双元件功率模块及使用该双元件功率模块的三电平功率转换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及双元件功率模块及使用该双元件功率模块的三电平功率转换装置。
【背景技术】
[0002]以往使用双元件功率模块的铁道车辆用三电平功率转换装置采用如下结构:串联连接来构成上下臂的四个开关元件中，分别由双元件功率模块来构成外侧开关元件彼此(位于上位电位侧的开关元件及位于下位电位侧的开关元件)以及内侧开关元件彼此(夹持于两个外侧开关元件之间的两个开关元件)，并将另设的二极管模块用作为连接于构成上臂的两个开关元件彼此的连接点与构成下臂的两个开关元件彼此的连接点之间的钳位二极管(例如下述专利文献I)。
现有技术文献专利文献
[0003]专利文献1:国际公开第2008/075418号
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0004]如上所述，使用现有的双元件功率模块的铁道车辆用三电平功率转换装置中分别由双元件功率模块来构成外侧开关元件彼此及内侧开关元件彼此。因此，具有如下问题:模块内部的低电感结构作为铁道车辆用三电平功率转换装置所需的低电感电路所发挥的效果不足，无法充分发挥双元件功率模块的特征。
[0005]另外，上述专利文献I中，虽未提及双元件功率模块的元件配置或端子位置等，但仍有余地对各模块配置作为铁道车辆用三电平功率转换装置所需的低电感电路发挥作用的效果进行改善，期望电感更低的结构。
[0006]本发明鉴于上述情况而得以完成，其目的在于提供一种能充分发挥双元件功率模块的特征且能构成电感更低的电路的三电平功率转换装置。
解决技术问题所采用的技术方案
[0007]为解决上述问题，达成目的，本发明包括选出上位侧直流端子、中间电位直流端子及下位侧直流端子中的某一个的电位，并输出至交流端子的一个相的功率转换电路部，其特征在于，该功率转换电路部具备:具有上位电位侧的外侧开关元件及上位电位侧的钳位元件的第I双元件功率模块、由上位电位侧的内侧开关元件及下位电位侧的内侧开关元件所构成的第2双元件功率模块、具有下位电位侧的外侧开关元件及下位电位侧的钳位元件的第3双元件功率模块，所述第I至第3双元件功率模块均是相同结构的双元件三端子功率模块，分别具有与一元件的上位侧电位部相连接的第I电极、与一元件的下位侧电位部和另一元件的上位侧电位部之间的连接部相连接的第2电极、以及与另一元件的下位侧电位部相连接的第3电极，所述第I双元件功率模块的所述第I电极与所述上位侧直流端子相连，所述第I双元件功率模块的所述第2电极与所述第2双元件功率模块的所述第I电极相连，所述第I双元件功率模块的所述第3电极与所述中间电位直流端子相连，所述第3双元件功率模块的所述第I电极与所述中间电位直流端子相连，所述第2双元件功率模块的所述第2电极与所述交流端子相连，所述第2双元件功率模块的所述第3电极与所述第3双元件功率模块的所述第2电极相连，所述第3双元件功率模块的所述第3电极与所述下位侧直流端子相连。
发明效果
[0008]根据本发明，起到如下效果:能够利用同一结构的三个双元件功率模块来构成低电感电路。
【附图说明】
[0009]图1是表示实施方式I所涉及的双元件功率模块的大致形状的立体图。
图2是图1所示的双元件功率模块的电路图。
图3是用于说明三电平功率转换装置的电路结构的局部电路图。
图4是添加了电感环路后示出的三电平功率转换装置的局部电路图。
图5是实施方式I所涉及的三电平功率转换装置的局部电路图。
图6是将图5的电路图改画成各组开关元件相靠近的电路图。
图7是在图6的电路图中添加了两个电感环路后得到的图。
图8是用于说明实施方式I所涉及的三电平功率转换装置的动作的说明图。
图9是说明由三端子来构成双元件功率模块的效果的图。
图10是示意性示出使用了本发明的实施方式2所涉及的双元件功率模块的三电平功率转换装置中的模块配置例的俯视图。
图11是示意性示出使用了本发明的实施方式3所涉及的双元件功率模块的三电平功率转换装置中的模块配置例的俯视图。
图12是从图11的X方向进行观察的向视图。
图13是从图11的Y方向进行观察的向视图。
【具体实施方式】
[0010]下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的三电平功率转换装置进行说明。此夕卜，本发明并不局限于以下示出的实施方式。
[0011]实施方式I
首先，参照图1及图2来说明本发明的实施方式I所涉及的双元件功率模块。图1是表示实施方式I所涉及的双元件功率模块的大致形状的立体图，图2是图1所示的双元件功率模块的电路图。
[0012]实施方式I所涉及的双元件功率模块I如图1及图2所示,作为开关元件的MOSFET与作为所谓的续流二极管进行动作的二极管(以下记为“FWD”)反向并联连接而成的两个元件对、即第I元件对10及第2元件对12收纳在封装体(模块壳体)内。
[0013]第I元件对10具有第I电极Ml以及第2电极M2，第I元件对10中，在模块内MOSFET的漏极与FWD的阴极电连接，第I电极Ml与该连接部(上位侧电位部)电连接，在模块内MOSFET的源极与FWD的阳极电连接，第2电极M2与该连接部(下位侧电位部)电连接。另外，在第2元件对12中，在模块内MOSFET的漏极与FWD的阴极电连接，其连接部(上位侧电位部)与第2电极M2电连接。在模块内MOSFET的源极与FWD的阳极电连接，该连接部(下位侧电位部)与第3电极M3电连接，第I元件对10还具有该第3电极M3。在使用MOSFET以外的开关元件的情况下，也将第I元件对及第2元件对的FWD的阴极侧称作上位侧或上位电位侧，将第I元件对及第2元件对的FWD的阳极侧称作下位侧或下位电位侧。
[0014]上述第I至第3电极设于模块壳体的一个主面侧。第I电极及第3电极在模块壳体的长边方向上的一个端部侧沿与该长边方向正交的方向排列，第2电极配置在该模块壳体的长边方向的另一个端部侧。
[0015]由此，实施方式I所涉及的双元件功率模块构成为具有引出至同一主面侧的第I电极Ml?第3电极M3这三个电极(端子)的三端子型模块。此外，栅极电极(端子)与三个电极分开设置。
[0016]接下来，对使用实施方式I所涉及的功率模块的三电平功率转换装置进行说明。
[0017]首先，图3是用于说明三电平功率转换装置的电路结构的局部电路图，图示出了适用于铁道车辆的三电平功率转换装置中的直流链路部的部分及与一相对应的功率转换电路部(一相的功率转换电路部)的结构。直流链路部中存在有串联连接的两个电容器、连接于两个电容器的一端的上位侧直流端子P、连接于另一端的下位侧直流端子N、以及连接于2个电容器的相连部位的中间电位端子C。将上位侧直流端子P所存在的一侧称为上位电位侧，将下位侧直流端子N所存在的一侧称作下位电位侧。一相的功率转换电路部选择上位侧直流端子P、中间电位端子C以及下位侧直流端子N中的某一个的电位，并输出到交流端子AC。
[0018]该三电平功率转换装置中的功率转换电路部中，如图3所示，包括位于上位电位侧外侧的开关元件(以下称作“上位外侧开关元件”)101、位于上位电位侧内侧的开关元件(以下称作“上位内侧开关元件”)102、位于下位电位侧内侧的开关元件(以下称作“下位内侧开关元件”)103、位于下位电位侧外侧的开关元件(以下称作“下位外侧开关元件”)104、作为上位电位侧的中性点钳位二极管来进行工作的开关元件(以下称作“上位侧钳位元件”)105以及作为下位电位侧的中性点钳位二极管来进行工作的开关元件(