電力變換裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種可降低電感，可以提高冷卻性能，并且可以減小裝置整體外形的電力變換裝置。多個單相逆變器單元組合而成可獲得３電平交流輸出的電力變換裝置包括：各功率元件１～４分別經封裝的第一～第四元件封裝；第一和第二以及第三和第四續流二極管５、６分別經封裝的第一和第二續流二極管；以及２個中性點箝位二極管９經封裝的箝位二極管封裝，第一和第二續流二極管封裝并排設置于箝位二極管封裝某一壁面，第一、第二以及第三、第四元件封裝分別并排設置于該續流二極管封裝外側壁面。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種由IGBT(隔離柵場雙極型晶體管)、IEGT(注入增強柵場晶體管)等多個功率元件和多個箝位二極管組成的中性點箝位式電力變換裝置。高性能和高效率地進行電力變換的電力變換裝置，其主電路通過多個能夠高速開關的IGBT等功率元件組合而成。可是隨著對大容量和高性能的需求，裝置的大型化便不可避免，但由于裝置設置空間等制約，因而需要小型化。以下說明這種現有的電力變換裝置。附圖說明圖15是其主電路構成圖，圖16示出表示其概略構成的立體圖。圖15中，IGBT101和續流二極管102經各個絕緣板103搭載在金屬板104上，并且置于封閉體105中，構成IGBT模塊。圖16示出設有3個IGBT模塊的狀態。各模塊由銅等配線導體106、107并聯連接，該配線導體106、107連接有將緩沖二極管108置于封閉體109中的二極管模塊和緩沖電容器110所組成的緩沖電路。而IGBT模塊經電線連接有向IGBT101提供控制極信號的控制極電路111和檢測電壓、電流等進行保護動作的保護電路112。這樣構成的IGBT模塊，通過在金屬板104表面設置冷卻裝置13，釋放IGBT101和續流二極管102產生的熱量，抑制溫升。可是上述現有電力變換裝置存在如下問題。也就是說，模塊及其外圍電路要布置許多所需部件，必須確保有更大的空間。具體來說，包括下列問題(1)模塊及其外圍電路由許多部件構成，因而難以提高裝置可靠性，此外，裝置整體外形難以小型化。(2)模塊體型大的結果是，向模塊提供電流的平滑電容器起經各個模塊的線路較長，浪涌電壓增大，而必須增大作為抑制手段的緩沖電容器的電容。(3)可適應大容量的模塊并聯數增加時，模塊一旦變大，模塊間電流的不平衡也加大，因而對于全部模塊來說，必須避免每一模塊的通電電流超過設計上限值。(4)功率元件和二極管所產生的熱量要充分散熱，必須使冷卻器大型化。本專利技術正是要消除上述問題，其目的在于提供一種可縮短直流端子、中性點端子至功率元件芯片之間線路，從而能夠降低電感，可減小各功率元件芯片間電流的不平衡，可提高冷卻性能，并且可以使裝置整體外形變小的電力變換裝置。為了實現上述目的，本專利技術的電力變換裝置，為一種通過多個單相逆變器單元組合而成，可獲得3電平交流輸出的電力變換裝置，其特征在于，所述逆變器單元包括第一～第四半導體功率元件串聯連接的元件串聯電路；該元件串聯電路兩端連接的直流端子；續流二極管分別與所述元件串聯電路中各功率元件并聯連接，而且該續流二極管串聯連接的續流二極管電路；與所述第二和第三功率元件的串聯電路并聯連接的第一和第二箝位二極管的串聯電路；同所述第一和第二箝位二極管的結點連接的中性點端子；以及同所述第二和第三功率元件的結點連接的交流端子，所述各功率元件芯片分別經封裝形成第一、第二、第三、第四元件封裝，所述2個中性點箝位二極管芯片經封裝形成箝位二極管封裝，所述第一和第二以及第三和第四續流二極管芯片分別經封裝形成第一和第二續流二極管封裝，其中，所述第一和第二續流二極管封裝并排設置于所述箝位二極管封裝某一壁面，所述第一、第二以及第三、第四元件封裝分別并排設置于該續流二極管封裝外側壁面。而且，本專利技術的電力變換裝置，為一種通過多個單相逆變器單元組合而成，可獲得2電平交流輸出的電力變換裝置，其特征在于，所述逆變器單元包括第一和第二半導體功率元件串聯連接的元件串聯電路；該元件串聯電路兩端連接的直流端子；與所述元件串聯電路各功率元件并聯連接的箝位二極管構成的箝位二極管串聯電路；以及同所述第一和第二功率元件的結點連接的交流端子，所述各功率元件芯片分別經封裝形成第一和第二元件封裝，所述箝位二極管芯片經封裝形成箝位二極管封裝，其中，所述第一和第二元件封裝并排設置于所述箝位二極管封裝某一壁面。按照本專利技術，可縮短直流端子、中性點端子至功率元件芯片之間線路，從而能夠降低電感，可減小各功率元件芯片間電流的不平衡，并且可以使裝置整體外形變小。本專利技術其特征在于，所述元件封裝包括以下構成具有配線圖版以搭載所述元件芯片集電極的絕緣配線基板；搭載該絕緣配線基板的底板；所述元件芯片發射極處配置的大塊電極；該大塊電極上配置的發射極梁式引線；從所述配線圖版引出的集電極梁式引線；從上面覆蓋所述發射極梁式引線、具有插入控制極引線的通孔的控制極基板；以及置放它們的殼體。這樣，便可以使元件封裝其外形更小。而且，最好利用絕緣鑄模樹脂封閉所述元件芯片周圍。這樣，元件芯片周圍的絕緣性便提高，能夠由此小型化，可使元件芯片得到充分的保護。本專利技術其特征在于，所述續流二極管封裝包括以下構成具有配線圖版以搭載所述續流二極管芯片的絕緣配線基板；搭載該絕緣配線基板的底板；所述續流二極管芯片上側配置的大塊電極；設于該大塊電極上在續流二極管間電連接的梁式引線；以及置放它們的殼體。這樣，便可以使續流二極管封裝其外形更小。所述續流二極管封裝最好以2個續流二極管芯片為一組。而且，最好利用絕緣鑄模樹脂封閉所述續流二極管芯片周圍。按照本專利技術，最好是在風冷式散熱器和導熱管形成為一體的冷卻器上，相對于所述續流二極管封裝正交，搭載固定所述各功率元件封裝，相對于所述續流二極管封裝正交，搭載固定所述箝位二極管封裝。這樣，功率元件和續流二極管的冷卻性能便提高。按照本專利技術，最好是兩片板狀直流端子間靠某一端處配置絕緣體，該直流端子靠另一端處在直流端子的中間配置所述中性點端子，該某一直流端子和該中性點端子間以及該中性點端子和該另一直流端子間分別配置構成緩沖電路的緩沖電容器，在冷卻器上裝配所述箝位二極管封裝和所述續流二極管封裝，將所述箝位二極管和所述續流二極管分別以電氣和機械方式與所述直流端子和所述中性點端子連接。這樣，就可以使緩沖電容器、直流端子、中性點端子整體小型化，箝位二極管和緩沖二極管的冷卻性能提高。而且，所述中性點端子同所述直流端子兩者間最好分別配置緩沖電容器。所述直流端子間最好配置緩沖電容器。此外按照本專利技術，最好是，逆變器單元安裝在構成冷卻器的導熱管的兩側側面，通過所述導熱管中經過的配線進行這些逆變器單元相互間的電連接。這樣，電力變換裝置的冷卻性能便提高，而且能夠小型化。而且，相互正交配置固定元件封裝和箝位二極管封裝的話，功率元件和箝位二極管間的線路便變短，因而能夠降低電感。通過參照以下結合下列附圖的具體說明進行較好的理解，可方便地得到對本專利技術及其諸多優點的全面了解。附圖包括圖1是用來說明本專利技術第一實施例，示意中性點箝位方式單相逆變器單元的概略構成圖；圖2示出的是圖1中封裝配置和電連接關系；圖3是圖1和圖2所示構成的單相逆變器單元裝配于風冷式冷卻器的例子的說明圖；圖4是圖1和圖2中元件封裝實際結構的說明圖；圖5是圖4的分解立體圖；圖6是圖1和圖2中控制極配線的說明圖；圖7是圖1和圖2中二極管封裝實際結構的說明圖；圖8是圖7的分解立體圖；圖9是用于提高單相逆變器單元電流容量構成的說明圖；圖10是在圖1和圖2所示構成的單相逆變器單元中反向并接二極管，再裝配在風冷式冷卻器上的例子的說明圖；圖11是圖1和圖2、圖13和圖14中功率元件芯片其封閉方法的說明圖；圖12是圖1和圖2、圖13和圖14中功率元件芯片其封閉方法的說明圖；圖13是用于說明本專利技術第九實施例，示出封裝配置和電連接關系的示意圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電力變換裝置，通過多個單相逆變器單元組合而成，可獲得３電平交流輸出，其特征在于，所述逆變器單元包括：第一～第四半導體功率元件串聯連接的元件串聯電路；該元件串聯電路兩端連接的直流端子；續流二極管分別與所述元件串聯電路中各功率元件并聯連接，而且該續流二極管串聯連接的續流二極管電路；與所述第二和第三功率元件的串聯電路并聯連接的第一和第二箝位二極管的串聯電路；同所述第一和第二箝位二極管的結點連接的中性點端子；以及同所述第二和第三功率元件的結點連接的交流端子，所述各功率元件芯片分別經封裝形成第一、第二、第三、第四元件封裝，所述２個中性點箝位二極管芯片經封裝形成箝位二極管封裝，所述第一和第二以及第三和第四續流二極管芯片分別經封裝形成第一和第二續流二極管封裝，其中，所述第一和第二續流二極管封裝并排設置于所述箝位二極管封裝某一壁面，所述第一、第二以及第三、第四元件封裝分別并排設置于該續流二極管封裝外側壁面。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：木島研二，大村一郎，齋藤涼夫，
申請(專利權)人：東芝株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]