双元件功率模块及使用该双元件功率模块的三电平功率转换装置.pdf

本发明将连接于第1元件对(10)的上位侧电位部的第1电极(M1)、连接于第1元件对(10)的下位侧电位部与第2元件对(12)的上位侧电位部之间的连接部的第2电极(M2)、以及连接于第2元件对(12)的下位侧电位部的第3电极(M3)设置于模块壳体的一个主面侧。另外，第1电极(M1)及第3电极(M3)在模块壳体的长边方向上的一个端部侧沿与该长边方向正交的方向排列，第2电极(M2)配置在模块壳体的长边方向的另一个端部侧。利用三个由此构成的同一结构的双元件三端子型功率模块来构成一个相的三电平功率转换装置。

权利要求书1.  一种三电平功率转换装置，其特征在于， 具备功率转换电路部，该功率转换电路部是选出上位侧直流端子、中间 电位直流端子及下位侧直流端子中的某一个的电位，并输出至交流端子的一 个相的功率转换电路部，该功率转换电路部具备：具有上位电位侧的外侧开 关元件及上位电位侧的钳位元件的第1双元件功率模块、由上位电位侧的内 侧开关元件及下位电位侧的内侧开关元件所构成的第2双元件功率模块、具 有下位电位侧的外侧开关元件及下位电位侧的钳位元件的第3双元件功率模 块， 所述第1双元件功率模块至所述第3双元件功率模块均是相同结构的双 元件三端子功率模块，分别具有与一元件的上位侧电位部相连接的第1电 极、与一元件的下位侧电位部和另一元件的上位侧电位部之间的连接部相连 接的第2电极、以及与另一元件的下位侧电位部相连接的第3电极， 所述第1双元件功率模块的所述第1电极与所述上位侧直流端子相连， 所述第1双元件功率模块的所述第2电极与所述第2双元件功率模块的所述 第1电极相连，所述第1双元件功率模块的所述第3电极与所述中间电位直 流端子相连，所述第3双元件功率模块的所述第1电极与所述中间电位直流 端子相连，所述第2双元件功率模块的所述第2电极与所述交流端子相连， 所述第2双元件功率模块的所述第3电极与所述第3双元件功率模块的所述 第2电极相连，所述第3双元件功率模块的所述第3电极与所述下位侧直流 端子相连。 2.  如权利要求1所述的三电平功率转换装置，其特征在于， 所述第1双元件功率模块至所述第3双元件功率模块中的所述第1电极 至所述第3电极设置于模块壳体的一个主面侧， 所述第1电极及所述第3电极在所述模块壳体的长边方向的一个端部侧 沿与该长边方向正交的方向排列，所述第2电极配置于所述模块壳体的长边 方向的另一个端部侧。 3.  如权利要求2所述的三电平功率转换装置，其特征在于， 所述第1双元件功率模块及所述第3双元件功率模块配置成各模块壳体 的长边侧的侧面互相相邻，且各电极搭载面朝向同一方向， 所述第2双元件功率模块配置为模块壳体的长边方向的中心线平行于所 述第1双元件功率模块与所述第3双元件功率模块之间的中心面。 4.  如权利要求3所述的三电平功率转换装置，其特征在于， 所述第2双元件功率模块配置成所述第2电极位于所述中心面上。 5.  如权利要求3所述的三电平功率转换装置，其特征在于， 所述第2双元件功率模块配置成所述第1电极及所述第3电极相对于所 述中心面呈面对称。 6.  如权利要求3至5中的任一项所述的三电平功率转换装置，其特征在 于， 配置成所述第1双元件功率模块的所述第2电极、所述第3双元件功率 模块的所述第2电极排列在与所述中心面正交的方向上。 7.  如权利要求3至6中的任一项所述的三电平功率转换装置，其特征在 于， 所述第2双元件功率模块配置成模块壳体的设有所述第1电极及所述第3 电极的一侧的侧面相邻于所述第1双元件功率模块及所述第3双元件功率模 块中的设有所述第2电极的一侧的侧面。 8.  如权利要求3至6中的任一项所述的三电平功率转换装置，其特征在 于， 所述第2双元件功率模块的电极搭载面配置成与所述第1双元件功率模 块及所述第3双元件功率模块的电极搭载面相对， 在从所述第2双元件功率模块中的电极搭载面的背面侧俯视透视所述第1 双元件功率模块及所述第3双元件功率模块的电极搭载面时，所述第1双元 件功率模块的第1电极及第3电极、所述第3双元件功率模块的第1电极及 第3电极、所述第2双元件功率模块的第2电极排列在与所述中心面正交的 方向上，且所述第1双元件功率模块的第2电极、所述第3双元件功率模块 的第2电极、及所述第2双元件功率模块的第1电极及第3电极排列在与所 述中心面正交的方向上。 9.  如权利要求1至8中的任一项所述的三电平功率转换装置，其特征在 于， 构成所述第1双元件功率模块至所述第3双元件功率模块的元件由宽带 隙半导体形成。 10.  如权利要求9所述的三电平功率转换装置，其特征在于， 所述宽带隙半导体是使用了碳化硅、氮化镓类材料、或金刚石的半导 体。 11.  一种双元件功率模块，能适用于三电平功率转换装置的功率转换电路 部，其特征在于， 所述双元件功率模块具有将二极管与开关元件反向并联连接的第1元件 对及第2元件对，并且还具有连接于所述第1元件对的上位侧电位部的第1 电极、连接于所述第1元件对的下位侧电位部与所述第2元件对的上位侧电 位部之间的连接部的第2电极、以及连接于所述第2元件对的下位侧电位部 的第3电极而构成， 所述双元件功率模块中的所述第1电极至所述第3电极设置于模块壳体 的一个主面侧， 所述第1电极及所述第3电极配置为在所述模块壳体的长边方向的一个 端部侧沿与该长边方向正交的方向排列，所述2电极配置在所述模块壳体的 长边方向的另一个端部侧。 12.  如权利要求11所述的双元件功率模块，其特征在于， 所述第1元件对及所述第2元件对由宽带隙半导体形成。 13.  如权利要求12所述的双元件功率模块，其特征在于， 所述宽带隙半导体是使用了碳化硅、氮化镓类材料、或金刚石的半导 体。

说明书双元件功率模块及使用该双元件功率模块的三电平功率转换装置
技术领域
本发明涉及双元件功率模块及使用该双元件功率模块的三电平功率转换 装置。
背景技术
以往使用双元件功率模块的铁道车辆用三电平功率转换装置采用如下结 构：串联连接来构成上下臂的四个开关元件中，分别由双元件功率模块来构 成外侧开关元件彼此(位于上位电位侧的开关元件及位于下位电位侧的开关 元件)以及内侧开关元件彼此(夹持于两个外侧开关元件之间的两个开关元 件)，并将另设的二极管模块用作为连接于构成上臂的两个开关元件彼此的 连接点与构成下臂的两个开关元件彼此的连接点之间的钳位二极管(例如下 述专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2008/075418号
发明内容
发明所要解决的技术问题
如上所述，使用现有的双元件功率模块的铁道车辆用三电平功率转换装 置中分别由双元件功率模块来构成外侧开关元件彼此及内侧开关元件彼此。 因此，具有如下问题：模块内部的低电感结构作为铁道车辆用三电平功率转 换装置所需的低电感电路所发挥的效果不足，无法充分发挥双元件功率模块 的特征。
另外，上述专利文献1中，虽未提及双元件功率模块的元件配置或端子 位置等，但仍有余地对各模块配置作为铁道车辆用三电平功率转换装置所需 的低电感电路发挥作用的效果进行改善，期望电感更低的结构。
本发明鉴于上述情况而得以完成，其目的在于提供一种能充分发挥双元 件功率模块的特征且能构成电感更低的电路的三电平功率转换装置。
解决技术问题所采用的技术方案
为解决上述问题，达成目的，本发明包括选出上位侧直流端子、中间电 位直流端子及下位侧直流端子中的某一个的电位，并输出至交流端子的一个 相的功率转换电路部，其特征在于，该功率转换电路部具备：具有上位电位 侧的外侧开关元件及上位电位侧的钳位元件的第1双元件功率模块、由上位 电位侧的内侧开关元件及下位电位侧的内侧开关元件所构成的第2双元件功 率模块、具有下位电位侧的外侧开关元件及下位电位侧的钳位元件的第3双 元件功率模块，所述第1至第3双元件功率模块均是相同结构的双元件三端 子功率模块，分别具有与一元件的上位侧电位部相连接的第1电极、与一元 件的下位侧电位部和另一元件的上位侧电位部之间的连接部相连接的第2电 极、以及与另一元件的下位侧电位部相连接的第3电极，所述第1双元件功 率模块的所述第1电极与所述上位侧直流端子相连，所述第1双元件功率模 块的所述第2电极与所述第2双元件功率模块的所述第1电极相连，所述第1 双元件功率模块的所述第3电极与所述中间电位直流端子相连，所述第3双 元件功率模块的所述第1电极与所述中间电位直流端子相连，所述第2双元 件功率模块的所述第2电极与所述交流端子相连，所述第2双元件功率模块 的所述第3电极与所述第3双元件功率模块的所述第2电极相连，所述第3 双元件功率模块的所述第3电极与所述下位侧直流端子相连。
发明效果
根据本发明，起到如下效果：能够利用同一结构的三个双元件功率模块 来构成低电感电路。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的双元件功率模块的大致形状的立体图。
图2是图1所示的双元件功率模块的电路图。
图3是用于说明三电平功率转换装置的电路结构的局部电路图。
图4是添加了电感环路后示出的三电平功率转换装置的局部电路图。
图5是实施方式1所涉及的三电平功率转换装置的局部电路图。
图6是将图5的电路图改画成各组开关元件相靠近的电路图。
图7是在图6的电路图中添加了两个电感环路后得到的图。
图8是用于说明实施方式1所涉及的三电平功率转换装置的动作的说明 图。
图9是说明由三端子来构成双元件功率模块的效果的图。
图10是示意性示出使用了本发明的实施方式2所涉及的双元件功率模块 的三电平功率转换装置中的模块配置例的俯视图。
图11是示意性示出使用了本发明的实施方式3所涉及的双元件功率模块 的三电平功率转换装置中的模块配置例的俯视图。
图12是从图11的X方向进行观察的向视图。
图13是从图11的Y方向进行观察的向视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的三电平功率转换装置进行 说明。此外，本发明并不局限于以下示出的实施方式。
实施方式1
首先，参照图1及图2来说明本发明的实施方式1所涉及的双元件功率 模块。图1是表示实施方式1所涉及的双元件功率模块的大致形状的立体 图，图2是图1所示的双元件功率模块的电路图。
实施方式1所涉及的双元件功率模块1如图1及图2所示，作为开关元 件的MOSFET与作为所谓的续流二极管进行动作的二极管(以下记为 “FWD”)反向并联连接而成的两个元件对、即第1元件对10及第2元件对1 2收纳在封装体(模块壳体)内。
第1元件对10具有第1电极M1以及第2电极M2，第1元件对10中， 在模块内MOSFET的漏极与FWD的阴极电连接，第1电极M1与该连接部 (上位侧电位部)电连接，在模块内MOSFET的源极与FWD的阳极电连 接，第2电极M2与该连接部(下位侧电位部)电连接。另外，在第2元件对 12中，在模块内MOSFET的漏极与FWD的阴极电连接，其连接部(上位侧 电位部)与第2电极M2电连接。在模块内MOSFET的源极与FWD的阳极 电连接，该连接部(下位侧电位部)与第3电极M3电连接，第1元件对10 还具有该第3电极M3。在使用MOSFET以外的开关元件的情况下，也将第1 元件对及第2元件对的FWD的阴极侧称作上位侧或上位电位侧，将第1元件 对及第2元件对的FWD的阳极侧称作下位侧或下位电位侧。
上述第1至第3电极设于模块壳体的一个主面侧。第1电极及第3电极 在模块壳体的长边方向上的一个端部侧沿与该长边方向正交的方向排列，第 2电极配置在该模块壳体的长边方向的另一个端部侧。
由此，实施方式1所涉及的双元件功率模块构成为具有引出至同一主面 侧的第1电极M1～第3电极M3这三个电极(端子)的三端子型模块。此 外，栅极电极(端子)与三个电极分开设置。
接下来，对使用实施方式1所涉及的功率模块的三电平功率转换装置进 行说明。
首先，图3是用于说明三电平功率转换装置的电路结构的局部电路图， 图示出了适用于铁道车辆的三电平功率转换装置中的直流链路部的部分及与 一相对应的功率转换电路部(一相的功率转换电路部)的结构。直流链路部 中存在有串联连接的两个电容器、连接于两个电容器的一端的上位侧直流端 子P、连接于另一端的下位侧直流端子N、以及连接于2个电容器的相连部位 的中间电位端子C。将上位侧直流端子P所存在的一侧称为上位电位侧，将 下位侧直流端子N所存在的一侧称作下位电位侧。一相的功率转换电路部选 择上位侧直流端子P、中间电位端子C以及下位侧直流端子N中的某一个的 电位，并输出到交流端子AC。
该三电平功率转换装置中的功率转换电路部中，如图3所示，包括位于 上位电位侧外侧的开关元件(以下称作“上位外侧开关元件”)101、位于上位 电位侧内侧的开关元件(以下称作“上位内侧开关元件”)102、位于下位电位 侧内侧的开关元件(以下称作“下位内侧开关元件”)103、位于下位电位侧外 侧的开关元件(以下称作“下位外侧开关元件”)104、作为上位电位侧的中性 点钳位二极管来进行工作的开关元件(以下称作“上位侧钳位元件”)105以及 作为下位电位侧的中性点钳位二极管来进行工作的开关元件(以下称作“下位 侧钳位元件”)106而构成。
此外，在利用双元件功率模块来构成具有上述六个开关元件的功率转换 电路部的情况下，如图3所示，以下结构是一般或典型的考虑方法：分别将 上位外侧开关元件101与上位内侧开关元件102相组合，将下位内侧开关元 件103与下位外侧开关元件104相组合，将上位侧钳位元件105与下位侧钳 位元件106相组合。
图4示出了在图3中添加易受到电流变化率(di/dt)的影响、即易受到电 感的影响的环路(以下称为“电感环路”)110、112的电路图。此外，图4 中，示出了上位侧直流端子P与中间电位端子C之间的电感环路，但不言而 喻，下位侧直流端子N与中间电位端子C之间也形成同样的电感环路。
此处，若观察图4所示的电感环路110、112可知，电感环路110、112 均横跨模块之间而形成。因此，为了降低电感环路110、112的电感，不仅需 要降低模块内的电感分量，还需要降低将模块间相连的电导体的电感分量。 因此，图3所示的双元件功率模块的分组不利于降低电感环路110、112的电 感。
另一方面，图5是改变分组后构成的实施方式1所涉及的三电平功率转 换装置的局部电路图。具体而言，如图5所示，分别将上位外侧开关元件101 与上位侧钳位元件105构成为第1组，将上位内侧开关元件102与下位内侧 开关元件103构成为第2组，将下位外侧开关元件104与下位侧钳位元件106 构成为第3组。
图6是将图5的电路图改画成每一组的开关元件相靠近的电路图。具体 而言，由双元件功率模块1a(为了简化以下的说明，将其简称为“模块1a”， 其它也相同)来构成上位外侧开关元件10a(同样简称为“开关元件10a”，其 它也相同)及上位侧钳位元件12a(同样简称为“钳位元件12a”，其它也相 同)所构成的第1组，由模块1b来构成开关元件10b及开关元件12b所构成 的第2组，由模块1c来构成钳位元件10c及开关元件12c所构成的第3组。
此外，将模块1a的第1电极M11与上位侧直流端子P电连接，将模块 1a的第2电极M12与模块1b的第1电极M21电连接，将模块1a的第3电极 M13与中间电位端子C电连接，将模块1c的第1电极M31与中间电位端子 C电连接，将模块1b的第2电极M22与交流端AC电连接，将模块1b的第3 电极M23与模块1c的第2电极M32电连接，将模块1c的第3电极M33与下 位侧直流端子N电连接，由此，构成三电平功率转换装置中的一臂的电路。
图7是在图6的电路图添加了图4所示的电感环路110、112的图。在使 用实施方式1所涉及的双元件功率模块的情况下，如图6所示，电感环路110 的路径除了直流链路部的路径，其它都在模块内部产生。因此，若将双元件 功率模块本身构成为较低电感，则必然能将电感环路110构成为低电感电 路。
另外，电感环路112的路径是将直流链路部的路径、将模块1a的第1电 极M11与模块1b的第1电极M21相连接的路径、以及将模块1b的第3电极 M23与模块1c的第2电极M32相连接的路径生成于外部的路径。由此，能将 双元件功率模块本身构成为较低电感，且若能将上述三个路径构成为低电感 则必然能将电感环路112构成为低电感电路。
在模块1的内部，电流流过第1电极M1与第2电极M2之间，或流过第 2电极M2与第3电极M3之间。由于将第1电极M1与第3电极M3靠近配 置，因此能减小第1电极M1与第2电极M2间的电流路径离开第2电极M2 与第3电极M3间的电流路径的距离。流过上述电流路径的电流所产生的磁通 互相抵消，实施方式1所涉及的双元件功率模块成为低电感的电路结构。
另外，如上述那样构成的实施方式1所涉及的双元件功率模块通过模块 配置(平面配置、立体配置)，能构成为不仅能降低模块内的电感分量，还 能降低模块间的电感分量。该点在后面的实施方式2、3中说明。
接着，对由实施方式1所涉及的双元件功率模块构成的三电平功率转换 装置的动作进行说明。此外，通过上述说明，也对双元件功率模块所固有的 低电感特性进行说明。
图8是用于说明实施方式1所涉及的三电平功率转换装置的动作的说明 图，示出了在图6的电路图中添加电流路径后的电路图。此外，在以下说明 中，从构成三电平功率转换装置的交流端的交流端子AC输出的电流为正 (右向)，以此情况为一个示例进行说明。
首先，在开关元件10a、10b为导通，开关元件12b、12c为截止的情况 下，上位侧直流端子P的电压输出至交流端子AC。在上位侧直流端子P与交 流端子AC之间，来自上位侧直流端子P的电流或流向上位侧直流端子P的 电流流入开关元件10a、10b(电流路径A)。
接着，若开关元件10a截止，开关元件12b导通，则中间电位端子C的 电压输出至交流端子AC。来自中间电位端子C的电流通过钳位元件12a(具 体而言为钳位二极管)流入开关元件10b，并输出至交流端子AC(电流路径 B)。在电流从交流端子AC侧流向中间电位端子C的情况下，电流通过开关 元件12b流入钳位元件10c(具体而言为钳位二极管)。此处，若开关元件 10b截止，开关元件12b导通，则下位侧直流端子N的电压输出至交流端子 AC。在下位侧直流端子N与交流端子AC之间，来自下位侧直流端子N的电 流或流向下位侧直流端子N的电流流入开关元件12b、12c(电流路径C)。
由此，开关元件10a、10b、12b、12c中的导通/截止状态取以下某个状 态。
状态P：开关元件10a：导通、开关元件10b：导通、开关元件12b：截 止、开关元件12c：截止。
状态C：开关元件10a：截止、开关元件10b：导通、开关元件12b：导 通、开关元件12c：截止。
状态N：开关元件10a：截止、开关元件10b：截止、开关元件12b：导 通、开关元件12c：导通。
流过开关元件的电流根据开关元件的导通/截止状态的变化而变化。若考 虑由从交流端子AC流出的电流与流入交流端子AC的电流形成的正负双向的 电流，则流过开关元件的电流发生换流，以使得流过开关元件10a的电流流 至钳位元件12a。开关元件10b与开关元件12b之间也发生换流，开关元件 12c与钳位元件10c之间也发生换流。
实施方式1的三电平功率转换装置中，如上所述，通过组合上述发生换 流的电流所流过的开关元件，来构成双元件功率模块。因此，实施方式1所 涉及的三电平功率转换装置起到其模块配置能有助于铁道车辆用的三电平功 率转换装置所需的低电感电路的效果。
接着，对以三端子来构成双元件功率模块的效果进行说明。图9是说明 由三端子来构成双元件功率模块的效果的图。
图9中，由四端子来构成双元件功率模块。在三电平功率转换装置等功 率转换装置中使用双元件功率模块的情况下，需要利用外部连接来构成交流 端子部60，因此在交流端子部60与PN连接导体(用于将直流链路部与各开 关元件相连接的直流布线)62之间留有协调空间。该情况下，例如图9(b)所 示，在避开PN连接导体62来进行布线的情况下，连接导体长度必然变长， 无法避免电感的增加。另一方面，如本实施方式所示，在由三端子来构成双 元件功率模块的情况下，由于一元件对的下位电位电极与另一元件对的上位 电位电极在内部相连接，因此无需考虑避开PN连接导体62来进行布线等， 并且能够抑制交流端子部60的连接导体长度的增加，能获得大幅度降低电感 的效果。
如上所述，根据实施方式1所涉及的双元件功率模块，具有将二极管与 开关元件反向并联连接的第1及第2元件对，并且还具有连接于第1元件对 的上位侧电位部的第1电极、连接于第1元件对的下位侧电位部与第2元件 对的上位侧电位部之间的连接部的第2电极、以及连接于第2元件对的下位 侧电位部的第3电极而构成，双元件功率模块中的第1至第3电极设置于模 块壳体的一个主面侧，第1电极及第3电极在模块壳体的长边方向的一个端 部侧沿与该长边方向正交的方向排列，第2电极配置在模块壳体的长边方向 的另一个端部侧，因此与四端子模块相比，能实现电感更低的低电感电路。
另外，根据实施方式1所涉及的三电平功率转换装置，包括功率转换电 路部，该功率转换电路部具备：具有上位电位侧的外侧开关元件及上位电位 侧的钳位元件的第1双元件功率模块、由上位电位侧的内侧开关元件及下位 电位侧的内侧开关元件所构成的第2双元件功率模块、具有下位电位侧的外 侧开关元件及下位电位侧的钳位元件的第3双元件功率模块，第1至第3双 元件功率模块均是相同结构的双元件三端子功率模块，分别具有与一元件的 上位侧电位部相连接的第1电极、与一元件的下位侧电位部和另一元件的上 位侧电位部之间的连接部相连接的第2电极、以及与另一元件的下位侧电位 部相连接的第3电极，第1双元件功率模块的第1电极与上位侧直流端子相 连，第1双元件功率模块的第2电极与第2双元件功率模块的第1电极相 连，第1双元件功率模块的第3电极与中间电位直流端子相连，第3双元件 功率模块的第1电极与中间电位直流端子相连，第2双元件功率模块的第2 电极与交流端子相连，第2双元件功率模块的第3电极与第3双元件功率模 块的第2电极相连，第3双元件功率模块的第3电极与下位侧直流端子相 连，由此，能利用同一结构的三个双元件功率模块来实现低电感电路。
此外，根据实施方式1所涉及的三电平功率转换装置，使用一种功率模 块来构成铁道车辆用的三电平功率转换装置，因此在降低设计成本及制造成 本方面较为有效。
实施方式2
图10是示意性表示使用了本发明的实施方式2所涉及的双元件功率模块 的三电平功率转换装置中的模块配置例的俯视图。图10中，在实施方式2所 涉及的模块配置例中，平面配置有构成三电平功率转换装置的模块1a～1c。 此外，上述模块1a～1c分别对应图6中示出的模块1a～1c。
模块1a与模块1c配置成在模块壳体的长边侧的侧面互相相邻。各模块中 的电极配置成在正交于以点划线表示的模块1a和模块1c之间的中心面W的 方向上排列。中心面W是和模块1a与模块1c各自的中心相距等距离的面。 中心面W在图10中由线来表示，其实是垂直于纸面的方向的面。
更详细地说明，模块1a的第1电极M11及第3电极M13、模块1c的第 1电极M31及第3电极M33配置成在与中心面W正交的方向上排列。
此外，在模块使用相同结构的情况下，若如上述那样配置，则模块1a的 第2电极M12及模块1c的第2电极M32也必然排列在与中心面W正交的方 向上。由此，模块1a的第2电极M12与模块1c的第2电极M32的组也可以 配置成在与中心面W正交的方向上排列。
对于如上述那样配置的模块1a、1c，模块1b与通过模块壳体的中心并与 长边方向平行的面、即中心面W平行，且第2电极M22位于中心面W上， 且模块1b的第1电极M21及第3电极M23相对于中心面W呈面对称，且模 块壳体的设有模块1b的第1电极M21及第3电极M23一侧的侧面相邻于设 有模块1a(模块1c)的第2电极M12(若是模块1c则为第2电极M32)的 侧面。此外，第2电极M22位于中心面W上是指第2电极M22的某处存在 于中心面W上。
通过上述那样配置，利用非常短的路径来配置将模块1a的第2电极M12 与模块1b的第1电极M21相连接的电布线、以及将模块1b的第3电极M23 与模块1c的第2电极M32相连接的电布线，因此能够通过低电感电路来构成 配置有模块1a～1c的三电平功率转换装置。图10等中，在存在有电布线的位 置画上附有箭头标记的线。
另外，由于使用同一结构的模块、且将模块1b的第2电极M22配置于中 心面W上，因此能够使将模块1a的第2电极M12与模块1b的第1电极M21 相连接的电布线、与将模块1b的第3电极M23与模块1c的第2电极M32相 连接的电布线的长度均等，能够构成具有对称性的电路。此外，图10中，从 模块壳体上方观察到的外形为长方形，但从上方观察到的外形也可以是梯形 或平行四边形等。
实施方式3
图11是示意性示出使用本发明的实施方式3所涉及的双元件功率模块的 三电平功率转换装置中的模块配置例的俯视图，图12是从图11中的X方向 观察到的向视图，图13是从图11中的Y方向观察到的向视图。
将实施方式3所涉及的图11～图13的配置例与实施方式2所涉及的图 10的配置例相比较，可知模块1b的配置不同。实施方式2中，将模块1b配 置在与模块1a、1c相同的平面，但在实施方式3中，模块1b的电极搭载面配 置成与模块1a、1c的电极搭载面相面对(相对)。
此外，从模块1b的电极搭载面的背面侧俯视透视模块1a、1c的电极搭载 面时，模块1a的第1电极M11及第3电极M13、模块1c的第1电极M31与 第3电极M33、模块1b的第2电极M22被配置成在与模块1a与模块1c之间 的中心面W相正交的方向上排列，且模块1b的第2电极M22位于中心面W 上。
此外，在模块使用相同结构的情况下，若如上述那样配置，则从模块1b 上的电极搭载面的背面侧俯视透视模块1a、1c的电极搭载面时，模块1a的第 2电极M12、模块1c的第2电极32、模块1b的第1电极M21及第3电极 M23在与模块1a与模块1c之间的中心面W相正交的方向上排列。
通过上述那样配置，利用非常短的路径来配置将模块1a的第2电极M12 与模块1b的第1电极M21相连接的电布线、以及将模块1b的第3电极M23 与模块1c的第2电极M32相连接的电布线，因此能够通过低电感电路来构成 配置有模块1a～1c的三电平功率转换装置。
另外，通过如上述那样配置，能够使将模块1a的第2电极M12与模块 1b的第1电极M21相连接的电布线和将模块1b的第3电极M23与模块1c的 第2电极M32相连接的电布线的长度为均等，能够构成具有对称性的电路。
此外，以上实施方式1～3所示的双元件功率模块的结构均为一个示例， 可以进行各种改变。例如，图11中，例示出了在模块1a、1c的上部配置模块 1b的情况，但也可以将模块1b配置于模块1a、1c的下部。另外，也可以将 上述模块间的上下关系置换成左右关系来进行配置。另外，在图1等中，例 示出了朝着电极面将第1电极M1～第3电极M3顺时针来进行配置的结构， 但也可以是逆时针配置的结构。
实施方式4
铁道车辆用的功率转换装置所使用的大容量功率模块所能得到的额定电 压、电流为最大例如3300V/1500A、4500V/1200A、6500V/750A等。在上述 功率模块中，由于螺栓安装或冷却面的平面度管理等的限制，基座尺寸为 140mm×190mm，当前全部使用单元件功率模块来构成。由此，对于最大容量 的功率器件，出于机械性限制的关系，成为单元件功率器件，因此为了容易 地实现实施方式1～3所涉及的三电平功率转换装置，优选使用中容量的功率 模块。
因此，在实施方式4中，用于实现实施方式1～3所涉及的双元件功率模 块的半导体材料使用例如SiC、GaN或金刚石那样的宽带隙半导体。在使用 宽带隙半导体的情况下，能够减小发生损耗，若是相同额定电流的功率模 块，与使用Si等的窄带隙半导体相比，能实现小型化。也就是说，若作为实 现实施方式1～3所涉及的双元件功率模块的半导体材料使用宽带隙半导体来 形成，则在例如构成大容量的铁道车辆用功率转换装置的情况下，能获得如 下效果：易于冷却器的平面度管理，提高操作性。
此外，上述实施方式1～4所示出的结构是本发明的结构的一个示例，也 可以与其它公知技术相组合，能够在不脱离本发明的技术思想的范围内进行 变更。
工业上的实用性
如上所述，本发明适用于能构成低电感电路的双元件功率模块及使用该 双元件功率模块的三电平功率转换装置。
标号说明
        1、1a、1b、1c 双元件功率模块；
10 第1元件对、
12 第2元件对、
10a、101 上位外侧开关元件、
10b、102 上位内侧开关元件、
12b、103 下位内侧开关元件、
12c、104 下位外侧开关元件、
12a、105 上位侧钳位元件、
10c、106 下位侧钳位元件、
60 交流端子部、
62 连接导体、
110、112 电感环路、
60 交流端子部、
62 连接导体、
110、112 电感环路、
AC 交流端子、
P 上位侧直流端子、
C 中间电位端子、
N 下位侧直流端子、
M1 第1电极、
M2 第2电极、
M3 第3电极、
M11 第1电极(模块1a)、
M12 第2电极(模块1a)、
M13 第3电极(模块1a)、
M21 第1电极(模块1b)、
M22 第2电极(模块1b)、
M23 第3电极(模块1b)、
M31 第1电极(模块1c)、
M32 第2电极(模块1c)、
M33 第3电极(模块1c)、
W 中心面。