功率半导体模块、电力转换装置及铁路车辆制造方法及图纸

具有：元件对（26），由IGBT（25）和FWD群（24）反并联连接而成，该FWD群（24）中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的FWD（24a）及导通时的电压降特性具有正的温度系数的FWD（24b）串联连接；以及元件对（36），由IGBT（35）和FWD群（34）反并联连接而成，该FWD群（34）中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的FWD（34a）及导通时的电压降特性具有正的温度系数的FWD（34b）串联连接。这些元件对（26、36）并联连接而构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能够适用于铁路车辆的电力转换装置，详细而言，涉及能够搭载于该种电力转换装置的功率半导体模块。
技术介绍
虽然不是限定于用于铁路车辆的模块，但是在例如下列专利文献I中，公开有具有2个将晶体管芯片和续流二极管(Fly Wheel Diode :FWD)芯片反并联连接而成的元件对的功率半导体模块(参照同文献的图I、图6)。此外，该种功率半导体模块中，若将各元件对中的集电极端子、发射极端子及基极端子的各端子之间电连接，则成为各元件对并联连接的结构，能够作为增大了电流容量的功率半导体模块使用(常被称为“并联应用”)。 专利文献 专利文献I :日本特开昭62-202548号公报。
技术实现思路
然而，并联应用中的现有的功率半导体模块，由于制造上的偏差等，存在下列问题点当一个FWD的正向饱和电压和另一个FWD的正向饱和电压之间存在一定值以上的差时，呈现出一个FWD的温度变得比另一个FWD的温度高，随着使用，两者的温度差不断扩大这样某种热失控状态。因此，在现有的并联应用中，必须以使并联连接的FWD的正向饱和电压的差成为一定值以下的方式进行拣选。此外，功率半导体模块中，有和FWD反并联连接的开关(switching)元件(例如IGBT)，关于该开关元件，也有必要和FWD—样将正向电压特性的偏差抑制在一定值以下。因此，在现有的并联应用中的功率半导体模块中，存在必须对开关元件及FWD两者同时进行拣选这种困难性，存在用于并联运用的成品率非常高，制造成本变高的问题。本专利技术鉴于上述问题而完成，其目的在于提供改善并联应用中的功率半导体模块的成品率，抑制制造成本的上升的功率半导体模块。此外，本专利技术的目的在于，提供具备如上所述的功率半导体模块的电力转换装置、及具备该电力转换装置的铁路车辆。为解决上述问题，达成目的，本专利技术涉及的功率半导体模块，其特征在于，具有第一元件对，由第一开关元件、和第一元件群反并联连接而成，该第一元件群中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的第一单向性导通元件和导通时的电压降特性具有正的温度系数的第一导通元件串联连接；以及第二元件对，由第二开关元件、和第二元件群反并联连接而成，该第二元件群中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的第二单向性导通元件和导通时的电压降特性具有正的温度系数的第二导通元件串联连接，所述功率半导体模块由这些第一及第二元件对并联连接而构成。根据本专利技术，达到能够提供如下的功率半导体模块的效果能够改善并联应用中的功率半导体模块的成品率，抑制制造成本的上升。附图说明图I是示出本专利技术的实施方式涉及的电力转换装置的概略的功能结构的 图2是概略地示出本实施方式涉及的功率半导体模块的电路结构的 图3是示出Si 二极管的正向电压特性的 图4是概略地示出作为比较例示出的现有技术涉及的功率半导体模块的电路结构的 图5是示出SiC 二极管的正向电压特性的 图6是示出开关元件中IGBT的接通(turn-on)时的电流模拟波形的比较图； 图7是示出和图6对应的FWD恢复(recovery)电流的模拟波形的比较 图8是示出SiC-MOSFET的线性区域中的电流电压特性的温度依赖性的 图9是和Si-IGBT及SiC-MOSFET的断开电流波形相关的示意图。具体实施例方式以下，参照附图，说明本专利技术的实施方式涉及的功率半导体模块及电力转换装置。此外，本专利技术不局限于以下所示的实施方式。实施方式I 首先，说明本专利技术的实施方式I涉及的电力转换装置。图I是示出实施方式I涉及的电力转换装置的概略的功能结构的图，表示出搭载于铁路车辆I的电力转换装置10的一个结构例。如图I所示，电力转换装置10具备转换器(converter)12、电容器(condenser)14以及逆变器(inverter) 16而构成。铁路车辆1，搭载有在电力转换装置10的输入端侧配置、和转换器12连接的变压器6，以及在电力转换装置10的输出端侧配置、和逆变器16连接、接受来自电力转换装置10的电力供给而驱动车辆的电动机18。此外，作为电动机18，优选感应电动机、同步电动机。变压器6的一次线圈的一端经由集电装置3而和架空线2连接，另一端经由车轮4和为大地电位的轨道5连接。从架空线2供给的电力，经由集电装置3输入变压器6的一次线圈，并且，在变压器6的二次线圈产生的电力输入至转换器12。转换器12，具有由开关元件UPC、VPC构成的正侧臂(例如在U相为UPC)、和由开关元件UNC、VNC构成的负侧臂(例如在U相为UNC)分别串联连接的电路部(以下称为“桥臂”)。即，转换器12构成有具有2组(U相部分、V相部分)桥臂的单相电桥电路。转换器12，通过PWM控制开关元件UPC、VPC、UNC、VNC，将输入的交流电压转换为所希望的直流电压而输出。转换器12的输出端，并联连接成为直流电源的电容器14，并且，连接有逆变器16，该逆变器16将电容器14的直流电压作为输入，转换为任意电压及任意频率的交流电压而输出。逆变器16，具有由开关元件UPI、VPI、WPI构成的正侧臂(例如在U相为UPI )、和由开关元件UNI、VNI、WNI构成的负侧臂(例如在U相为UNI)分别串联连接的桥臂。S卩，逆变器16构成有具有3组(U相部分、V相部分、W相部分)桥臂的3相电桥电路。逆变器16，通过PWM控制开关元件UPI、VPI、WPI、UNI、VNI、WNI，将输入的直流电压转换为所希望的交流电压而输出。此外，在图I中，作为本实施方式涉及的电力转换装置的优选的例子，将适用于交流输入的电车的情况作为一例示出，但是对于多用于地铁、郊外电车等的直流输入的电车，也能够同样地适用。此外，适用于直流输入的电车时，除了不需要变压器6及转换器12的结构这一点，能够采用和图I同等的结构，显然也能够将本实施方式涉及的内容适用于该直流输入的电车。接下来，说明能够适用于本实施方式的电力转换装置的功率半导体模块。图2是概略地示出本实施方式涉及的功率半导体模块的电路结构的图。本实施方式涉及的功率半导体模块20，如图2所示，具有第一功率模块22和第二功率模块32，通过这些第一、第二功率模块22、32并联连接而构成。此外，若为图I所示的电力转换装置，则该功率半导体模块20，能够适用于例如 构成转换器12的开关元件UPC、VPC、UNC、VNC,或者能够适用于构成逆变器16的开关元件UPI、VPI、WPI、UNI、VNI、WNI。回到图2，在第一功率模块22中，具有例如以硅(Si)为基础的Si-FWD (FWD24a)、和例如以金刚砂(碳化硅SiC)为基础的SiC-FWD (FWD24b)串联连接的FWD群24，该串联连接的FWD群24和以硅为基础的Si-IGBT (IGBT25)反并联连接而构成元件对26。第二功率模块32的结构也同样，具有Si-FWD (FWD34a)和SiC-FWD (FWD34b)串联连接的FWD群34，该串联连接的FWD群34、和Si-IGBT (IGBT35)反并联连接而构成元件对36。此外，从元件对26、36的各一端(Si-IGBT的各集电极端)引出的端子相互连接构成集电极电极C，从元件对26、36的各另一端(Si-IGBT的各发射极端)引出的端子相互连接构成发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.09 JP PCT/JP2010/0539061.ー种功率半导体模块，其特征在于，具有 第一元件对，由第一开关元件和第一元件群反并联连接而成，该第一元件群中，宽带隙半导体所形成的肖特基势垒型的第一单向性导通元件和导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第一导通元件串联连接；以及 第二元件对，由第二开关元件和第二元件群反并联连接而成，该第二元件群中，宽带隙半导体所形成的肖特基势垒型的第二单向性导通元件和导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第二导通元件串联连接， 这些第一及第ニ元件对并联连接而构成。2.如权利要求I所述的功率半导体模块，其特征在于 所述第一及第ニ导通元件为单向性导通元件。3.如权利要求I所述的功率半导体模块，其特征在于 所述第一及第ニ开关元件为用宽带隙半导体形成的单极型的开关元件。4.如权利要求r3的任意一项所述的功率半导体模块，其特征在于 所述宽带隙半导体为使用了碳化硅、氮化镓类材料、或者金刚石的半导体。5.ー种电カ转换装置，具有多组桥臂，该桥臂由构成正侧臂的功率半导体模块、和构成负侧臂的功率半导体模块串联连接而成，该电カ转换装置将施加在并联连接的多组桥臂的直流电压或交流电压转换为所希望的交流电压而输出，其特征在于 所述各功率半导体模块由第一元件对和第二元件对并联连接而构成， 所述第一元件对由第一开关元件和第一元件群反并联连接而成，该第一元件群中，宽带隙半导体所形成的肖特基势垒型的第一单向性导通元件和导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第一导通元件串联连接， 所述第二元件对由第二开关元件和第二元件群反并联连接而成，该第二元件群中，宽带隙半导体所形成的肖特基势垒型的第二单向性导通元件和导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第二导通元件串联连接。6.如权利要求5所述的电カ转换装置，其特征在于 所述第一及第ニ导通元件为单向性导通元件。7.如权利要求5所述的电カ转换装置，其特征在于 所述第一及第ニ开关元件为用宽带隙半导体形成的单极型的开关元件。8.如权利要求5 7的任意ー项所述的电カ转换装置，其特征在于 所述宽带隙半导体用使用了碳化硅、氮化镓类材料、或者金刚石的半导体而形成。9.一种铁路车摘，具备 电カ转换装置，具有多组桥臂，该桥臂由构成正侧臂的功率半导体模块、和构成负侧臂的功率半导体模块串联连接而成，该电カ转换装置将施加在并联连接的多组桥臂的直流电压或交流电压转换为所希望的交流电压而输出；以及 电动机，接受来自所述电カ转换装置的电カ供给而驱动车辆， 该铁路车辆的特征在于 所述各功率半导体模块由第一元件对和第二元件对并联连接而构成， 所述第一元件对由第一开关元件和第一元件群反并联连接而成，该第一元件群中，宽带隙半导体所形成的肖特基势垒型的第一单向性导通元件和导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第一导通元件串联连接， 所述第二元件对由第二开关元件和第二元件群反并联连接而成，该第二元件群中，宽带隙半导体所形成的肖特基势垒型的第二单向性导通元件和导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第二导通元件串联连接。10.ー种功率半导体模块，其特征在于，具有 第一元件对，由第一开关元件和第一元件群反并联连接而成，该第一元件群中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第一单向性导通元件和导通时的电压降特性具有正的温度系数的宽带隙半导体所形成的第一导通元件串联连接；以及第二元件对，由第二开关元件和第二元件群反并联连接而成，该第二元件群中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第二单向性导通元件和导通时的电压降特性具有正的温度系数的宽带隙半导体所形成的第二导通元件串联连接， 这些第一及第ニ元件对并联连接而构成， 所述第一导通元件的耐压，比所述第一单向性导通元件的耐压小， 所述第二导通元件的耐压，比所述第二单向性导通元件的耐压小。11.ー种功率半导体模块，其特征在于，具有 第一元件对，由第一开关元件和第一元件群反并联连接而成，该第一元件群中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第一单向性导通元件和导通时的电压降特性具有正的温度系数的宽带隙半导体所形成的第一导通元件串联连接；以及第二元件对，由第二开关元件和第二元件群反并联连接而成，该第二元件群中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第二单向性导通元件和导通时的电压降特性具有正的温度系数的宽带隙半导体所形成的第二导通元件串联连接， 这些第一及第ニ元件对并联连接而构成， 所述第一导通元件的耐压，比所述第一单向性导通元件的耐压大， 所述第二导通元件的耐压，比所述第二单向性导通元件的耐压大。12.—种功率半导体模块，其特征在于，具有 第一元件对，由第一开关元件和第一元件群反并联连接而成，该第一元件群中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第一单向性导通元件和导通时的电压降特性具有正的温度系数的宽带隙半导体所形成的第一导通元件串联连接；以及第二元件对，由第二开关元件和第二元件群反并联连接而成，该第二元件群中，导通时的电压降特性具有负的温度系数的窄带隙半导体所形成的第二单向性导通元件和导通时的电压降特性具有正的温度系数的宽带隙半导体所形成的第二导通元件串联连接， 这些第一及第ニ元件对并联连接而构成， 所述第一导通元件的耐压，和所述第一单向性导通元件的耐压为相同程度， 所述第一导通元件的耐压，和所述第一单向性导通元件的耐压为相同程度。13.如权利要求1(T12的任意一项所述的功率半导体模块，其特征在于 所述第一及第ニ导通元件为单向性导通元件。14.如权利要求1(T12的任意一项所述的功率半导体模块，其特征在于 所述宽带隙半导体用使用了碳化硅、氮化镓类材料、或者金刚石的半导体而形成。15.ー种电カ转换装置，具有多组桥臂，该桥臂由构成正侧臂的功率半导体模块、和构成负侧臂的功率半导体模块串联连接而成，该电カ转换装置将施加在并联连接的多组桥臂的直流电压或交流电压转换为所希望的交流电压而输出，其特征在于 所述各功率半导体模块由第一元件对和第二元件对并联连接而构成， 所述第一元件对由第一开关元件和第一元件群反并联连接而...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中毅，木之内伸一，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：