本公开涉及电力转换装置，并且更具体地涉及由高电位线和低电位线之间互相串联的上臂半导体器件和下臂半导体器件构成的电力转换装置。
背景技术：
已知一种电力转换装置，其中上臂半导体器件和下臂半导体器件在高电位线和低电位线之间互相串联。例如，日本专利文献(例如，日本专利号5805513)公开了一种电力转换装置，其中每个上臂半导体器件和每个下臂半导体器件由两个并联连接的开关元件(以下称为并联体)构成。具体地，上述专利文献公开一种配置，其中并联体中包括的两个开关元件在互相不同的断开定时被控制为断开。
然而，根据上述专利文献，在针对两个开关元件偏移断开定时的控制中未提出有效降低开关损耗的技术。具体地，在并联连接的两个开关元件中随后断开的开关元件引起主电路中的电流变化，由此导致开关损耗。因此，当发生电流变化的闭合电路的电感很大时，不能有效地降低开关损耗。
技术实现要素：
本公开是根据上述情况完成的，并且提供了一种能够有效降低其开关损耗的电力转换装置。
本公开的第一方面是电力转换装置(1)，包括：高电位线(11h)和低电位线(11l)；连接至高电位线的上臂半导体器件(2h)；串联连接至上臂半导体器件(2h)并且连接至低电位线的下臂半导体器件(2l)；以及在高电位线和低电位线之间连接的电容器(3)，其中彼此串联连接的上臂半导体器件和下臂半导体器件中的至少一个构建并联体(20)，所述并联体由两个或多个并联的开关元件(2)构成；至少在与上臂半导体器件和下臂半导体器件中的由并联体构成的臂相对的相对臂中设置有回流元件(21)，回流元件允许电流从低电位线侧流向高电位线侧；构建并联体的开关元件被控制为使得断开定时互相不同；在构建并联体的开关元件之中标识最后断开的最后断开元件(22)和作为其他元件的非最后断开元件(23)；其中电流经过最后断开元件、与最后断开元件相对的相对臂中的回流元件和电容器的最后断开闭合电路(101)的电感小于其中电流经过并联连接到最后断开元件的非最后断开元件、与最后断开元件相对的相对臂中的回流元件和电容器的非最后断开闭合电路(102)的电感。
根据上述电力转换装置，上述最后断开闭合电路的电感小于上述非最后断开闭合电路的电感。由此，可以有效降低开关损耗。换句话说，在上述电力转换装置的电路结构中，当最后断开元件断开时，回流电流开始流过与设置最后断开元件的臂相对的相对臂中的回流元件。这时，电流在上述最后断开电路中变化。通过减小由于最后断开电路中的电流变化引起的冲击电压，可以减小开关损耗。在这方面，在上述电力转换装置中，最后断开闭合电路的电感被设置为小于非最后断开闭合电路的电感。因此，可以有效降低开关损耗。
如所述，根据上述方面，可以提供能够有效降低开关损耗的电力转换装置。应注意，在这一列和权利要求书中的括号中的附图标记指示与作为将在稍后描述的一个方面的实施例中的具体方法对应，并且不限制本公开的技术范围。
附图说明
在附图中：
图1是根据本公开的第一实施例示出电力转换装置的电路图；
图2是根据第一实施例示出当考虑到上臂半导体器件的开关操作时最后断开闭合电路和非最后断开闭合电路的说明性示图；
图3是根据第一实施例示出当考虑到下臂半导体器件的开关操作时最后断开闭合电路和非最后断开闭合电路的说明性示图；
图4是根据第一实施例示出最后断开元件和非最后断开元件的开关操作的定时图；
图5是根据第二实施例示出最后断开元件和非最后断开元件的开关操作的定时图；
图6是根据第三实施例示出电力转换装置的电路图；
图7是根据第三实施例示出当考虑到上臂半导体器件的开关操作时最后断开闭合电路和非最后断开闭合电路的说明性示图；
图8是根据第三实施例示出当考虑到下臂半导体器件的开关操作时最后断开闭合电路和非最后断开闭合电路的说明性示图；
图9是根据第四实施例示出电力转换装置的电路图；
图10是根据第五实施例示出电力转换装置的电路图；
图11是根据第六实施例示出电力转换装置的部分的电路图；
图12是根据第六实施例示出最后断开模块的前视图；
图13是根据第六实施例示出非最后断开模块的前视图；
图14是根据第六实施例的电力转换装置的部分的平面图；
图15是根据第六实施例的电力转换装置的包括部分汇流条的部分的平面图；
图16是根据第六实施例示出上臂模块、下臂模块和汇流条之间的连接状态的前视图；
图17是根据第七实施例示出当考虑到上臂半导体器件的开关操作时最后断开闭合电路和非最后断开闭合电路的说明性示图；
图18是根据第七实施例示出当考虑到上臂半导体器件的开关操作时最后断开闭合电路和非最后断开闭合电路的说明性示图；
图19是根据第七实施例示出作为最后断开模块的公共模块的前视图；
图20是根据第七实施例示出作为非最后断开模块的公共模块的前视图；
图21是沿着图19的xxi-xxi线截取的横截面图；
图22是根据第七实施例示出电力转换装置的部分的平面图；
图23是根据第八实施例示出当考虑到上臂半导体器件的开关操作时最后断开闭合电路和非最后断开闭合电路的说明性示图；
图24是根据第八实施例示出当考虑到下臂半导体器件的开关操作时最后断开闭合电路和非最后断开闭合电路的说明性示图；
图25是根据第八实施例示出支路公共模块的前视图；
图26是沿着图25的xxvi-xxvi线截取的横截面图；
图27是根据第九实施例示出电力转换装置的部分的电路图；
图28是根据第九实施例示出在模块主体中的第一布线路径和第二布线路径的电路图；
图29是根据第九实施例示出上臂公共模块的前视图；并且
图30是沿着图29的xxx-xxx线截取的横截面图；
具体实施方式
(第一实施例)
参考图1至图4，将描述电力转换装置的实施例。
如图1所示，根据第一实施例的电力转换装置1设置有高电位线11h、低电位线11l、连接至高电位线11h的上臂半导体器件2h、下臂半导体器件2l和电容器3。下臂半导体器件2l与上臂半导体器件2h串联。电容器3连接在高电位线11h和低电位线11l之间。
互相串联连接的上臂半导体器件2h或下臂半导体器件2l中的至少一个构建并联体20，该并联体20设置有两个或多个并联连接的开关元件。在串联连接的上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l中，至少在与并联体20相对的相对侧壁中设置回流元件21以允许电流从低电位线11l流向高电位线11h。
如图4中所示，构建并联体20的多个开关元件2被控制为使得断开定时互相不同。在构建并联体20的开关元件2中，标识最后断开元件22和非最后断开元件23。最后断开元件22最后断开并且非最后断开元件23是另一个开关元件2。换句话说，在并联体20的多个开关元件2中，针对开关元件控制断开定时使得特定的开关元件2被控制为最后断开。然后，该特定的开关元件2被确定为最后断开元件22并且其他开关元件2被确定为非最后断开元件23。
如图2和图3所示，最后断开闭合电路101被确定为其中电流经过最后断开元件22、与最后断开元件22相对的相对臂中包括的回流元件21、和电容器3的闭合电路。非最后断开闭合电路102被确定为其中电流经过与最后断开元件22并联连接的非最后断开元件23、与最后断开元件22相对的相对侧臂内包括的回流元件21、和电容器3的闭合电路路径。此时，最后断开闭合电路101的电感小于非最后断开闭合电路102的电感。
如图1中所示，根据第一实施例的电力转换装置1，上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l的每一个构建并联体。并且，每个并联体20由并联连接的两个开关元件构成。这两个开关元件2由互相不同的类型的半导体器件构成。具体地，构建并联体20的开关元件2由sic-mosfet(即，由碳化硅制成的金属氧化物半导体场效应晶体管)和si-igbt(即，由硅制成的绝缘栅双极晶体管)组成。
如图1所示，提供了三条支路，其中串联连接的由上臂半导体器件2h组成的并联体20和由下臂半导体器件2l组成的并联体20构成每个支路。并且，电容器3和三条支路在高电位线11h和低电位线11l之间并联。每条支路具有相同的配置。具体地，在上臂半导体器件2h与下臂半导体器件2l之间，三条支路连接至三相ac(交流)旋转电机42的相应电极，也就是通过输出布线12u、12v和12w连接至u相电极、v相电极、和w相电极。需要注意，高电位线11h连接至dc(直流)电源41的正极并且低电位线11l连接至dc电源41的负极。由此，电力转换装置1被配置成通过将开关元件2接通和断开来将dc电力从dc电源41转换为三相ac电力，由此驱动旋转电机42。并且，电力转换装置1被配置使得由旋转电机42产生的ac电力转换为dc电力作为再生电力。
根据本实施例，最后断开元件22由mosfet构成并且非最后断开元件23由igbt构成。并且，mosfet包括用作允许电流从低电位线11l侧流向高电位线11h侧的回流元件21的寄生二极管。进一步，通过执行在回流操作期间mosfet导通的同步整流，mosfet可以用作回流元件21。在任一情况下，根据本实施例，一个mosfet用作最后断开元件22和回流元件21两者。
如上所述，在电力转换装置1中，各个开关元件2在预定的定时被控制为接通或断开。构建各个并联体20的多个开关元件2互相大致同步地接通和断开。换言之，每个臂由多个开关元件2的并联体20构成使得在各个臂中的电阻可以被降低，由此减小开关损耗。如图4中所示，在每个并联体20中，在两个开关元件2之间的断开定时互相偏移。具体地，最后断开元件22在非最后断开元件23断开之后断开。在图4中，实线s22表示最后断开元件22的开关定时，并且实线s23表示非最后断开元件23的开关定时。
根据本实施例，构建并联体20的多个开关元件2被进一步控制为使得其接通定时互相偏移。然后，构建并联体20的多个开关元件2中的最后断开元件22被控制为首先接通。根据本实施例，如图4(s22)所示，最后断开元件22首先接通并且最后断开。
因此，紧接在最后元件22接通之后以及紧接在断开最后元件22之前，电流只流过并联体20的开关元件2中的最后断开元件22。因此，当最后断开元件22接通和断开时，在最后断开元件22发生电流变化，导致恢复电流或回流电流流过最后断开元件22和在相对臂中的回流元件21。
在这个方面，电力转换电路中的闭合电路10u将用于说明。闭合电路10u由与u相输出布线12u、高电位线11h和低电位线11l连接的支路和电容器3构成。闭合电路10u在图2和图3中示出。注意，在由与v相输出布线12v、高电位线11h、低电位线11l连接的支路和电容器3构成的闭合电路中，将出现与上述闭合电路10u相似的现象。同样，在由连接至w相输出布线12w、高电位线11h、和低电位线11l的支路和电容器3构成的闭合电路中，将出现相似的现象。
例如，当断开上臂半导体器件的最后断开元件22时，回流电流if开始流过下臂的回流元件21(根据本实施例的mosfet中的寄生二极管)，以将存储在旋转电机42的电感中的能量返回到电源41。此时，如图2所示，在闭合电路10u中，在连接下臂半导体2l的回流元件21、上臂半导体2h的最后断开元件22、高电位线11h、电容器3和低电位线33l的闭合电路中发生电流变化。因此，通过减小最后断开闭合电路101的电感，可以减小由于断开操作而引起的冲击电压。并且，通过减小最后断开闭合回路101的电感，开关速度可以更快使得由于断开操作引起的开关损耗也可以被减小。
当闭合上臂半导体器件2h的最后断开元件22时，反向偏压施加到下臂半导体器件2l的回流元件21，通过该回流元件21，电流已经从低电位线11l侧流向高电位线11h。因此，在下臂半导体器件2l的回流元件21中瞬间产生恢复电流ir，其流向低电位线11l。如图2中所示，在闭合电路10u中，恢复电流ir以下臂半导体器件2l的回流元件21(根据本实施例是mosfet的寄生二极管)、低电位线11l、电容器3、高电位线11h、和上臂半导体器件2h的最后断开元件22的顺序流过连接它们的闭合电路。换言之，上述恢复电流ir以与回流电流if相反的方向流过与上述最后断开闭合电路相同的闭合电路。然后，响应于恢复电流的减小而产生冲击电压。因此，降低最后断开闭合电路101的电感对于减小接通时的冲击电压是有效的。
由此，根据本实施例，减小最后断开闭合电路101的电感对于降低当接通和断开时最后断开元件22的开关损耗是有效的。同时，包括非最后断开元件23的闭合电路102的电感、即流过下臂半导体器件2l的回流元件21(根据本实施例是mosfet的寄生二极管)、上臂半导体器件2h的非最后断开元件23、高电位线11h、电容器3和低电位线11l的闭合电路的电感很少影响开关损耗。
在这个方面，根据本实施例，最后断开闭合电路101的电感被设置为低于非最后断开闭合电路102的电感。
在本实施例中，当关注于下臂半导体器件2l的开关操作时，如图3所示，最后断开闭合电路101被定义为闭环电路，其包括下臂半导体器件2l的最后断开元件22、和上臂半导体器件2h的回流元件21(根据本实施例是mosfet的寄生二极管)。非最后断开闭合电路102被定义为闭环电路，其包括下臂半导体器件2l的非最后断开元件23、和上臂半导体器件2h的回流元件21(根据本实施例是mosfet的寄生二极管)。同样，它们之间的关系被定义使得最后断开闭合电路101的电感小于非最后断开闭合电路102的电感。
需要注意，开关元件2的断开定时被定义为流过开关元件2的受控电流(即，根据本实施例的漏极和源极之间的电流或集电极和发射极之间的电流)被切断的定时。开关元件2响应于从控制单元发射的开关信号反复接通和断开。然而，开关元件2的断开定时不与开关信号从接通状态断开的定时匹配。换言之，当来自控制单元的开关信号从接通状态断开时受控电流被切断并且开关元件2的栅电压开始减小以达到预定的阈值。这个定时被称为开关元件2的断开定时。
另一方面，开关元件2的接通定时被定义为受控电流(即，根据本实施例的漏极和源极之间的电流或集电极和发射极之间的电流)开始流过开关元件2的定时。相似地，开关元件2的接通定时不一定与来自控制单元的开关信号从断开状态接通的定时匹配。具体地，当开关信号从断开状态接通并且施加在开关元件2的栅电压开始增加以达到预定的阈值时，受控电流开始流动。这个定时被称为开关元件2的接通定时。
因此，通过将非最后断开元件23的栅电阻设置为小于最后断开元件22的栅电阻，断开信号从控制单元到非最后断开元件23和最后断开元件22的定时可以被设定为相同定时。显然，从控制单元到最后断开元件22的断开信号定时可以相对于到非最后断开元件23的断开信号而言被延迟。
接着，将描述本实施例的效果和优点。在上述电力转换装置1中，最后断开闭合电路101的电感被设置为低于非最后断开闭合电路102的电感。由此，可以有效降低开关损耗。
在上述电力转换装置1的电路配置中，当最后断开元件22断开时，回流电流if开始流过与最后断开元件22相对的相对臂中的回流元件21。然后，在最后断开闭合电路101中发生电流变化。由流过最后断开闭合电路101的回流电流if引起的冲击电压被减小使得开关损耗可以被减小。在此方面，根据电力转换装置1，最后断开闭合电路101的电感被设置为低于非最后断开闭合电路102的电感。由此，可以有效降低开关损耗。
并且，最后断开元件22被控制为在构建并联体20的多个开关元件2中首先被接通。因此，当接通时的冲击电压可以被有效地减小。
构建并联体20的多个开关元件2由sic-mosfet和si-igbt构成。因此，两种类型的半导体元件被使用以有效降低开关损耗使得臂中的损耗被降低。
具体地，根据本实施例，最后断开元件22由sic-mosfet构成。这是因为，最后断开元件22使用可以达到快速开关速度(导通断开时间)的sic-mosfet，由此进一步减小开关损耗。与此同时，在si-igbt器件中，当断开时流过报告(tale)电流。因此，当si-igbt不用于最后断开元件22时，由于报告电流的开关损耗可以被减小。并且在这个观点中，si-igbt用于非最后断开元件23并且sic-mosfet用于最后断开元件22，由此可以更有效地减小开关损耗。
如所述，根据本实施例，可以提供能够有效降低开关损耗的电力转换装置。
注意，与上述第一实施例不同，最后断开元件可以由si-igbt构成并且非最后断开元件可以由sic-mosfet构成。在这个情况下，sic-mosfet可以被用作辅助开关元件2。因此，由于相对昂贵的sic-mosfet可以容易地制成小尺寸，使得可以完成电力转换装置的成本降低。在另一方面，由于最后断开元件由si-igbt构成，开关损耗可能是问题。然而，通过使用最后断开闭合电路的电感被设置为小于非最后断开闭合电路的电感的配置，开关损耗可以更小。就是说，当最后断开元件由si-igbt构成并且非最后断开元件由sic-mosfet构成时，由此可以抑制开关损耗的增加并且达到降低成本。
在上述第一实施例中，两个开关元件2被并联以组成并联体。并联体可以由并联的三个或更多个开关元件2构成。并且在这个情况下，在三个或更多个开关元件2中最后断开的开关元件2被确定为最后断开元件并且剩余的两个或更多个开关元件2被确定为非最后断开元件。两个或更多个非最后断开元件中的断开定时可以互相偏移。在这个情况下，流过非最后断开元件的闭合电路路径的电感优选地被设置使得非最后断开元件的断开定时越慢，闭合电路的电感越小。
(第二实施例)
根据第二实施例，如图5所示，最后断开元件22的断开定时被控制为转换为比非最后断开元件23的接通定时更早。注意，最后断开元件22的断开定时与其在第一实施例的相同，在第一实施例中，最后断开元件22的断开定时被设置为比非最后断开元件23的断开定时更晚的定时。应注意，除非另有说明，否则在前面的实施例中使用的相同的附图标记表示相似的元件。
根据本实施例，接通时的开关损耗没有被减小，然而，断开时的开关损耗被有效地减小为与第一实施例相似。对于开关损耗，断开时的电流改变显著地影响开关损耗。因此，假设断开时的开关损耗被减小，使用第二实施例的电力转换装置1的功率损耗也可以被有效地降低。
通过使用肖特基势垒二极管等可以抑制闭合时的回流元件21中的恢复电流。具体地，通过使用由sic制成的肖特基势垒二极管，能够保证足够的击穿电压并且恢复电流可以更被抑制。在这个情况下，与本实施例相似，不考虑闭合时的开关损耗，通过设置断开定时和最后闭合电路101的电感可以有效地降低在电力转换装置1中的开关损耗。
进一步，控制可以被执行使得最后断开元件和非最后断开元件的闭合定时可以被设置为相同的。
(第三实施例)
根据第三实施例，如图6至图8所示，与开关元件2不同的另一个二极管210被用作回流元件21。具体地，二极管210与构建并联体20的mosfet和igbt反向并联连接。
作为二极管210，可以使用由si制成的pin二极管或由sic制成的肖特基势垒二极管。
如图7和图8所示，根据本实施例，最后闭合电路101被确定为经过最后断开元件22、设置在与最后断开元件22相对的臂中的二极管210、和电容器3的闭合电路路径。非最后断开闭合电路102被确定为经过与最后断开元件22并联连接的非最后断开元件23、设置在与最后断开元件22相对的臂中的二极管210、和电容器3的闭合电路路径。
具体地，当关注于上臂半导体器件2h的开关操作时，如图7所示，最后断开闭合电路101被确定为包括上臂半导体器件2h的最后断开元件22和下臂半导体器件2l的二极管210的闭合电路。并且，非最后断开闭合电路102被确定为包括上臂半导体器件2h的非最后断开元件23和下臂半导体2l的二极管210的闭合电路。
另一方面，当关注于下臂半导体器件2l的开关操作时，如图8所示，最后断开闭合电路101被确定为包括下臂半导体器件2l的最后断开元件22和上臂半导体器件2h的二极管210的闭合电路。并且，非最后断开闭合电路102被确定为包括下臂半导体器件2l的非最后断开元件23和上臂半导体器件2h的二极管210的闭合电路。与第一实施例相似，最后断开闭合电路101的电感小于非最后断开闭合电路102的电感。其他配置与第一实施例中的那些相同。
类似地，根据本实施例，可以获得第一实施例的相似的操作效果。注意，在其中igbt和二极管被集成为单一元件的rc-igbt可以被用于实现本实施例的相似电路配置。
(第四实施例)
如图9所示，根据第四实施例的电力转换装置10提供包括上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l的转换器。与第一实施例相似，上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l的每一个由其中两个开关元件2并联的并联体20构成。该两个开关元件2时mosfet和igbt。
上臂半导体器件2h的并联体20和下臂半导体器件2l的并联体20互相串联。支路由串联的两个并联体20构成。支路与电容器3并联连接在高电位线11h和低电位线11l之间。
上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l之间的布线通过电抗器43连接至dc电源410的正极。滤波电容器44被设置使得其一端连接在电抗器43和dc电源410的正极之间并且另一端连接至低电位线11l。根据本实施例的电力转换装置10控制上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l适当地导通和断开，由此升高dc电源410的电压并将升高的电压输出至连接在高电位线11h和低电位线11l之间的电负载(未示出)。并且，电力转换装置10逐步降低从电负载侧供应的高压电力。作为电负载，在第一实施例中引入的逆变器和旋转电机可以被连接至电力转换装置。
类似地，根据本实施例的电力转换装置10，包括最后断开元件22的最后断开闭合电路101的电感小于包括非最后断开元件23的非最后断开闭合电路102的电感。注意，图9示出了应被用于比较的最后断开闭合电路101和非最后断开闭合电路102的示例。其他配置与第一实施例的配置相同并且可以获得相似的操作效果。
与前述实施例相似，本实施例可以各种方式修改使得mosfet的寄生二极管、用于同步整流的mosfet、与开关元件2并联的二极管或包括在rc-igbt中的二极管可以被用作回流元件21。
(第五实施例)
如图10所示，根据本实施例的电力转换装置10被配置使得上臂半导体器件2h由二极管构成作为回流元件21。换言之，在上臂中仅设置二极管210而没有开关元件2。由两个开关元件2组成的并联体20构成下臂半导体器件2l。根据本实施例的电力转换装置10用作仅执行升压操作的转换器。根据本实施例的电力转换装置10可以被用作用于燃料电池的升压转换器。
根据本实施例，最后断开闭合电路101是包括包含在并联体20中的最后断开元件22、作为上臂半导体器件2h的二极管210、和电容器3的闭合电路。非最后断开闭合电路102是包括包含在并联体20中的非最后断开元件23、作为上臂半导体器件2h的二极管210、和电容器3的闭合电路。
作为二极管210，例如，可以使用由si制成的pin二极管或由sic制成的肖特基势垒二极管。替代地，作为二极管210，mosfet等可以被使用。其他配置与第一实施例中的那些相同。本实施例也获得与第一实施例相同的操作效果。
(第六实施例)
如图11至16所示，根据第六实施例，开关元件2和回流元件21被安装在半导体模块(52h、53h、52l、53l)上。具体地，根据本实施例，最后断开元件22、非最后断开元件23和回流元件21被安装在半导体模块。如图11至13所示，最后断开元件22和非最后断开元件23被安装在最后断开模块52和非最后断开模块53上，最后断开模块52和非最后断开模块53是独立模块，即，互相独立。换句话说，安装最后断开元件22的半导体模块是最后断开模块52，并且安装非最后断开元件23的半导体模块是非最后断开模块53。
根据本实施例，上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l两者都安装在上臂模块5h和下臂模块5l上，上臂模块5h和下臂模块5l是独立的半导体模块。换句话说，上臂半导体器件2h的最后断开元件22、上臂半导体器件2h的非最后断开元件23、下臂半导体器件2l的最后断开元件22被安装在互相独立的半导体模块上。根据本实施例，安装有上臂半导体器件2h的最后断开元件22的半导体模块被称为半导体模块52h，安装有上臂半导体器件2h的非最后断开元件23的半导体模块被称为半导体模块53h，并且安装有下臂半导体器件2l的最后断开元件22的半导体模块被称为半导体模块52l，并且安装有下臂半导体器件2l的非最后断开元件23的半导体模块被称为半导体模块53l。
最后断开闭合电路101和非最后断开闭合电路102的每一个包括半导体模块、电容器3、汇流条61、62和63。最后断开闭合电路101中包括的汇流条61、62和63的总电感小于非最后断开闭合电路102中包括的汇流条61、62和63的总电感。注意，图11中示出的最后断开闭合电路101和非最后断开闭合电路102分别被定义为最后断开闭合电路和非最后断开闭合电路，它们应该在关注于上臂半导体器件2h的最后断开元件22的开关操作时被比较。
上臂模块5h和下臂模块5l通过中间汇流条63互相连接。并且，上臂模块5h通过使用构建高电位线11h的高电位汇流条61被连接至电容器3。下臂模块5l通过使用构建低电位线11h的低电位汇流条62被连接至电容器3。包含在最后断开闭合电路101中的高电位汇流条61、低电位汇流条62和中间汇流条63的总电感小于包含在非最后断开闭合电路102中的高电位汇流条61、低电位汇流条62和中间汇流条63的总电感。
如图11中所示，包含在最后断开闭合电路101中的高电位汇流条61的电感被定义为l11，包含在最后断开闭合电路101中的低电位汇流条62的电感被定义为l12，包含在最后断开闭合电路101中的中间汇流条63的电感被定义为l13。进一步，包含在非最后断开闭合电路102中的高电位汇流条61的电感被定义为l21，包含在非最后断开闭合电路102中的低电位汇流条62的电感被定义为l22，包含在非最后断开闭合电路102中的中间汇流条63的电感被定义为l23。这时，满足关系l11+l12+l13<l21+l22+l23。具体地，根据本实施例，满足l11<l21和l13<l23。在相应闭合电路中，在图11中，尽管在其他位置可以存在电感，仅示出关注的电感部件。在其他图中一样。
本实施例的电力转换装置1的特定结构在图12至16中示出。如图14中所示，电力转换装置1设置有布置在其中的半导体模块52h、53h、52l和53l。如图12至16中所示，半导体模块中的每一个由形成为卡片形状的模块主体550和在与其厚度方向x垂直的方向上从模块主体550突出的两个电源端子551和552构成。并且，如图12和13所示，半导体模块包括从模块主体550以相对于电源端子551和552的相对的方向突出的控制端子54。注意到，为了方便起见，控制端子54和电源端子551和552突出的方向被定义为高度方向z。并且，为了方便起见，垂直于厚度方向x和高度方向z两者的方向被定义为宽度方向y。
如图14所示，两个上臂模块5h，即，半导体模块52h和53h被布置在厚度方向x。并且两个下臂模块5l，即，半导体模块52l和53l被布置在厚度方向x。
另一方面，两个最后断开模块52，即，半导体模块52h和52l被布置在宽度模块y。进一步，两个非最后断开模块53，即，半导体模块53h和53l被布置在宽度模块y。此外，两个非最后断开模块53，即，半导体模块53h和53l被布置在宽度模块y。
电容器3被布置为在厚度方向x上层压在这些半导体模块52h、53h、52l和53l上。在上述四个半导体模块52h、53h、52l和53l中的半导体模块52h和52l(即最后断开模块52)与半导体模块53h和53l(即，非最后断开模块53)所设置的位置相比距离电容器3更近。换句话说，与和最后断开模块52并联的非最后断开模块53的位置相比，最后断开模块52距离电容器3更近。
如图15和16所示，半导体模块52h、53h、52l和53l用电源端子551和552通过高电位汇流条61和低电位汇流条62连接至电容器3。并且，上臂模块5h(52h，53h)和下臂模块5l(52l，53l)通过输出汇流条63连接在电源端子552和551。如所述，最后断开模块52(52h，52l)与非最后断开模块(53h，53l)的位置相比距离电容器3更近。
因此，最后断开模块52(52h，52l)和电容器3之间通过高电位汇流条61的电流路径的距离小于非最后断开模块53(53h，53l)和电容器3之间通过高电位汇流条61的电流路径的距离。相似地，最后断开模块52(52h，52l)和电容器3之间通过低电位汇流条62的电流路径的距离小于非最后断开模块53(53h，53l)和电容器3之间通过低电位汇流条62的电流路径的距离。
如图14和15所示，半导体模块52h、53h、52l和53l与冷却半导体模块52h、53h、52l和53l的冷却管71一起在厚度方向x上层压。半导体模块52h、53h、52l和53l的每一个与在其两个主表面处在厚度方向x上与冷却管71接触。多个冷却管71在其两端附近在宽度方向y互相耦接。进一步，设置在层压方向(即，厚度方向x)的一侧的冷却管71包括导入冷却剂的冷却剂导入管721和排出冷却剂的冷却剂排出管722。电容器3与设置在层压方向的一侧的冷却管71接触。电容器3通过冷却管71与半导体模块52h和52l相邻地定位。
在图14和15中，只示出了构建电力转换装置1的支路的半导体模块52h、53h、52l和53l。对于构建另外两个支路的半导体模块52h、53h、52l和53l可以相对于在图14和15中所示的层压体的相对侧通过其间的电容器3以厚度方向x层压。与图14和15中示出的半导体模块52h、53h、52l和53l相似，构建另外两个支路的半导体模块52h、53h、52l和53l可以替代地用冷却管71层压。并且，对于这些半导体模块52h、53h、52l和53l，在半导体模块52h、53h、52l和53l中的构建公共支路的最后断开模块52(52h、52l)与非最后断开模块53(53h、53l)的位置相比被设置得距离电容器3更近。其他配置与第一实施例相同。
根据本实施例，半导体模块和电容器3之间的汇流条61、62、63的电感可以被调整以使最后断开闭合电路101的电感小于非最后断开闭合电路102的电感。因此，不需要调整半导体模块的内部结构的电感，例如，不需要在半导体模块的电感中设置差异。换言之，各个半导体模块52h、53h、52l、53l的结构可以是大致相同的。此外，电流路径的电感在高电位汇流条61和低电位汇流条62之间被设定为不同，由此最后断开闭合电路101的电感可以容易地变小，而不使汇流条61、62和63的布线复杂。
最后断开模块52被设置为比非最后断开模块53距离电容器3更近。因此，半导体模块52h、53h、52l和53l被适当地布置，由此容易地使最后断开闭合电路101的电感更小。此外，操作效果与第一实施例可获得的相似。
(第七实施例)
如图17至22所示，根据第七实施例，上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l被安装在公共模块520和530，其中这些上臂和下臂半导体器件共同安装在同一半导体模块上。
公共模块520和530通过构建高电位线11h的高电位汇流条61和构建低电位线11l的低电位汇流条11l连接至电容器3。包含在最后断开闭合电路101中的高电位汇流条61、低电位汇流条62的总电感小于包含在非最后断开闭合电路102中的高电位汇流条61、低电位汇流条62的总电感。
如图17和18所示，电容器3和其中安装有最后断开元件22的公共模块520之间的高电位汇流条61的电感被定义为l11。电容器3和其中安装有最后断开元件22的公共模块520之间的低电位汇流条62的电感被定义为l12。电容器3和其中安装有非最后断开元件23的公共模块530之间的高电位汇流条61的电感被定义为l21。电容器3和其中安装有非最后断开元件23的公共模块530之间的低电位汇流条62的电感被定义为l22。
如图17所示，考虑到当关注于上臂半导体器件2h的开关操作时应该比较的最后断开闭合电路101和非最后断开闭合电路102，满足l11+l12<l21+l12的条件。并且，如图18所示，考虑到当关注于下臂半导体器件2l的开关操作时应该比较的最后断开闭合电路101和非最后断开闭合电路102，满足l11+l12<l11+l22的条件。因此，综合考虑这一点，优选满足l11<l21和l12<l22。
如图19至21中所示，公共模块520和530设置有上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l。并且，每个公共模块520和530包括高电位端子55h和低电位端子55l作为电源端子，并且进一步包括输出端子553。高电位端子55h连接至模块主体550中的上臂半导体器件2h。低电位端子55l连接至模块主体550中的下臂半导体器件2l。输出端子553连接至上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l。高电位端子55h、低电位端子55l和输出端子553设置成从模块主体550突出。
高电位端子55h、低电位端子55l和输出端子553从模块主体550向与高度方向z相同的方向突出。并且，如图21所示，在共同模块520，上臂半导体器件2h通过间隔件56被设置在两个设置成互相面对的电极板554和555之间。相似地，下臂半导体器件2l通过间隔件56被设置在两个设置成互相面对的电极板556和557之间。电极板554和556和开关元件2，开关元件2和间隔件56，间隔件56和电极板555和557通过焊接互相接合。因此，层压构件(即，层压体)由上臂半导体器件2h和两个电极板554和555以及间隔件56组成，并且另一个层压体由下臂半导体器件2l和两个电极板556和557以及间隔件56构成。
两对层压体集成在树脂部分57以构建单个公共模块520。层压在上臂半导体器件2h上的一个电极板554连接到高电位端子55h。层压在下臂半导体器件2l上的一个电极板557连接到低电位端子55l。层压在上臂半导体器件2h上的另一个电极板555和层压在下臂半导体2l上的另一个电极板556互相电连接。这些板电连接至输出端子553。
上述四个电极板554、555、556和557在厚度方向x上暴露于公共模块520的两个主表面并且用作散热板。注意，连接至高电位端子55h的电极板554和连接至低电位端子55l的电极板557暴露于公共模块520的互相相对的表面。进一步，电连接至输出端子553的两个电极板555和556暴露于公共模块520的互相相对的表面。并且，其他公共模块530除了与公共模块520不同的半导体元件的类型以外具有与上述公共模块520相似的结构。
存在两个公共模块520和530，其中每个模块形成一条支路。其中，如图19所示，一个公共模块520是安装最后断开元件22的最后断开模块52，并且如图20所示，另一个公共模块530是安装非最后断开元件23的非最后断开模块53。如图22所示，电力转换装置1由在厚度方向x上层压的两个公共模块520和530构成。作为最后断开模块52的公共模块520比作为非最后断开模块53的公共模块520设置为更接近电容器3。其他配置与第六实施例中的那些相同。
根据本实施例，由于上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l对应于一个公共模块(即，公共模块520或530)安装，电力转换装置1的大小可以容易地更小。并且，在相对臂的最后断开元件22和回流元件21安装在单一公共模块520、530使得最后断开闭合电路101的电感可以有效地小。此外，在本实施例中，操作效果与第六实施例中存在的操作效果相似。
(第八实施例)
根据第八实施例，如图23至26所示，在两个并联体20中的形成一个支路的半导体元件被安装在支路公共模块500。
在本实施例中，如图23所示，上臂半导体2h的并联体20包括最后断开元件22、非最后断开元件23、和回流元件21。下臂半导体2l的并联体20包括最后断开元件22、非最后断开元件23、和回流元件21。上臂半导体器件2h中的最后断开元件22、非最后断开元件23、和回流元件21，和下臂半导体器件2l中的最后断开元件22、非最后断开元件23、和回流元件21安装在支路公共模块500上作为单一公共半导体模块。应注意，一个mosfet用作最后断开元件22和回流元件21。
如图25中所示，支路公共模块500被配置使得连接至上臂半导体器件2h的高电位端子55h、连接至下臂半导体器件2l的低电位端子55l、以及连接至上臂半导体器件2h和下臂半导体器件2l的输出端子553从模块主体550突起。
将描述模块主体550中的以下两个布线路径501和502。具体地，第一布线路径501被定义为连接高电位端子55h和低电位端子55l的路径，其经过属于互相相对的臂的最后断开元件22和回流元件21。第二布线路径502被定义为连接高电位端子55h和低电位端子55l的路径，其经过属于互相相对的臂的最后断开元件23和回流元件21。在这个方面，第一布线路径501的总电感被设定为小于第二布线路径502的总电感。
如图23所示，当关注于上臂半导体器件2h的开关操作时，第一布线路径501的电感可以被表示为l15+l16+l17。第二布线路径502可以被表示为l25+l26+l17。就是说，l15+l16+l17+<l25+l26+l17。具体地，根据本实施例，l15<l25,l16<l26。
l15被定义为上臂半导体2h的高电位端子55h和最后断开元件22之间的布线的电感。l16被定义为从上臂半导体器件2h的最后断开元件22通过具有与输出端子553相同的电势的电极板555和556到下臂半导体2l的回流元件21的布线的电感。l17被定义为下臂半导体器件2l的回流元件21和低电位端子55l之间的布线的电感。l25被定义为上臂半导体器件2h的高电位端子55h和最后断开元件22之间的布线的电感。l26被定义为从上臂半导体器件2h的非最后断开元件23通过具有与输出端子553相同的电势的电极板555和556到下臂半导体器件2l的回流元件21的布线的电感。
接下来，将参考图24描述情况，其中关注于下臂半导体器件2l的开关操作。在这种情况下，第一布线路径501的电感可以被表示为l15+l16+l17。第二布线路径502的电感可以被表示为l15+l28+l27。就是说，满足l15+l16+l17<l15+l28+l27。具体地，根据本实施例，满足l16<l28和l16<l26。
注意，l15是上臂半导体器件2h的高电位端子55h和回流元件21之间的布线的电感。l16被定义为从上臂半导体器件2h的回流元件21通过具有与输出端子553相同的电势的电极板555和556到下臂半导体器件2l的最后断开元件22的电感。l17被定义为下臂半导体器件2l的最后断开元件22和低电位端子55l之间的布线的电感。l27被定义为下臂半导体器件2l的非最后断开元件23和低电位端子55l之间的布线的电感。l28被定义为从上臂半导体器件2h的回流元件21通过具有与输出端子553相同的电势的电极板555和556到下臂半导体器件2l的非最后断开元件23的电感。注意，在当关注于下臂半导体器件2l的开关操作时的情况和当关注于上臂半导体器件2h的开关操作时的情况之间l15、l16、l17相似，使得应用相同附图标记。
如所述，在支路公共模块500的模块主体550中，经过最后断开元件22和回流元件21的电流路径的电感，和经过非最后断开元件23和回流元件21的电流路径的电感被设置为不同。
如图25和26所示，支路公共模块500包括构建两对并联体20的四个开关元件2。换言之，支路公共模块500的模块主体550包括两对并联体20，每个并联体20包括最后断开元件22和非最后断开元件23。构建上臂半导体器件2h的并联体20的最后断开元件22和非最后断开元件22通过使用电极板554和555并联连接。构建下臂半导体器件2l的并联体20的最后断开元件22和非最后断开元件22通过使用电极板556和557并联连接。
包括两个最后断开元件22和两个非最后断开元件23的支路公共模块500沿着单一方向被布置。具体地，两个最后断开元件22和两个非最后断开元件23被布置在宽度方向y的单一行。两个最后断开元件22被布置在非最后断开元件23之间。由于回流元件21由mosfet的一部分和最后断开元件22构成，回流元件21也存在于两个非最后断开元件23之间。
与第七实施例中示出的公共模块520和530相似，如图25所示，在支路公共模块500中，高电位端子55h、低电位端子55l和输出端子553从模块主体550朝高度方向z上的相同方向突出。然而，高电位端子55h、低电位端子55l比输出端子553在宽度方向y上定位距离模块主体550的中心更近。具体地，高电位端子55h和低电位端子55l比两个非最后断开元件23在宽度方向y上定位距离模块主体550的中心更近。当从厚度方向x观看时，高电位端子55h位于与上臂半导体器件2h的最后断开元件22在高度方向z上重叠的位置，并且低电位端子55l位于与下臂半导体器件2l的最后断开元件22在高度方向z上重叠的位置。
通过这种布置，通过高电位端子55h、上臂半导体器件2h的最后断开元件22、包括在下臂半导体器件2l的最后断开元件22中的回流元件21和低电位端子55l的电流路径可以被有效缩短。因此，这个电流路径的电感可以被有效缩短。这个电流路径被定义为上述第一布线路径501。因此，最后断开闭合电路101的电感很可能会减小。
相似地，通过高电位端子55h、包括在上臂半导体器件2h的最后断开元件22中的回流器件21、下臂半导体器件2l的最后断开元件22和低电位端子55l的电流路径可以被有效缩短。其他配置与第一实施例中的相似。
根据本实施例，由于包括在两个并联体20中的构成一个支路的半导体元件安装在支路公共模块500上作为单一半导体模块，电力转换装置1可以更小。并且，在相对臂中的最后断开元件22和回流元件21安装在一个支路公共模块500，由此最后断开闭合电路101的电感可以有效地小。
进一步，构建最后断开闭合电路101的部分的电流路径的电感可以在公共模块500中减小。因此，当组装电力转换装置1时，最后断开闭合电路101的电感可以容易地减小。并且，两个最后断开元件22被设置在两个非最后断开元件23之间。通过这种布置，如上所述，可以有效减小最后断开闭合电路101的电感。此外，可以获得与第一实施例相似的操作效果。
(第九实施例)
如图27至30所示，根据第九实施例，一个并联体20被安装在一个公共半导体模块，即，上臂公共模块50h和下臂公共模块50l。
如图27所示，上臂半导体器件2h的并联体20包括最后断开元件22、非最后断开元件23、和回流元件21。下臂半导体器件2l的并联体20包括最后断开元件22、非最后断开元件23、和回流元件21。上臂半导体器件2h的最后断开元件22,、非最后断开元件12和回流元件21被安装在上臂公共模块50h作为单一公共半导体模块。下臂半导体器件2l的最后断开元件22,、非最后断开元件12和回流元件21被安装在下臂公共模块50l作为单一公共半导体模块。
如图29中所示，上臂公共模块50h和下臂公共模块50l中的每一个被配置使得两个电源端子551和552从模块主体550突出。在模块主体550中，如图28所示，考虑下述布线路径503和504。第一布线路径593通过最后断开元件22连接两个电源端子551和552。第二布线路径504通过非最后断开元件23连接两个电源端子551和552。注意，第一布线路径503的总电感被设定为小于第二布线路径504的总电感。
如图28中所示，第一布线路径503的电感可以被表示为l15+l16，并且第二布线路径504的电感可以被表示为l25+l26。换言之，满足l15+l16<l25+l26。l15被定义为在高电位侧的电源端子551和最后断开元件22之间的布线的电感。l16被定义为在低电位侧的电源端子552和最后断开元件22之间的布线的电感。l25被定义为在高电位侧的电源端子551和非最后断开元件23之间的布线的电感。l26被定义为在低电位侧的电源端子552和非最后断开元件23之间的布线的电感。
具体地，对于上臂公共模块50h和下臂公共模块50l，在各个模块主体550中，通过最后断开元件22的电流路径的电感和通过非最后断开元件23的电流路径的电感被设置为互相不同。
上臂公共模块50h和下臂公共模块50l具有相同的结构。因此，上臂公共模块50h被用于解释其结构。如图29和30所示，上臂公共模块50h设置有两个构成并联体20的开关元件。具体地，两个开关元件2通过两个电极板558和559并联连接。换言之，最后断开元件22和非最后断开元件23由两个电极板558和559以厚度方向x支撑。最后断开元件22和非最后断开元件23以宽度方向y布置。
如图29所示，根据上臂公共模块50h，两个电源端子551和552从模块主体550以相同方向突出。在电源端子551和552的根部的中心位置c在最后断开元件22和非最后断开元件23被布置的方向上(即，宽度方向y)距离最后断开元件22比距离非最后断开元件23更近。在mosfet中回流元件21与最后断开元件22被配置在一起。因此，两个电源端子551和552的根部中的中心位置c距离回流元件21比距离非最后断开元件23更近。
通过这个布置，通过最后断开元件22连接两个电源端子551和552的布线路径可以被缩短。作为结果，电流路径中的电感被减小。这个电流路径也被称为上述第一布线路径503。因此，最后断开闭合电路101的电感可能会减小。其他配置与第一实施例中的那些相同。
根据本实施例，单一并联体20被安装在一个公共半导体模块，即，上臂半导体模块50h或下臂半导体模块50l。因此，电力转换装置1的大小可以容易地小。
在上臂公共模块50h或下臂公共模块50l，作为最后断开闭合电路101的部分的电流路径的电感被减小。因此，当组装电力转换装置1时，最后断开闭合电路101的电感可以容易地减小。此外，可以获得与第一实施例相同的操作效果。
本公开不限于上述实施例。然而，在不脱离其精神的情况下，本公开适用于各种修改。具体地，根据第六和第七实施例，最后断开闭合电路101的电感被设置为小于非最后断开闭合电路102的电感。并且，根据第八和第九实施例，采用其中通过汇流条61、62和63使最后断开闭合电路101的电感被设置为小于非最后断开闭合电路102的电感的配置。然而，不限于上述技术，只要最后断开闭合电路101的电感被设定为小于非最后断开闭合电路102的电感，也可以使用其他技术。