresponds to the control electrode G1.

このような形で絶縁フィルムを重ねて巻回し、その後両端面にメタリコンが溶射されてそして図1に示すように電極N,電極Pがはんだ付けされる。防湿および耐震性を向上させるためにその後耐水性の樹脂などでモールドやディッピングが行なわれてもよい。電流制御素子100がモールドされておれば、冷却が必要な場合は電流制御素子100を冷却水に直接浸して冷却することも可能となる。   In this manner, the insulating film is overlapped and wound, and then the metallicon is sprayed on both end faces, and the electrodes N and P are soldered as shown in FIG. Thereafter, in order to improve moisture resistance and earthquake resistance, molding or dipping may be performed with a water resistant resin or the like. If the current control element 100 is molded, it is possible to cool the current control element 100 by directly immersing it in the cooling water when cooling is necessary.

なお、図6では、フィルムコンデンサのフィルムの巻回の最後の部分に基板Bを挟み込んだ場合を示したが、巻回の最初の部分に基板Bを挟み込んでフィルムを巻回してもよい。   Although FIG. 6 shows a case where the substrate B is sandwiched in the last part of the film winding of the film capacitor, the film may be wound with the substrate B sandwiched in the first part of the winding.

また、巻回したフィルムコンデンサの例を示したが、積層型のフィルムコンデンサに基板Bを挟み込んでも良い。   Moreover, although the example of the wound film capacitor was shown, you may pinch | interpose the board | substrate B in a laminated | stacked film capacitor.

[変形例]
図7は、電流制御素子の変形例について説明するための図である。
[Modification]
FIG. 7 is a diagram for explaining a modification of the current control element.

図7に示すように、電流制御素子300は、中央部に冷却水通路となる空洞が設けられている。   As shown in FIG. 7, the current control element 300 is provided with a cavity serving as a cooling water passage at the center.

絶縁フィルムを巻回する際に内部を空洞としてモールドしてその空洞部分に冷却水を流すことによりIGBT素子、ダイオード素子およびコンデンサを含んだ電流制御素子を冷却するようにしてもよい。また、モールドしていなくても、内部が空洞となっておれば冷却水を通した金属製のチューブを空洞に通して内部から冷却することができる。   When the insulating film is wound, the current control element including the IGBT element, the diode element, and the capacitor may be cooled by molding the inside as a cavity and flowing cooling water through the cavity. Even if not molded, if the inside is a cavity, a metal tube through which cooling water has passed can be passed through the cavity and cooled from the inside.

図6に示した場合には、外周部分に近い部分にIGBT素子およびダイオード素子を設けたが、図7に示す場合には冷却水通路に近い内側部分にIGBT素子等を配置するとさらに効果的である。   In the case shown in FIG. 6, the IGBT element and the diode element are provided in the portion near the outer peripheral portion. However, in the case shown in FIG. 7, it is more effective to arrange the IGBT element or the like in the inner portion near the cooling water passage. is there.

[応用例]
図8は、本発明の電流制御素子が応用されるモータ駆動回路の一例を示した図である。
[Application example]
FIG. 8 is a diagram showing an example of a motor drive circuit to which the current control element of the present invention is applied.

図8を参照して、モータ駆動回路200は、バッテリBATTと、バッテリBATTの電圧を昇圧する昇圧コンバータ202と、昇圧コンバータ202によって昇圧された電圧を三相交流に変換してモータM1を駆動するインバータ204とを含む。   Referring to FIG. 8, motor drive circuit 200 drives battery MATT, boost converter 202 that boosts the voltage of battery BATT, and the voltage boosted by boost converter 202 into a three-phase alternating current. Inverter 204.

昇圧コンバータ202は、バッテリBATTの正極に接続されるリアクトルLと、リアクトルLに図2で示した出力電極Mが接続され、電源線LPに図2における電極Pが接続されバッテリBATTの負極に接続される電源線LNに図2の電極Nが接続された電流制御素子206を含む。   Boost converter 202 has a reactor L connected to the positive electrode of battery BATT, output electrode M shown in FIG. 2 connected to reactor L, electrode P in FIG. 2 connected to power line LP, and a negative electrode of battery BATT. 2 includes a current control element 206 having the electrode N of FIG. 2 connected to the power supply line LN.

インバータ204は、電源線LPに図2の電極Pが接続され、電源線LNに図2の電極Nが接続され、配線LUに図2の出力電極Mが接続される電流制御素子208と、電源線LPに図2の電極Pが接続され、電源線LNに図2の電極Nが接続され、配線LVに図2の出力電極Mが接続される電流制御素子210と、電源線LPに図2の電極Pが接続され、電源線LNに図2の電極Nが接続され、配線LWに図2の出力電極Mが接続される電流制御素子212とを含む。配線LUはモータM1のU相コイルに接続され、配線LVはV相コイルに接続され配線LWはW相コイルに接続される。   The inverter 204 includes a current control element 208 in which the electrode P in FIG. 2 is connected to the power line LP, the electrode N in FIG. 2 is connected to the power line LN, and the output electrode M in FIG. 2 is connected to the line LP, the electrode N of FIG. 2 is connected to the power supply line LN, the output electrode M of FIG. 2 is connected to the wiring LV, and the power supply line LP is connected to FIG. 2 is connected, the electrode N of FIG. 2 is connected to the power supply line LN, and the current control element 212 to which the output electrode M of FIG. 2 is connected to the wiring LW. Wiring LU is connected to the U-phase coil of motor M1, wiring LV is connected to the V-phase coil, and wiring LW is connected to the W-phase coil.

本発明によれば、昇圧コンバータ202はリアクトルLと電流制御素子206の2素子で構成することができる。また、インバータ204は電流制御素子208,210,212の3素子で構成することができる。   According to the present invention, the boost converter 202 can be composed of two elements, a reactor L and a current control element 206. Further, the inverter 204 can be constituted by three elements of current control elements 208, 210 and 212.

各電流制御素子においては、IGBT素子の直近にフィルムコンデンサが配置されているため、このコンデンサを高速スイッチング時のサージ電圧を吸収するためのスナバ回路として使用することができる。   In each current control element, since a film capacitor is disposed in the immediate vicinity of the IGBT element, this capacitor can be used as a snubber circuit for absorbing a surge voltage during high-speed switching.

従来、ハイブリッド自動車のモータ駆動系では、平滑用コンデンサとしてアルミニウム電解コンデンサが使用されていたが、定格電圧を大きくする必要があり、平滑コンデンサをフィルムコンデンサに変更する検討が行なわれている。このフィルムコンデンサはスナバ回路としても使用可能である。したがって、平滑用のコンデンサを本願発明の電流制御素子を用いて実現すると、耐圧が大きい平滑用コンデンサが実現でき、かつスナバ回路用のコンデンサを兼用させることができる。   Conventionally, in a motor drive system of a hybrid vehicle, an aluminum electrolytic capacitor has been used as a smoothing capacitor. However, it is necessary to increase the rated voltage, and studies are underway to change the smoothing capacitor to a film capacitor. This film capacitor can also be used as a snubber circuit. Therefore, when a smoothing capacitor is realized by using the current control element of the present invention, a smoothing capacitor having a high withstand voltage can be realized, and a snubber circuit capacitor can also be used.

したがって、スイッチング損失が低減されることにより高速スイッチング化が可能で、かつフィルムコンデンサを用いることにより定格電圧が大きくなった、昇圧コンバータやインバータを実現することが可能となる。   Therefore, it is possible to realize a boost converter or an inverter that can be switched at high speed by reducing switching loss and that has a large rated voltage by using a film capacitor.

また、本発明によれば、従来のコンデンサの後付けや、パワーモジュール中にコンデンサを内蔵させることに比べて昇圧回路やインバータの構成がコンパクトになり、省スペース化を図ることができる。特に、車のように車載スペースが問題となる場合には効果を発揮する。   Further, according to the present invention, the configuration of the booster circuit and the inverter can be made compact and space saving can be achieved as compared with the conventional retrofitting of a capacitor or the incorporation of a capacitor in a power module. In particular, it is effective when the in-vehicle space becomes a problem like a car.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の電流制御素子100の形状を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the shape of the current control element 100 of this invention. 図1に示した電流制御素子100の等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the current control element 100 shown in FIG. 1. 図1に示した電流制御素子100の正面図である。It is a front view of the current control element 100 shown in FIG. 図3におけるIV−IVでの断面図である。It is sectional drawing in IV-IV in FIG. ダイオード素子およびIGBT素子が搭載される基板Bについてより詳細に説明するための図である。It is a figure for demonstrating in detail about the board | substrate B with which a diode element and an IGBT element are mounted. 本発明の電流制御素子の製造方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the current control element of this invention. 電流制御素子の変形例について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of a current control element. 本発明の電流制御素子が応用されるモータ駆動回路の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the motor drive circuit to which the current control element of this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

100 電流制御素子、200 モータ駆動回路、202 昇圧コンバータ、204 インバータ、206,208,210,212,300 電流制御素子、BATT バッテリ、B 基板、C1 コンデンサ、D1,D2 ダイオード素子、E1 金属層、EN,EP,EP2 蒸着金属層、FN,FP 絶縁フィルム、G1,G2 制御電極、K1,K2 絶縁層、L リアクトル、L1,L2 電線、LN,LP 電源線、LU,LV,LW 配線、M 出力電極、M1 モータ、N,P 電極、T1,T2 IGBT素子、TN,TP 電極端子。   100 current control element, 200 motor drive circuit, 202 step-up converter, 204 inverter, 206, 208, 210, 212, 300 current control element, BATT battery, B substrate, C1 capacitor, D1, D2 diode element, E1 metal layer, EN , EP, EP2 Evaporated metal layer, FN, FP insulating film, G1, G2 control electrode, K1, K2 insulating layer, L reactor, L1, L2 electric wire, LN, LP power line, LU, LV, LW wiring, M output electrode , M1 motor, N, P electrodes, T1, T2 IGBT elements, TN, TP electrode terminals.

Claims (12)

外部から接触可能な第1の電極と、
外部から接触可能な第2の電極と、
外部から接触可能な第1の制御電極と、
前記第1、第2の電極間に接続されるコンデンサ部と、
前記第1の電極から前記第2の電極に電流が流れる経路上に設けられ、前記コンデンサ部と一体として外部から接触不可能に被覆され、前記第1の制御電極から与えられる信号に応じて電流制御を行なう第1の半導体素子とを備える、電流制御素子。
A first electrode accessible from the outside;
A second electrode accessible from the outside;
A first control electrode accessible from the outside;
A capacitor portion connected between the first and second electrodes;
Provided on a path through which a current flows from the first electrode to the second electrode, and is covered with the capacitor unit so as not to be externally contactable, and a current corresponding to a signal given from the first control electrode A current control element comprising: a first semiconductor element that performs control.
前記第2の電極から前記第1の電極に電流が流れる方向を順方向として前記第1の半導体素子と並列に接続され、前記コンデンサ部および前記第1の半導体素子と一体として外部から接触不可能に被覆される第1のダイオード素子をさらに備える、請求項1に記載の電流制御素子。   A direction in which current flows from the second electrode to the first electrode is a forward direction, and is connected in parallel with the first semiconductor element, and cannot be externally contacted integrally with the capacitor unit and the first semiconductor element. The current control element according to claim 1, further comprising a first diode element coated on the element. 外部から接触可能な第2の制御電極と、
前記第1の電極から前記第2の電極に電流が流れる経路上に前記第1の半導体素子と直列に設けられ、前記コンデンサ部および前記第1の半導体素子と一体として外部から接触不可能に被覆され、前記第2の制御電極から与えられる信号に応じて電流制御を行なう第2の半導体素子と、
前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子との接続ノードに設けられる出力電極とをさらに備える、請求項1に記載の電流制御素子。
A second control electrode accessible from the outside;
Provided in series with the first semiconductor element on a path through which a current flows from the first electrode to the second electrode, and is integrally covered with the capacitor unit and the first semiconductor element so as to be inaccessible from the outside. A second semiconductor element that performs current control in response to a signal given from the second control electrode;
The current control element according to claim 1, further comprising an output electrode provided at a connection node between the first semiconductor element and the second semiconductor element.
前記第2の電極から前記第1の電極に電流が流れる方向を順方向として前記第1、第2の半導体素子とそれぞれ並列に接続され、前記コンデンサ部および前記第1、第2の半導体素子と一体として外部から接触不可能に被覆される第1、第2のダイオード素子をさらに備える、請求項3に記載の電流制御素子。   A direction in which a current flows from the second electrode to the first electrode is a forward direction, and is connected in parallel to the first and second semiconductor elements, respectively, and the capacitor portion and the first and second semiconductor elements The current control element according to claim 3, further comprising first and second diode elements that are integrally covered so as to be inaccessible from the outside. 前記第1の半導体素子および前記第1のダイオード素子が、第1の主面に配置され、前記第2の半導体素子および前記第2のダイオード素子が第2の主面に配置される基板をさらに備える、請求項4に記載の電流制御素子。   A substrate on which the first semiconductor element and the first diode element are arranged on a first main surface, and the second semiconductor element and the second diode element are arranged on a second main surface; The current control element according to claim 4 provided. 前記コンデンサ部は、
第1の絶縁フィルムと、
前記第1の絶縁フィルム上に形成され前記第1の電極に電気的に接続される第1の導電層と、
前記第1の絶縁フィルムに積層される第2の絶縁フィルムと、
前記第2の絶縁フィルム上に形成され前記第2の電極に電気的に接続される第2の導電層とを含み、
前記基板は、前記第1、第2の絶縁フィルム間に挟まれて配置される、請求項5に記載の電流制御素子。
The capacitor section is
A first insulating film;
A first conductive layer formed on the first insulating film and electrically connected to the first electrode;
A second insulating film laminated to the first insulating film;
A second conductive layer formed on the second insulating film and electrically connected to the second electrode;
The current control element according to claim 5, wherein the substrate is disposed between the first and second insulating films.
前記コンデンサ部は、
第1の絶縁フィルムと、
前記第1の絶縁フィルム上に形成され前記第1の電極に電気的に接続される第1の導電層と、
前記第1の絶縁フィルムに積層される第2の絶縁フィルムと、
前記第2の絶縁フィルム上に形成され前記第2の電極に電気的に接続される第2の導電層とを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電流制御素子。
The capacitor section is
A first insulating film;
A first conductive layer formed on the first insulating film and electrically connected to the first electrode;
A second insulating film laminated to the first insulating film;
The current control element according to claim 1, further comprising a second conductive layer formed on the second insulating film and electrically connected to the second electrode.
前記第1の半導体素子は、積層された前記第1、第2の絶縁フィルムの間に配置される、請求項7に記載の電流制御素子。   The current control element according to claim 7, wherein the first semiconductor element is disposed between the laminated first and second insulating films. 前記第1、第2の絶縁フィルムは、積層されて巻回され、
前記第1の半導体素子は、前記第1、第2の絶縁フィルムの間に巻き込まれて配置される、請求項7に記載の電流制御素子。
The first and second insulating films are laminated and wound,
The current control element according to claim 7, wherein the first semiconductor element is wound and disposed between the first and second insulating films.
前記コンデンサ部は、
前記第1の絶縁フィルム上の前記第1の導電層が形成される面と反対の面に部分的に形成され、前記第1の電極に電気的に接続される第3の導電層をさらに含み、
前記第1の半導体素子は、
前記第1の制御電極と電気的に接続される制御端子と、
主電流が流れる第1、第2の主電極とを含み、
前記第1の主電極は、前記第3の導電層に当接する、請求項8または9に記載の電流制御素子。
The capacitor section is
A third conductive layer that is partially formed on a surface of the first insulating film opposite to the surface on which the first conductive layer is formed and is electrically connected to the first electrode; ,
The first semiconductor element is:
A control terminal electrically connected to the first control electrode;
Including first and second main electrodes through which a main current flows,
The current control element according to claim 8, wherein the first main electrode is in contact with the third conductive layer.
請求項1〜10のいずれか1項に記載の電流制御素子を備える昇圧装置。   A booster comprising the current control element according to claim 1. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の電流制御素子を備え、モータ制御を行なうインバータ装置。   An inverter device comprising the current control element according to claim 1 and performing motor control.
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