[发明专利]半导体模块、上下臂成套件和三电平逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体模块、包括该半导体模块的上下臂成套件和包括该上下臂成套件的三电平逆变器。

背景技术

图13是利用现有技术的从直流转换为交流的三电平逆变器的电路图。

图13中，图中标记51、52为串联连接的直流电源，令正极电位为P，负极电位为N，中性点电位为M。由交流电源系统构成直流电源51、52时，能够使用未图示的二极管整流器、大电容的电解电容器等来构成。

正极电位P与负极电位N之间，连接有三相的将二极管反向并联连接的绝缘栅双极晶体管（以下称为IGBT）的串联连接电路。即，U相用的串联连接电路60由包括反向并联连接有二极管D1的IGBT（T1）的上臂与包括反向并联连接有二极管D2的IGBT（T2）的下臂的串联连接电路构成，V相用的串联连接电路61由包括反向并联连接有二极管D3的IGBT（T3）的上臂与包括反向并联连接有二极管D4的IGBT（T4）的下臂的串联连接电路构成，W相用的串联连接电路62由包括反向并联连接有二极管D5的IGBT（T5）的上臂与包括反向并联连接有二极管D6的IGBT（T6）的下臂的串联连接电路构成。

在各相的串联连接电路的上臂和下臂的串联连接点与直流中性点电位M之间连接有交流开关，该交流开关反向串联连接有IGBT，该IGBT反向并联连接有二极管。即，在U相用的串联连接电路60的串联连接点与直流电源的中心点M之间，连接有包括反向并联连接有二极管82的IGBT81的IGBT模块63的发射极与包括反向并联连接有二极管84的IGBT83的IGBT模块64的发射极相连的结构的交流开关，在V相用的串联连接电路61的串联连接点与直流电源的中心点M之间，连接有包括反向并联连接有二极管86的IGBT85的IGBT模块65的发射极与包括反向并联连接有二极管88的IGBT87的IGBT模块66的发射极相连的结构的交流开关，在W相用的串联连接电路62的串联连接点与直流电源的中心点M之间，连接有包括反向并联连接有二极管90的IGBT89的IGBT模块67的发射极与包括反向并联连接有二极管92的IGBT91的IGBT模块68的发射极相连的结构的交流开关。另外，各串联连接电路60、61、62的串联连接点为交流输出，分别经由滤波器用电抗器71、72、73与负载74连接。

采用本电路结构，由此各串联连接电路60、61、62的串联连接点能够输出正极电位P、负极电位N和中性点电位M，因此成为三电平的逆变器输出。图14表示输出电压（Vout）波形例。相对于二电平形式的逆变器而言，特征在于输出具有三个电压电平的低次的高次谐波成分较少的交流电压，能够实现滤波器用电抗器（输出滤波器）71～73的小型化。

接着，利用图15对专利文献1所记载的现有技术的三电平逆变器进行说明。

图15是包含三电平逆变器的交流开关的上下臂一相的结构图，（a）是电路图，（b）是半导体模块的立体图。

图15（b）所示的半导体模块40如图15（a）所示，收纳有反向并联有两个反向截止IGBT54、55的交流开关53和两个IGBT（T1、T2）。

图16是半导体模块的示意截面图。该半导体模块40中，功率半导体芯片43（以图15的标记表示的T1、T2、D1、D2、54、55）安装在散热用金属基底41上的绝缘基板42上，用于引出到外部的金属端子44在封装体45的上表面露出，封装体45的内部填充有树脂46。

该半导体模块40适用于电压型的三电平逆变器。该半导体模块40包括第一IGBT（T1）和第二IGBT（T2），该第一IGBT反向并联连接有二极管D1，该第一IGBT的集电极端子C1与串联连接电路60的正极端子（P端子）连接，该第二IGBT反向并联连接有二极管D2，该第二IGBT的集电极与该第一IGBT（T1）的发射极连接，并且该第二IGBT的发射极端子E2与串联连接电路60的负极端子（N端子）连接。

另外，包括交流开关53，交流开关53包括集电极与第一IGBT（T1）的发射极连接的第一反向截止型IGBT54和与第一反向截止IGBT54反向并联连接的第二反向截止IGBT55。

反向并联有上述的二极管D1的第一IGBT（T1）和第二IGBT（T2）构成串联连接电路60，串联连接电路60的正极端子（P端子）与第一IGBT的集电极端子C1连接，负极端子（N端子）与第二IGBT（T2）的发射极端子E2连接。

上述的第一反向截止IGBT54和第二反向截止IGBT55构成交流开关53。