[发明专利]功率半导体模块、电力转换装置及铁路车辆

说明书

技术领域

本发明涉及能够适用于铁路车辆的电力转换装置，详细而言，涉及能够搭载于该种电力转换装置的功率半导体模块。

背景技术

虽然不是限定于用于铁路车辆的模块，但是在例如下列专利文献1中，公开有具有2个将晶体管芯片和续流二极管（Fly Wheel Diode：FWD）芯片反并联连接而成的元件对的功率半导体模块（参照同文献的图1、图6）。

此外，该种功率半导体模块中，若将各元件对中的集电极端子、发射极端子及基极端子的各端子之间电连接，则成为各元件对并联连接的结构，能够作为增大了电流容量的功率半导体模块使用（常被称为“并联应用”）。

专利文献

专利文献1：日本特开昭62-202548号公报。

发明内容

然而，并联应用中的现有的功率半导体模块，由于制造上的偏差等，存在下列问题点：当一个FWD的正向饱和电压和另一个FWD的正向饱和电压之间存在一定值以上的差时，呈现出一个FWD的温度变得比另一个FWD的温度高，随着使用，两者的温度差不断扩大这样某种热失控状态。因此，在现有的并联应用中，必须以使并联连接的FWD的正向饱和电压的差成为一定值以下的方式进行拣选。

此外，功率半导体模块中，有和FWD反并联连接的开关（switching）元件（例如IGBT），关于该开关元件，也有必要和FWD一样将正向电压特性的偏差抑制在一定值以下。因此，在现有的并联应用中的功率半导体模块中，存在必须对开关元件及FWD两者同时进行拣选这种困难性，存在用于并联运用的成品率非常高，制造成本变高的问题。

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供改善并联应用中的功率半导体模块的成品率，抑制制造成本的上升的功率半导体模块。

此外，本发明的目的在于，提供具备如上所述的功率半导体模块的电力转换装置、及具备该电力转换装置的铁路车辆。

为解决上述问题，达成目的，本发明涉及的功率半导体模块，其特征在于，具有：第一元件对，由第一开关元件、和第一元件群反并联连接而成，该第一元件群中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的第一单向性导通元件和导通时的电压降特性具有正的温度系数的第一导通元件串联连接；以及第二元件对，由第二开关元件、和第二元件群反并联连接而成，该第二元件群中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的第二单向性导通元件和导通时的电压降特性具有正的温度系数的第二导通元件串联连接，所述功率半导体模块由这些第一及第二元件对并联连接而构成。

根据本发明，达到能够提供如下的功率半导体模块的效果：能够改善并联应用中的功率半导体模块的成品率，抑制制造成本的上升。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式涉及的电力转换装置的概略的功能结构的图；

图2是概略地示出本实施方式涉及的功率半导体模块的电路结构的图；

图3是示出Si二极管的正向电压特性的图；

图4是概略地示出作为比较例示出的现有技术涉及的功率半导体模块的电路结构的图；

图5是示出SiC二极管的正向电压特性的图；

图6是示出开关元件中IGBT的接通（turn-on）时的电流模拟波形的比较图；

图7是示出和图6对应的FWD恢复（recovery）电流的模拟波形的比较图；

图8是示出SiC-MOSFET的线性区域中的电流电压特性的温度依赖性的图；

图9是和Si-IGBT及SiC-MOSFET的断开电流波形相关的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式涉及的功率半导体模块及电力转换装置。此外，本发明不局限于以下所示的实施方式。

实施方式1

首先，说明本发明的实施方式1涉及的电力转换装置。图1是示出实施方式1涉及的电力转换装置的概略的功能结构的图，表示出搭载于铁路车辆1的电力转换装置10的一个结构例。如图1所示，电力转换装置10具备转换器（converter）12、电容器（condenser）14以及逆变器（inverter）16而构成。铁路车辆1，搭载有在电力转换装置10的输入端侧配置、和转换器12连接的变压器6，以及在电力转换装置10的输出端侧配置、和逆变器16连接、接受来自电力转换装置10的电力供给而驱动车辆的电动机18。此外，作为电动机18，优选感应电动机、同步电动机。