电力变换装置以及铁道车辆制造方法及图纸

本发明专利技术的课题在于提供一种从小型化以及发热的观点出发综合加以考虑的堆叠结构的电力变换装置。其特征在于具备：在内部具备多个开关元件的多个半导体模块；在一个面具备多个半导体模块的受热块；在受热块的另一个面具备的冷却片；与半导体模块电连接的滤波电容器；和向开关元件发送控制信号的栅极驱动装置，将半导体模块的长边方向朝向与冷却风平行的方向来配置，将栅极驱动装置配置在重力方向下侧。

Power conversion device and railway vehicle

The object of the present invention is to provide a power conversion device which is integrated with the stack structure from the point of view of miniaturization and heating. Comprising: a plurality of semiconductor module has a plurality of switch elements in the internal heating block; a plurality of semiconductor module in a mask; the cooling fins with another surface heating block; the filter capacitor is connected with the power semiconductor module; and send control signals to the gate driving device the switching element, the long direction of the semiconductor module parallel orientation and cooling wind direction configuration, the gate driving device is arranged on the lower side of the direction of gravity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力变换装置，特别是涉及使用二合一半导体开关元件构成的电力变换装置以及铁道车辆。
技术介绍
在近年来的逆变器、转换器所代表的电力变换装置中，为了降低损耗而对搭载了多个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal Oxcide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等的半导体模块进行了搭载。构成半导体模块的材料一直以Si(Silicon)为中心而发展，但为了进一步的损耗的降低，研究了SiC(Silicon Carbide)、GaN(Gallium Nitride)等宽禁带半导体的应用。SiC与Si相比，能够使开关动作高速化，并能够降低开关损耗。另一方面，为了将由多个半导体开关元件构成的电力变换装置紧凑地收纳在框体内来构成堆叠(stack)，期望半导体开关元件是小型的。作为用于小型化的技术，已知设为将串联连接2个半导体开关元件而构成的支线(leg)作为1个单位的含有2个元件的模块(二合一半导体开关元件模块)的技术。专利文献1涉及使用含有2个元件的模块而构成的电力变换装置的堆叠结构。具体来说，设为“一种电力变换装置的堆叠结构，其由针对进行多相的交流输出或输入的电力变换电路的每1相并联连接多个的功率用半导体元件、用于冷却这些功率用半导体元件的散热器、和散热器冷却用的风扇构成，所述电力变换装置的堆叠结构的特征在于，将功率用半导体元件配置在所述散热器上时，相对于所述散热器冷却用风扇的通风方向按照每个相并列配置”。在先技术文献专利文献专利文献1：JP特开2006-42406号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在使用含有2个元件的模块而构成的堆叠结构的电力变换装置中，需要同时进行小型化、大容量化以及针对发热的对策。在专利文献1中，虽然也进行了这些观点下的对策，但从整体统一的配置的观点来看是不充分的。特别是从减轻对于作为收纳于堆叠内的唯一的电子部件的栅极驱动装置的热影响这样的观点来看的情况下，堆叠内外的热产生主要原因除了二合一半导体开关元件模块以外还有CT、芯。此外包括栅极布线的配置等在内需要对堆叠内进行简化。综上所述，在本专利技术中，目的在于提供一种从小型化以及发热的观点出发综合地加以考虑的堆叠结构的电力变换装置以及铁道车辆。用于解决课题的手段综上所述，在本专利技术中，提供“一种电力变换装置，其特征在于，具备：多个半导体模块，其在内部具备多个开关元件；受热块，其在一个面具备多个半导体模块；冷却片，其设置于受热块的另一个面；滤波电容器，其与半导体模块电连接；和栅极驱动装置，其向开关元件发送控制信号，将半导体模块的长边方向朝向与冷却风平行的方向来配置，将栅极驱动装置配置在重力方向下侧”。专利技术效果提供一种从小型化以及发热的观点出发综合加以考虑的堆叠结构的电力变换装置以及铁道车辆。附图说明图1是表示半导体模块的各模块与支撑、搭载该模块的受热块以及冷却片的位置关系的图。图2是表示一般的三相电力变换装置的电路构成的图。图3是示出了电容器与半导体模块与汇流条之间的连接关系的立体图。图4是表示图1、图3的配置、连接关系的图。图5是示出了配置在受热块上的二合一模块的配置与电极的位置关系的图。具体实施方式以下，使用附图来说明本专利技术的实施例。【实施例】首先，使用图2来说明一般的三相电力变换装置的电路构成。另外，不管是单相或者是三相以上的多相构成都能够应用本专利技术，在此说明三相的情况。在图2中，三相电力变换装置5由对直流电源101进行平滑的电容器102、103和开关元件Q1～Q6构成。在使用了开关元件Q1、Q2以及Q3、Q4以及Q5、Q6分别为同一模块的二合一模块的情况下，三相电力变换装置5由具有开关元件Q1、Q2的半导体模块108、具有开关元件Q3、Q4的半导体模块109、和具有开关元件Q1、Q2的半导体模块110构成。电容器102、103可以是电解电容器、薄膜电容器中的任意一者，为了使电容器102、103大容量化，也可以构成为在其内部并联连接多个小容量的电容器单元。在此，在开关元件Q1～Q6为IGBT的情况下，需要与IGBT反向地分别并联连接二极管D1～D6，在开关元件Q1～Q6为MOSFET的情况下能够利用MOSFET的寄生二极管作为二极管D1～D6。此外，用D来记载开关元件Q1的漏极电极，用G来记载栅极电极，用S来记载源极电极。半导体模块108由开关元件Q1与Q2串联连接而构成，开关元件Q1与Q2的连接点成为向电动机111的U相交流输出点。同样地，半导体模块109由开关元件Q3与Q4串联连接而构成，开关元件Q3与Q4的连接点成为向电动机111的V相交流输出点。半导体模块110由开关元件Q5与Q6串联连接而构成，开关元件Q5与Q6的连接点成为向电动机111的W相交流输出点。为了将电容器102、103与半导体模块108、109、110电连接而使用布线。在该布线中存在寄生电感104、105、106，其值依赖于布线的材料、长度、形状。以降低该寄生电感104、105、106并且使其均匀为主要目的，在设为堆叠结构时，通过汇流条来构成了图2的电路的布线部分。在图2的电路中，具体的汇流条构成部分将电容器102、103的正侧电极与半导体模块108～110的正侧电极间的布线设为汇流条201，将电容器102、103的负侧电极与半导体模块108～110的负侧电极间的布线设为汇流条202。此外也可以将半导体模块108～110的串联开关元件的连接点与作为负载的电动机311之间按照每个相由汇流条203来构成。图3是示出了电容器102、103、半导体模块108～110、和汇流条201、202、203之间的连接关系的立体图。其中，关于汇流条201、202，在实施例中由大小2个コ字状的铜板来形成正负的汇流条201、202，例如在负的汇流条202内配置正的汇流条201。之后在大小2个コ字状的铜板201、202的内部空间配置了电容器102、103。由大小2个コ字状的铜板所形成的正负的汇流条201、202与电容器102、103之间，例如使在电容器102、103侧预先固定设置的正负的电极301、302压接于汇流条201、202，并且从汇流条201、202侧对电极301、302进行螺丝紧固并电连接。电容器102、103与正负的汇流条201、202之间的连接使用コ字状的汇流条201、202的两侧板部来进行，半导体模块108～110与正负的汇流条201、202之间的连接使用コ字状的铜板201、202的底板部来进行。另外，图示中虽未明确示出，但在负的汇流条202内配置正的汇流条201时，两汇流条间的绝缘得到确保。此外，为了将负的电极302连接于负的汇流条202，需要穿过在正的汇流条201上所开设的孔部，该情况下的绝缘也得到确保。接下来说明图3中，半导体模块108～110与正负的汇流条201、202之间的连接关系。另外在图示例中示出了半导体模块108～110的每一个为了获得大电流而并联连接了3个模块的情况。如图所示，由大小2个コ字状的铜板所形成的正负的汇流条201、202与按照每个相并联连接了3个模块的半导体模块108～110本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力变换装置，其特征在于，具备：多个半导体模块，其在内部具备多个开关元件；受热块，其在一个面具备多个所述半导体模块；冷却片，其设置于所述受热块的另一个面；滤波电容器，其与所述半导体模块电连接；和栅极驱动装置，其向所述开关元件发送控制信号，将所述半导体模块的长边方向朝向与冷却风平行的方向来配置，将栅极驱动装置配置在重力方向下侧。

【技术特征摘要】
2015.05.07 JP 2015-0948151.一种电力变换装置，其特征在于，具备：多个半导体模块，其在内部具备多个开关元件；受热块，其在一个面具备多个所述半导体模块；冷却片，其设置于所述受热块的另一个面；滤波电容器，其与所述半导体模块电连接；和栅极驱动装置，其向所述开关元件发送控制信号，将所述半导体模块的长边方向朝向与冷却风平行的方向来配置，将栅极驱动装置配置在重力方向下侧。2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，在所述受热块的一个面，将多个所述半导体模块在所述冷却风的流动方向以及与该流动方向正交的方向上排列多级，在与所述冷却风的流动方向正交的方向上排列的多个所述半导体模块与共同的栅极驱动装置连接，构成变换电路的1个相。3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，将平滑用的滤波电容器配置在冷却器的受热块的半导体模块侧的投影面上，将所述滤波电容器的端子配置在与所述冷却风流动的方向相同的方向的两侧。4.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，将平滑用的滤波电容器配置在冷却器的受热...

【专利技术属性】
技术研发人员：前健太郎，仲田清，石川胜美，安田阳介，山本拓，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP