[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种构成3级电力变换装置的半导体装置，其通过 降低电感成分而降低了关断浪涌电压。

背景技术

在将直流电力变换为交流电力、或者将交流电力变换为直流电 力的电力变换装置中采用了3级电力变换装置。3级电力变换装置能 够降低交流电压的波形畸变，能够实现低噪音化、低噪声化。

图20、21是表示现有的3级电力变换装置的电路图。图20是4 合1模块，图21是2合1模块与共集电极模块。

外部端子P、N与串联连接有直流电压源DV1、DV2的直流电 压源电路的高压端子及低压端子分别连接。外部端子C与直流电压 源DV1和直流电压源DV2的连接点连接。在外部端子P和外部端子 AC之间连接有开关元件Q1。在外部端子AC和外部端子N之间连 接有开关元件Q2。作为AC开关部，在外部端子C和外部端子AC 之间反向串联连接有开关元件Q3、Q4。

图20的装置是将开关元件Q1～Q4收容于1个模块M，并将该 模块和直流电压源电路连接而构成的。图21的装置是将电桥部即开 关元件Q1、Q2收容于第一模块M1，将AC开关部即开关元件Q3、 Q4收容于第二模块M2，将该第一及第二模块与直流电压源电路连 接而构成的(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：国际公开第2010/146637号

如果开关元件Q1～Q4的某一个接通、剩余的开关元件全部断 开，则从外部端子AC输出电压。此时，在从直流电压源通过开关元 件而返回至直流电压源的换流环路(commutationloop)中，在通断 时流过高频电流，产生高的di/dt。由该换流环路的电感成分而产生 的－L·di/dt作为关断浪涌电压而施加至开关元件IGBT。

产生与包含直流电压源DV1和开关元件Q1、Q3、Q4在内的换 流环路、包含直流电压源DV2和开关元件Q2～Q4在内的换流环路 各自的电感相对应的关断浪涌电压。在图20的装置的情况下，难以 使两个换流环路的电感成分同时变小，因此关断浪涌电压变大。在图 21的装置的情况下，由于第一模块M1和第二模块M2的连接部的电 感成分，使关断浪涌电压增大。

如果关断浪涌电压超过耐压，则IGBT被破坏。为了避免破坏， 需要将薄膜类的电容器或缓冲电路连接于半导体装置的附近而使高 频电流旁通。但是，在追加的电容器、缓冲电路中，在通断时也产生 损耗。还能够代替使用缓冲电路这一做法而使用高耐压的开关元件， 但不仅半导体装置的价格上升，导通损耗也会增大。

另外，还能够将IGBT的通断速度变慢而使di/dt降低，抑制关 断浪涌电压，但开关元件的损耗增大。例如，在太阳能功率调节器、 UPS(不间断电源)等重视变换效率的用途下的电力变换装置中，由 于因半导体装置及电力变换装置的关断浪涌电压引起的损耗的增大 而产生变换效率下降的问题。

发明内容

本发明就是为了解决如上所述的课题而提出的，其目的在于得 到一种能够降低关断浪涌电压和损耗的半导体装置。

本发明所涉及的半导体装置的特征在于，具有：第一及第二外 部端子，它们与串联连接有第一及第二直流电压源的直流电压源电路 的高压端子和低压端子分别连接；第三外部端子，其与所述第一直流 电压源和所述第二直流电压源的连接点连接；第四外部端子；第一开 关元件，其连接在所述第一外部端子和所述第四外部端子之间；第二 开关元件，其连接在所述第四外部端子和所述第二外部端子之间；第 一AC开关部，其具有在所述第三外部端子和所述第四外部端子之间 反向串联连接的第三及第四开关元件；以及第二AC开关部，其具有 在所述第三外部端子和所述第四外部端子之间反向串联连接的第五 及第六开关元件，所述第一及第二AC开关部相互并联连接，所述第 一及第二开关元件和所述第一及第二AC开关部被收容于1个模块。

发明的效果

在本发明中，由于第一及第二AC开关部相互并联连接，因此 能够使第一换流环路的电感成分和第二换流环路的电感成分同时变 小。另外，由于电桥部的第一及第二开关元件与第一及第二AC开关 部被收容于1个模块，因此换流环路的电感小。因而，能够降低关断 浪涌电压。另外，不需要旁通用的缓冲电路或高耐压的开关元件，且 无需使通断速度变慢，因此能够降低损耗。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的电路图。