[发明专利]功率半导体模块、电力转换装置和铁路车辆

说明书

技术领域

本发明涉及能适用于功率器件设备的电力转换装置，详细而言，涉及能装载在这种电力转换装置的功率半导体模块。

背景技术

近年来，功率半导体模块的用途从家电制品遍及铁路车辆、电动汽车、产业用机器人、功率调节器等多种、大范围的功率器件设备。随着功率半导体模块的有用性的提高，期待其性能提高，越来越期望高频化、小型化、大功率化。

另一方面，开关元件即IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)的高耐压化得到发展，具有与晶闸管同样的额定电压的高耐压IGBT被产品化。IGBT具有的优点是，能够进行高速动作，比较容易得到高耐压和大电流容量，而且输入电阻较高，容易进行电压控制。因此，在铁路车辆、电动汽车、功率调节器等高电压输入的应用中，使用将IGBT作为开关元件的功率半导体模块非常多。实际上，装载有IGBT的高耐压规格的功率半导体模块准备有丰富的阵容。此外，作为装载有IGBT的高耐压规格的功率半导体模块，例如在下述专利文献1等公开了其一种构造。

专利文献1：日本特开2009-147062号公报。

发明内容

然而，将开关元件串联连接而进行驱动时的重要的问题之一在于，使施加在各开关元件的元件电压均等化。特别是，指出了在开关元件关断时，由于主电路电感(L)和集电极电流的变化率(di／dt)引起而产生的浪涌电压，有可能会有超过额定的电压施加在特定的开关元件从而导致元件损坏。已经提及装载有IGBT的高耐压规格的功率半导体模块准备有丰富的阵容，但这说明的是将IGBT串联连接而进行驱动的困难性。即，在现有技术中，由于将IGBT串联连接而进行驱动比较困难，因此需要准备丰富的阵容。

由于这样的原因，在以往的铁路应用中的、装载有IGBT的高耐压规格的功率半导体模块中，必须分别开发例如作为750V架空线用耐压1.7kV的功率半导体模块、作为1500V架空线用耐压3.3kV的功率半导体模块、以及作为3000V架空线用耐压6.5kV的功率半导体模块。此外，根据铁路车辆规格，有时需要2.5kV、4.5kV的功率半导体模块，这也是必须准备丰富的阵容的原因之一。

另外，需要高耐压规格的功率半导体模块，在电动汽车、功率调节器等应用中也一样。因此存在的问题是：在装载有IGBT的高耐压规格的功率半导体模块中，必须进行少数且多品种的生产，所以无法得到批量生产效果，难以实现成本下降。

本发明是鉴于上述内容而完成的，其目的在于提供一种高耐压规格的功率半导体模块，其具有通用性，能够得到批量生产效果。

另外，本发明的目的在于提供一种包括如上所述的功率半导体模块的电力转换装置、以及包括如上所述的电力转换装置的铁路车辆。

为解决上述的问题，达到目的，本发明所涉及的功率半导体模块适用于将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出的电力转换装置，其特征在于，具有：第一元件对，该第一元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，作为所述电力转换装置的正侧臂进行动作；以及第二元件对，该第二元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，作为所述电力转换装置的负侧臂进行动作，所述第一、第二元件对容纳在一个模块内，构成为2合1模块，并且具有能使这些第一、第二元件对彼此串联连接的外部电极端子而构成。

（发明效果）

根据本发明取得的效果是，能够提供一种具有通用性并能够得到批量生产效果的高耐压规格的功率半导体模块。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1所涉及的电力转换装置的概要的功能结构的图。

图2是示出实施方式1所涉及的功率半导体模块的概要形状的立体图。

图3是概要地示出图2所示的功率半导体模块具有的电路结构的图。

图4是示出实施方式1中的与图2不同类型的功率半导体模块的概要形状的立体图。

图5是示出使用实施方式1所涉及的功率半导体模块构成的逆变器电路的一个结构例的图。

图6是示出使用实施方式1所涉及的功率半导体模块构成的逆变器电路的与图5不同的结构例的图。

图7是示出使用实施方式1所涉及的功率半导体模块构成的逆变器电路的与图5和图6不同的结构例的图。

图8是概要地示出实施方式2所涉及的功率半导体模块具有的电路结构的图。

图9是示出使用实施方式2所涉及的功率半导体模块(4合1模块)构成的逆变器电路的一个结构例的图。