[发明专利]层叠结构的功率转换器

说明书

技术领域

本发明涉及通过并联连接功率半导体模块来构成的层叠结构的功率转换器。

背景技术

图6示出作为典型功率转换器的逆变器的主电路图。

在该图中，11是DC(直流)电源(电路)，12是诸如马达(Mo)之类的负载，而13是由功率半导体元件组成的功率转换部件(逆变器)，该功率转换部件可提供可变电压和频率的交流(AC)输出。DC电源(电路)11一般通过AC电源和二极管整流器由具有大电容的电解电容器构成。

在逆变器13中，标记14表示作为开关元件的IGBT(绝缘栅双极晶体管)、而15表示反并联连接到IGBT的二极管，并且分别包括这些元件的六个电路构成逆变器。一般而言，功率半导体模块(IGBT模块)由一对两个元件(上元件和下元件)或一组六个元件构成。提供三相输出并具有高于某一电平的电容的逆变器一般由分别包含两个元件的IGBT模块构成，IGBT模块的数量是3的倍数。

当要增大功率转换器的容量时，需要增大元件电流的规格。为此，可能需要应用具有高规格电流的IGBT模块，或者可能需要并联连接IGBT模块。图7示出其中各自包含两个元件的三个IGBT模块M在每一相中并联连接的示例。图8示出包含两个元件的IGBT模块M的外观。如图8所示，模块M包括例如作为正端子的端子16(P)、作为负端子的端子17(N)、输出端子18(U)等。

由于产生损耗，IGBT模块一般需要用于冷却热的散热器。在图9中示出常规铝散热器。其通常具有长方体的形状，由吸热部件19和散热片(fin)部件20构成，并且通过使散热片部件20通风来实现冷却。根据图7所示的示例，并联连接的三个IGBT模块放置在散热部件中作为所有相的或作为单独相的九个模块，每个IGBT模块包含三个模块，分别如图10和11所示。

例如，在日本专利申请特开No.2005-117783中公开了包含两个元件的IGBT模块和紧密放置的三个并联连接的IGBT模块的示例的配置。

如上所述，在其中IGBT模块并联连接的功率转换器中，鉴于使IGBT模块之间的电流达到平衡，IGBT模块需要排列成接近吸热部件，如其中所有九个模块排列在一个散热器上的图10、或其中包含三个模块的每一相排列在散热器上的图11所示。

然而，当并联连接的模块的数量增加(例如，图12的情况下的五个)时，逆变器的总尺寸可能并未减小，如其中三相在X方向(横向)上拉长排列的图13所示。

另一方面，当模块相对于通风方向分两行排列时，X方向(横向)的长度可缩短，如其中三个并联连接的IGBT模块的三相排列在一个散热器上的图14A、其中三个并联连接的IGBT模块的每一相排列在每个散热器上的图14B、其中五个并联连接的IGBT模块的三相排列在一个散热器上的图15A、以及其中五个并联连接的IGBT模块的每一相排列在每个散热器上的图15B所示。

然而，当并联连接的模块的数量为奇数时，与数量为偶数的情况相反，如图14和15所示虚线21产生死区(部分地示出；同样适用于其余部分)，从而难以促进散热器的有效利用。

当如图16所示(在三个并联连接的IGBT模块的情况下)五个和四个模块分别排列在上风侧和下风侧时，与图14和15所示的情况下相比，死区可减小。然而，由于V相中的两个IGBT模块排列在下风侧，因此那两个模块的热负载比其他相中的IGBT模块的热负载大，从而导致需要基于V相的热设计。

发明内容

图17示出其中五个并联连接的IGBT模块排列在两个散热器上的示例。

在此情况下，散热器1A和1B包含排列在上面的不同数量的IGBT模块，从而需要基于具有更多IGBT模块的散热器1A的热设计；因此，需要散热器和具有更高的发散能力的风扇。

由此，本发明的目的在于，有效地利用散热器来减小散热器的尺寸以及降低成本和所需风扇能力。

为了解决以上问题，根据权利要求1所述的本发明是层叠结构的功率转换器，包括：提供三相交流输出或输入且由每相基本上为奇数的并联连接的功率半导体元件模块构成的功率转换电路；以及用于冷却功率半导体元件模块的散热器，其中奇数的并联连接的功率半导体元件模块排列在第一相和第三相中，而偶数的并联连接的功率半导体元件模块在第二相中相对于用于冷却散热器的空气的流通方向分成两行排列在散热器上。