[發(fā)明專利]層疊結構的功率轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110433985.3
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN102611327A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設計）人: 瀧澤聰毅
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H05K7/20
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張鑫

技術領域

本發(fā)明涉及通過并聯(lián)連接功率半導體模塊來構成的層疊結構的功率轉(zhuǎn)換器。

背景技術

圖6示出作為典型功率轉(zhuǎn)換器的逆變器的主電路圖。

在該圖中，11是DC(直流)電源(電路)，12是諸如馬達(Mo)之類的負載，而13是由功率半導體元件組成的功率轉(zhuǎn)換部件(逆變器)，該功率轉(zhuǎn)換部件可提供可變電壓和頻率的交流(AC)輸出。DC電源(電路)11一般通過AC電源和二極管整流器由具有大電容的電解電容器構成。

在逆變器13中，標記14表示作為開關元件的IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、而15表示反并聯(lián)連接到IGBT的二極管，并且分別包括這些元件的六個電路構成逆變器。一般而言，功率半導體模塊(IGBT模塊)由一對兩個元件(上元件和下元件)或一組六個元件構成。提供三相輸出并具有高于某一電平的電容的逆變器一般由分別包含兩個元件的IGBT模塊構成，IGBT模塊的數(shù)量是3的倍數(shù)。

當要增大功率轉(zhuǎn)換器的容量時，需要增大元件電流的規(guī)格。為此，可能需要應用具有高規(guī)格電流的IGBT模塊，或者可能需要并聯(lián)連接IGBT模塊。圖7示出其中各自包含兩個元件的三個IGBT模塊M在每一相中并聯(lián)連接的示例。圖8示出包含兩個元件的IGBT模塊M的外觀。如圖8所示，模塊M包括例如作為正端子的端子16(P)、作為負端子的端子17(N)、輸出端子18(U)等。

由于產(chǎn)生損耗，IGBT模塊一般需要用于冷卻熱的散熱器。在圖9中示出常規(guī)鋁散熱器。其通常具有長方體的形狀，由吸熱部件19和散熱片(fin)部件20構成，并且通過使散熱片部件20通風來實現(xiàn)冷卻。根據(jù)圖7所示的示例，并聯(lián)連接的三個IGBT模塊放置在散熱部件中作為所有相的或作為單獨相的九個模塊，每個IGBT模塊包含三個模塊，分別如圖10和11所示。

例如，在日本專利申請?zhí)亻_No.2005-117783中公開了包含兩個元件的IGBT模塊和緊密放置的三個并聯(lián)連接的IGBT模塊的示例的配置。

如上所述，在其中IGBT模塊并聯(lián)連接的功率轉(zhuǎn)換器中，鑒于使IGBT模塊之間的電流達到平衡，IGBT模塊需要排列成接近吸熱部件，如其中所有九個模塊排列在一個散熱器上的圖10、或其中包含三個模塊的每一相排列在散熱器上的圖11所示。

然而，當并聯(lián)連接的模塊的數(shù)量增加(例如，圖12的情況下的五個)時，逆變器的總尺寸可能并未減小，如其中三相在X方向(橫向)上拉長排列的圖13所示。

另一方面，當模塊相對于通風方向分兩行排列時，X方向(橫向)的長度可縮短，如其中三個并聯(lián)連接的IGBT模塊的三相排列在一個散熱器上的圖14A、其中三個并聯(lián)連接的IGBT模塊的每一相排列在每個散熱器上的圖14B、其中五個并聯(lián)連接的IGBT模塊的三相排列在一個散熱器上的圖15A、以及其中五個并聯(lián)連接的IGBT模塊的每一相排列在每個散熱器上的圖15B所示。

然而，當并聯(lián)連接的模塊的數(shù)量為奇數(shù)時，與數(shù)量為偶數(shù)的情況相反，如圖14和15所示虛線21產(chǎn)生死區(qū)(部分地示出；同樣適用于其余部分)，從而難以促進散熱器的有效利用。

當如圖16所示(在三個并聯(lián)連接的IGBT模塊的情況下)五個和四個模塊分別排列在上風側(cè)和下風側(cè)時，與圖14和15所示的情況下相比，死區(qū)可減小。然而，由于V相中的兩個IGBT模塊排列在下風側(cè)，因此那兩個模塊的熱負載比其他相中的IGBT模塊的熱負載大，從而導致需要基于V相的熱設計。

發(fā)明內(nèi)容

圖17示出其中五個并聯(lián)連接的IGBT模塊排列在兩個散熱器上的示例。

在此情況下，散熱器1A和1B包含排列在上面的不同數(shù)量的IGBT模塊，從而需要基于具有更多IGBT模塊的散熱器1A的熱設計；因此，需要散熱器和具有更高的發(fā)散能力的風扇。

由此，本發(fā)明的目的在于，有效地利用散熱器來減小散熱器的尺寸以及降低成本和所需風扇能力。

為了解決以上問題，根據(jù)權利要求1所述的本發(fā)明是層疊結構的功率轉(zhuǎn)換器，包括：提供三相交流輸出或輸入且由每相基本上為奇數(shù)的并聯(lián)連接的功率半導體元件模塊構成的功率轉(zhuǎn)換電路；以及用于冷卻功率半導體元件模塊的散熱器，其中奇數(shù)的并聯(lián)連接的功率半導體元件模塊排列在第一相和第三相中，而偶數(shù)的并聯(lián)連接的功率半導體元件模塊在第二相中相對于用于冷卻散熱器的空氣的流通方向分成兩行排列在散熱器上。