电力变换装置以及使用该电力变换装置的电梯的制作方法_2

文档序号:9633429阅读:来源:国知局
具有内置的二极管结构,因此能省略使用IGBT 时所必需的外附的逆并联连接的二极管,从而省略了外附的逆并联的二极管。在图1中仅 对半导体开关元件111和113进行说明,对其它的半导体开关元件来说也成为同样的构成。
[0037] 另外,作为半导体开关元件,也可W不是MOS阳T,而用IGBT、J阳T等来代替。半导 体开关元件具有第1端子、第2端子、第3端子,在MOSFET或J阳T的情况下,第1端子是栅 极,第2端子是源极,第3端子是漏极,在IGBT的情况下,第1端子是栅极,第2端子是发射 极,第3端子是集电极。
[0038] 另外,在图1中,与图13 W及图14较大的不同在于,驱动电路130成为具有多层 基板的驱动电路运一点。另外,在图1中仅说明了驱动电路130,对其它驱动电路来说也同 样。
[0039]因此,在第1实施例中,电力变换装置具有:将具有第1端子、第2端子和第3端子 的第1 W及第2半导体开关元件111和113并联连接的并联电路讯使第1 W及第2半导 体开关元件111和113同时进行开关的驱动电路130,在该电力变换装置中,驱动电路130 成为如下构成:具有将多个导电层设置在厚度方向的相互不同的位置处的多层基板,通过 W第2端子的电位为基准向第1端子施加电压来驱动第1 W及第2半导体开关元件111和 113, W使电流流过第2端子与第3端子之间,如此。
[0040] 在图1中,并联电路100由并联连接的半导体开关元件111、113构成。另外,并联 电路100被模块化,其具有与半导体开关元件111、113的漏极连接的漏极端子101a、10化、 与源极连接的源极端子1〇2曰、102b、与栅极连接的栅极端子103a、103b、与源极连接并与驱 动电路130连接的感测端子即感测源极端子104a、104b。
[0041]目P,具有组装有第1 W及第2半导体开关元件111和113的半导体开关模块,半导 体开关模块具有与第1端子连接的第1模块端子、与第2端子连接的第2模块端子W及感测 端子、和与第3端子连接的第3模块端子,驱动电路130与第1模块端子和感测端子连接。 另外,在此例示了具有感测端子的模块的情况,但在没有感测端子的情况下,也可W从作为 第2模块端子的源极端子102a、10化使布线分支而连接到驱动电路130。<br>[0042] 并联电路100的半导体开关元件111、113在半导体开关元件111的漏极和113的 漏极、半导体开关元件111的源极和113的源极连接,构成为并联电路。
[004引图2是本发明的第1实施例的多层基板中的各层的示意图。在图1、图2中,驱动 该半导体开关元件111 W及113的驱动电路130具有多层基板,该多层基板具有:感测源极 层1301,其是与半导体开关元件111的源极(感测源极)同电位的导电层,且具有半导体开 关元件111的感测源极的导电路径131 ;栅极层1302,其是与半导体开关元件111的栅极同 电位的导电层,且具有半导体开关元件111的栅极的导电路径132 ;感测源极层1303,其是 与半导体开关元件113的源极(感测源极)同电位的导电层,且具有半导体开关元件113 的感测源极的导电路径133 ;和栅极层1304,其是与半导体开关元件113的栅极同电位的导 电层,且具有半导体开关元件113的栅极的导电路径134。将运些导电层配置在厚度方向的 相互不同的位置处。关于该多层基板的导电层的层叠顺序的效果在后面叙述。另外,141、 146是感测源极层电感,142、145是栅极层电感。在此,为了方便使栅极层电感142、145面 对面运一情况易于理解,将它们分为2个来图示,但实际上可W将图示的2个142合起来认 为是1个栅极层电感142,将2个145合起来认为是1个栅极层电感145。
[0044]驱动电路130除了多层基板W外,还由栅极电阻121a W及12化、驱动用放大器 123、驱动用电源124、125、放大器用电阻122、控制IC126作为构成部件来构成,使半导体开 关元件111 W及113同时进行导通断开动作。驱动电路130的构成部件本身被安装在多 层基板的感测源极层1301,使用绝缘性通孔仙rou曲hole)或焊盘121aa、121油、12化a、 12化b、122a、12化、123a(1231a、1232a)、123b(1231b、1232b)、123c(1231c、1232c)、124b、 12化、126b、导电性通孔或焊盘124a、125a、126a、多层基板的导电层来进行布线。另外,并 不是仅在感测源极层1301安装驱动电路130的构成部件,还能仅安装在另一个感测源极层 1303,或者分散于感测源极层1301和1303进行安装。
[0045] 图5是驱动用放大器的电路构成图。在此,由npn晶体管1231、pnp晶体管1232 构成,但还能用pMOS或nMOS等代替。
[0046] 接下来通过与比较例进行比较来说明第1实施例的效果。
[0047] 图3是比较例的并联电路W及驱动电路的示意图,图4是比较例的多层基板中的 各层的示意图,是分别与图1、图2对应的图。在图3 W及图4中,与图1 W及图2不同的点 在于多层基板的层叠顺序,在图3 W及图4中,在栅极层1302与栅极层1304之间夹着感测 源极层1301和感测源极层1303,将感测源极层1301和感测源极层1303作为相邻的层来层 畳。
[0048] 在此,在多层基板中,导电路径132、131、133、134重合,进行磁禪合。此时的半导 体开关元件111的栅极-源极间电感Lun Sm W及半导体开关元件111和113的感测源 极-感测源极间电感Lsiii S113用W下的式(1)化及式似来表现。
[0049] Lgiii sin _ L g…+L^…_2Mg…siii+Mg…口+Msiusin…(1)
[0050] 在此,Lgiii:半导体开关元件111的栅极层电感142
[005。 Lsiii:半导体开关元件111的感测源极层电感141
[00閲 Mgiiism = Lg…和Lsm的互感
[0053] Mg…gii3:L gill和 L gii3的互感
[0054] Ms……3:L sm和L sm的互感
[00巧]Lgii3:半导体开关元件113的栅极层电感145
[005引 L…3:半导体开关元件113的感测源极层电感146
[0057] Lsill S113 一 L s111+Ls113-2Ms111s113…似
[005引在此,L…1:半导体开关元件111的感测源极层电感141
[0059] L…3:半导体开关元件113的感测源极层电感146
[0060] Ms……3:L sm和L sm的互感
[0061] 另外,在图3中,为了方便使感测源极层电感141、146面对面运一情况易于理解, 将它们分为2个来图示,但实际上可W将图示的2个141合起来认为是1个感测源极层电 感141,将2个146合起来认为是1个感测源极层电感146。
[006引在此,分别具有电感Ll和L2的层间的互感M用W下的式做来表现,由于禪合系 数k是与相互作用的层间的距离成反比的系数,因此互感M还具有与相互作用的层间的距 离成反比的性质。
[0063]
[0064] 其中,k :禪合系数(与Ll和L2的层间的距离成反比的系数)
[006引因此,若如图3那样使2个感测源极层1301和1303通过相邻而接化则在运2个 感测源极层中重合的导电路径131和133的禪合系数k会变大,因此两者间的互感Mdikm 变大,由此,如式(2)所示那样,感测源极-感测源极间电感Lsiii S113变小。若电感变小则电 流就会变得易于流过,在驱动电路侧的环路路径即源极环路中电流变得易于流过。其结果 是,在主电路的阻抗有偏差的情况下,在半导体开关元件间出现电流的不平衡,电流进一步 易于流过电感小的源极环路,由此有助长电流的不平衡的可能性。
[0066] 目P,在并联电路中,在存在多个各半导体开关元件、或模块的驱动用端子W及主电 路端子的情况下,由于因布线的差别所引起的主电路路径的阻抗之差、基板图案的差别等, 在各半导体开关元件、或各模块的电流分担中出现不均等,在电流分担不均等的情况下,流 过比设计时所预想的电流更多的电流的半导体开关元件、或模块的寿命会减少,进而在流 过大于额定值的电流的情况下,还有引起元件破坏等的可能性。
[0067] 与此相对,在第1实施例中,如图1 W及图2所示那样,在多层基板中,构成为:将 感测源极层1301、1303配置在最外侧,W使它们成为最远的距离,在它们之间配置栅极层 1302、1304。
[006引考虑式似所示的感测源极-感测源极间电感Lsiii S1。,其具有如下特性:若层间 距离变大,则根据式(3),感测源极层1301-感测源极层1303间的禪合系数k变小,从而互 感变小。根据式(2),通过作为负的项的互感MdikW变小,从而感测源极-感测源极间电感 Lsm Sm变大,电流难化流向源极环路。因此,在发生了因主电路阻抗的偏离等引起的流过 半导体开关元件111和113的电流的不均等的情况下,由于能通过将源极环路中的电感保 持的较大来抑制流向源极环路的电流,因此能抑制半导体开关元件111和113的电流的
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