KR101038175B1 - 3 레벨 전력 변환 장치 - Google Patents

Abstract

장치를 소형화하여, 소자 사이를 접속하는 배선의 부유 인덕턴스를 저감시킴과 아울러, 스너버 회로의 장착을 용이하게 하는 3 레벨 전력 변환 장치를 제공한다.

제1 내지 제4 스위칭 소자(1 ~ 4)를 온 오프 제어하여 교류 출력 단자(AC)로부터 3 레벨의 전압을 출력하는 3 레벨 전력 변환 장치에 있어서, 제1 및 제4 스위칭 소자(1, 4)를 구성 단위로 하는 제1 모듈(11)과, 제2 및 제3 스위칭 소자(2, 3)를 구성 단위로 하는 제2 모듈(12)과, 제1 결합 다이오드(5)를 구성 단위로 하는 제3 모듈(14)과, 제2 결합 다이오드를 구성 단위로 하는 제4 모듈(13)을 구비하고, 교류 출력 단자(AC)에 가까운 위치로부터 제2 모듈(11), 제4 모듈(14), 제3 모듈(13), 제1 모듈(11)을 순차적으로 일렬로 배열하였다.

Description

3 레벨 전력 변환 장치{THREE LEVEL POWER CONVERTER}

본 발명은 IGBT 등의 스위칭 소자를 이용하여 3 레벨의 전압을 출력하는 3 레벨 전력 변환 장치에 관한 것이다.

종래의 3 레벨 전력 변환 장치는, 특허 문헌 1에 나타내는 바와 같이, 정극(正極) 단자와 중간 단자와 부극(負極) 단자를 가지는 직류 전압원, 정극 단자와 교류 출력 단자 사이에 순차적으로 직렬로 접속된 제1 및 제2 IGBT와, 제1 및 제2 IGBT의 접속점과 중간 단자 사이에 접속된 제1 결합 다이오드와, 교류 출력 단자와 부극 단자 사이에 순차적으로 직렬로 접속된 제3 및 제4 IGBT와, 제3 및 제4 IGBT 접속점과 중간 단자 사이에 접속된 제2 결합 다이오드를 구비하고, 상기 제1 내지 제4 IGBT를 적절히 온 오프 제어하여 교류 출력 단자로부터 3 레벨의 전압을 출력하도록 구성되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 제3229931호 공보

종래의 3 레벨 전력 변환 장치에 있어서는 1개의 IGBT를 탑재한 모듈을 4개 이용하기 때문에 장치가 대형으로 되며, 이로 인해 소자 사이를 접속하는 각 배선의 부유 인덕턴스(floating inductance)가 커지게 됨으로써 턴 오프 서지(turn-off surge) 전압이 높아진다.

이 턴 오프 서지 전압을 억제하는 방법으로, 별도 컨덴서를 이용하여 배선의 부유 인덕턴스의 에너지를 흡수하는 스너버(snubber) 회로를 각 IGBT와 병렬로 접속하는 방법이 있으나, 배선 인덕턴스가 크면 그 에너지를 흡수하는 스너버 회로의 컨덴서 용량도 커지는데다가, 소자 배치에 의해 소자의 발열량이 변함없음에도 불구하고 냉각기가 커지는 경우가 있어, 장치 손실의 증가, 장치 외형의 대형화, 장치 비용의 증가, 부품수의 증대에 따른 신뢰성의 저하를 초래하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 장치를 소형화하여, 소자 사이를 접속하는 배선의 부유 인덕턴스를 저감시킴과 아울러, 스너버 회로의 장착을 용이하게 하는 3 레벨 전력 변환 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 정극 단자와 중간 단자와 부극 단자를 가지는 직류 전압원, 상기 정극 단자와 교류 출력 단자 사이에 순차적으로 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위칭 소자와, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접속점과 상기 중간 단자와의 사이에 접속된 제1 결합 다이오드와, 상기 교류 출력 단자와 상기 부극 단자 사이에 순차적으로 직렬로 접속된 제3 및 제4 스위칭 소자와, 상기 제3 및 제4 스위칭 소자의 접속점과 상기 중간 단자와의 사이에 접속된 제2 결합 다이오드를 구비하고, 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자를 온 오프 제어하여 상기 교류 출력 단자로부터 3 레벨의 전압을 출력하는 3 레벨 전력 변환 장치에 있어서, 상기 제1 및 제4 스위칭 소자를 1 세트의 구성 단위로 하는 제1 모듈과, 상기 제2 및 제3 스위칭 소자를 1 세트의 구성 단위로 하는 제2 모듈과, 상기 제1 결합 다이오드를 포함하는 제3 모듈과, 상기 제2 결합 다이오드를 포함하는 제4 모듈을 구비하고, 상기 교류 출력 단자에 가까운 위치로부터 상기 제2 모듈, 제4 모듈, 제3 모듈, 제1 모듈을 순차적으로 일렬로 배치한 것이다.

본 발명에 의하면, 장치를 소형화하여, 소자 사이를 접속하는 배선의 부유 인덕턴스를 저감시킴과 아울러, 장치의 용량에 따른 스너버 회로의 장착을 용이하게 실시할 수 있는 3 레벨 전력 변환 장치를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1을 나타내는 3 레벨 전력 변환 장치의 주회로 구성을 나타내는 회로도이다.

도 2는 도 1의 주회로에 있어서 동작 상태의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 3은 도 1의 주회로에 있어서 동작 상태의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.

도 4는 실시 형태 1에 있어서 3 레벨 전력 변환 장치의 모듈 배치 구성을 나타내는 평면도이다.

도 5는 도 4의 모듈 배치 구성에 있어서 소자간 접속을 나타내는 설명도이다.

도 6은 실시 형태 1에 있어서, 모듈의 냉각기 베이스에 히트 파이프(heat pipe)를 마련한 경우의 평면도이다.

도 7은 본 발명의 실시 형태 2로 하여 스너버 회로를 마련한 경우의 회로도이다.

도 8은 실시 형태 2에 있어서 이용하는 스너버 유닛의 예를 나타내는 구성도이다.

도 9는 실시 형태 2에 있어서 스너버 유닛을 마련한 경우의 일례를 나타내는 구성도이다.

도 10은 실시 형태 2에 있어서 스너버 유닛을 마련한 경우의 다른 예를 나타내는 구성도이다.

도 11은 실시 형태 2에 있어서 스너버 유닛을 마련한 경우의 또다른 예를 나타내는 구성도이다.

도 12는 실시 형태 2에 있어서 스너버 유닛을 마련한 경우 장치 전체의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.

도 13은 실시 형태 2에 있어서 스너버 유닛을 마련한 경우 장치 전체의 다른 예를 모식적으로 나타내는 측면도이다.

도 14는 실시 형태 2에 있어서 스너버 유닛을 마련한 경우 장치 전체의 또다른 예를 모식적으로 나타내는 측면도이다.

도 15는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서 3 레벨 전력 변환 장치의 모듈 배치 구성을 나타내는 평면도이다.

실시 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 3 레벨 전력 변환 장치를 나타내는 회로 구성도이다. 도면에 있어서, 직류 전압원은 컨덴서(7, 8)의 직렬체로 이루어 지며, 정극 단자(P), 중간 단자(C) 및 부극 단자(N)를 구비하고 있다.

직류 전압원의 정극 단자(P)와 교류 출력 단자(AC) 사이의 정측 암부(arm portion)는 제1 및 제2 IGBT(1, 2)와 제1 결합 다이오드(5)로 구성되어 있고, 제1 IGBT(1)의 컬렉터는 정극 단자(P)에 접속되고, 동 이미터는 제2 IGBT(2)의 컬렉터 및 제1 결합 다이오드(5)의 캐소드에 접속되어 있다. 제1 결합 다이오드(5)의 애노드는 중간 단자(C)에 접속되고, 제2 IGBT(2)의 이미터는 교류 출력 단자(AC)에 접속되어 있다.

다음으로, 교류 출력 단자(AC)와 부극 단자(N) 사이의 부측 암부는 제3 및 제4 IGBT(3, 4)와 제2 결합 다이오드(6)로 구성되어 있고, 제3 IGBT(3)의 컬렉터는 교류 출력 단자(AC)에 접속되고, 동 이미터는 제4 IGBT(4)의 컬렉터(C) 및 제2 결합 다이오드(6)의 애노드에 접속되어 있다. 제2 결합 다이오드(6)의 캐소드는 중간 단자(C)에 접속되며, 제4 IGBT(4)의 이미터는 부극 단자(N)에 접속되어 있다.

또한, 제1 및 제2 결합 다이오드(5, 6)에는 각각 분압용 저항(Ra, Rb)이 병렬로 접속되어 있다.

상기와 같이 구성된 3 레벨 전력 변환 장치는 교류 출력 단자(AC)로부터 3 레벨의 전압을 출력하도록 주지된 방법으로 제1 내지 제4 IGBT(1 ~ 4)를 적절히 온 오프 제어되지만, 이들 IGBT(1 ~ 4)를 턴 오프할 때, 소자 사이를 접속하는 각 배선의 부유 인덕턴스에 의해 높은 턴 오프 서지 전압이 발생한다.

도 2, 3은 3 레벨 전력 변환 장치의 동작 상태에 있어서 전류 경로의 일례를 나타내는 설명도이고, L1 ~ L5는 소자 사이를 접속하는 각 배선의 부유 인덕턴스이 다. 여기서, 도 2에 나타내는 바와 같이 IGBT(1, 2)가 모두 온 상태로부터 IGBT(1)가 턴 오프하면, 전류 I1로부터 전류 I2로 전류(轉流)하는 경우, 각 배선 인덕턴스에 유기(誘起)되는 전압에 의해 IGBT(1)에는 컨덴서(7)의 전압+V1+V2+V3의 전압이 서지 전압으로서 인가된다.

또, 도 3에 나타내는 바와 같이 IGBT(2)가 턴 오프하여 IGBT(3, 4)의 플라이 휠 다이오드(flywheel diode)가 온하는 경우, 즉 전류 I2로부터 전류 I3으로 전류하는 경우, IGBT(2)에는 컨덴서(8)의 전압+V2+V3+V5의 전압이 서지 전압으로서 인가된다.

이것들은 턴 오프 서지 전압이라 불리는 것으로, 이들 턴 오프 서지 전압을 IGBT의 안전 동작 영역 내로 억제하지 않으면 IGBT를 파괴에 이르게 된다.

종래의 3 레벨 전력 변환 장치의 경우에는 1개의 IGBT를 탑재한 모듈을 4개 직렬로 접속하고 있기 때문에 장치가 대형으로 되며, 이로 인해 각 배선의 부유 인덕턴스가 커짐으로써 턴 오프 서지 전압이 높아진다. 이 때문에 턴 오프 서지 전압으로부터 IGBT를 보호하기 위해 통상 스너버 회로를 각 IGBT에 장착하고 있지만, 이것이 장치의 대형화를 더욱 초래하는 결과가 되고 있다.

따라서, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 3 레벨 전력 변환 장치 있어서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, IGBT(2) 소자를 포함하는 모듈을 이용하여, 외측 소자인 제1 및 제4 IGBT를 1 세트의 구성 단위로 하여 제1 모듈(11)을 구성하고, 또 내측 소자인 제2 및 제3 IGBT(2, 3)를 1 세트의 구성 단위로 하여 제2 모듈(12)을 구성함과 아울러, 이들 모듈(11, 12)을 양단에 배치하고, 그 사이에 제1 결합 다이오드 를 포함하는 제3 모듈(13), 제2 결합 다이오드를 포함하는 제4 모듈(14)을 배치하고, 교류 출력 단자(AC)에 가까운 위치로부터 제2 모듈(12), 제4 모듈(14), 제3 모듈(13), 제1 모듈(11)을 순차적으로 일렬로 배열하는 모듈 배치 구성으로 하여, 직류 전압원인 컨덴서(7, 8)에 대해, 도 5에 나타내는 바와 같이 각 모듈의 소자 사이를 접속하고 있다. 또한, 도 4에 있어서 C, E는 각 IGBT의 캐소드, 애노드, A, K는 각 결합 다이오드의 캐소드, 애노드를 나타내고 있다.

이와 같은 모듈 배치 구성으로 하면, 종래와 같이 1개의 IGBT를 탑재한 모듈 4개와 다이오드 모듈 2개를 1열로 배치하여 소자 사이를 접속하고 있는 구성에 비해, 장치의 소형화를 도모할 수 있어, 각 배선의 부유 인덕턴스를 감소시킬 수 있다.

또, 각 모듈의 냉각 수단으로서 히트 파이프를 이용하는 경우는 도 6에 나타내는 바와 같이 각 모듈(11 ~ 14)의 나사 고정부(16)가 히트 파이프(15)를 통과하는 방향의 변부(邊部)를 따라서 평행하게 배열되도록 하는 것에 의해, 히트 파이프(15)를 각 모듈의 나사 고정부(16)에 방해받지 않고서 각 모듈의 냉각기에 통과시킬 수 있어, 냉각 구조를 소형화할 수 있다.

실시 형태 2.

실시 형태 2는 상기 실시 형태 1에 있어서 3 레벨 전력 변환 장치에 스너버 회로를 마련하는 경우의 예를 나타내는 것이다.

도 7은 상기 실시 형태 1에 있어서 3 레벨 전력 변환 장치에 있어서, 제1 내지 제4 IGBT(1 ~ 4)에 각각 병렬 접속된 스너버 회로를 부가한 경우의 회로 구성을 나타내는 것이다.

도 7에 있어서, 제2 IGBT(2)에 대한 스너버 회로는 제2 IGBT(2)의 컬렉터 측에 애노드가 접속되는 다이오드(D2)와, 이 다이오드의 캐소드측과 제2 결합 다이오드(6)의 캐소드측 사이에 접속된 컨덴서(C2)와, 이 컨덴서와 다이오드(6)의 캐소드와의 접속점과 정극측 단자(P)와의 사이에 접속된 방전용 저항(R2)으로 형성되어 있다.

제3 IGBT(3)에 대한 스너버 회로는 제3 IGBT(3)의 이미터측에 캐소드가 접속되는 다이오드(D3)와, 이 다이오드의 애노드측과 제1 결합 다이오드 a의 애노드측 사이에 접속된 컨덴서(C3)와, 이 컨덴서와 다이오드(D3)의 캐소드와의 접속점과 부극측 단자(N)와의 사이에 접속된 방전용 저항(R3)으로 형성되어 있다.

또한 제1 IGBT(1)에 대한 스너버 회로는 제1 IGBT(1)의 컬렉터측에 일단이 접속된 컨덴서(C1)와, 제1 IGBT(1)의 이미터측에 캐소드가 접속되고 애노드가 컨덴서(C1)의 타단에 접속된 다이오드(D1)와, 컨덴서(C1)와 다이오드(D1)의 접속점과 직류 전원의 중간 단자(C)와의 사이에 접속된 방전용 저항(R1)으로 형성되어 있다.

제4 IGBT(1)에 대한 스너버 회로는 제4 IGBT(4)의 이미터측에 일단이 접속된 컨덴서(C4)와, 제4 IGBT(4)의 컬렉터측에 애노드가 접속되고 캐소드가 컨덴서(C4)의 타단에 접속된 다이오드(D4)와, 컨덴서(C4)와 다이오드(D4)의 접속점과 직류 전원의 중간 단자(C)와의 사이에 접속된 방전용 저항(R4)으로 형성되어 있다.

그리고, 이 실시 형태 2에서는 실시 형태 1에 나타낸 모듈 배치 구성에 대응하여 상기 제1 내지 제4 스너버 회로의 설치를 용이하게 하기 위해, 도 8에 나타내 는 바와 같이 스너버 유닛으로 하여 구성된다.

도 8(a)는 제2 및 제3 IGBT(2, 3)에 대한 스너버 회로 중 방전용 저항(R2, R3)을 제외한 회로 부분을 공통의 기판에 형성하여 제1 스너버 유닛(21)을 구성한 예, 동 (b)는 제1 및 제4 IGBT(1, 4)에 대한 스너버 회로 중 방전용 저항(R1, R4)을 제외한 회로 부분을 각각 별개의 기판에 형성하여 제2 및 제3 스너버 유닛(22, 23)을 구성한 예, 동 (c)는 제1 및 제4 IGBT(1, 4)에 대한 스너버 회로 중 방전용 저항(R1, R4)을 제외한 회로 부분을 공통의 기판에 형성하여 제4 스너버 유닛(24)을 구성한 예를 나타내고 있다.

또한, 도면 중, C, E는 IGBT의 캐소드, 애노드에 대응하는 접속 단자부, A, K는 결합 다이오드의 캐소드, 애노드에 대응하는 접속 단자부, G1, G2, G3, G4는 방전용 저항(R1 ~ R4)과의 접속 단자부를 각각 나타낸다.

도 8에 나타낸 제1 내지 제4 스너버 유닛(21 ~ 24)은 필요에 따라서 도 5에 나타낸 모듈 배치 구성에 있어서 1열로 배치된 모듈의 윗쪽에 겹치도록 배치되며, 서로 절연판을 통하여 근접하여 배치되는 복수의 평판 형상의 배선판을 이용하여 모듈의 각 소자와 접속된다.

도 9는 제1 스너버 유닛(21), 제3 스너버 유닛(23) 및 제2 스너버 유닛(22)이 순차적으로 일렬로 배치된 예, 도 10은 제1 스너버 유닛(21)과 제4 스너버 유닛(24)을 인접 배치한 예를 나타내고 있다.

또한, 주회로의 내부 인덕턴스에 따라서는 외측 소자인 제1 및 제4 IGBT에 대한 스너버 회로를 필요로 하지 않는 경우가 있으나, 그 경우에는 도 11에 나타내 는 바와 같이 제1 스너버 유닛(21)만을 설치하면 된다.

이와 같이 스너버 유닛을 내측 소자용과 외측 소자용으로 분할하는 것에 의해 주회로의 인덕턴스의 크기에 따라 적절히 구분하여 사용할 수 있다.

도 12 내지 14는 스너버 유닛을 마련한 경우의 장치 전체를 모식적으로 나타내는 측면도이고, 도 12는 도 9에 대응하고, 도 13은 도 10에 대응하고, 도 14는 도 11에 대응하는 경우로, 모듈(11 ~ 14)에 공통의 냉각기 베이스(30), 모듈(11 ~ 14)의 본체, 스너버 유닛(21 ~ 24), 컨덴서(7, 8)의 순서로 입체적으로 겹쳐 쌓여져 있다.

각 도(a)는 각 모듈(11 ~ 14)의 측면을 절연판(40)으로 커버하고, 이 절연판(40)에 분압용 저항(Ra, Rb) 및 방전용 저항(R1 ~ R4)을 장착한 상태, 각 도(b)는 상기 절연판(40)을 제거하고, 소자간 접속을 행하는 배선판(50)을 보이도록 한 상태를 나타내고 있다.

또한, 스너버 유닛(21 ~ 24)을 이용하지 않는 경우는 절연판(40)은 없어지며, 분압용 저항(Ra, Rb)은 제1 및 제2 결합 다이오드의 모듈(13, 14)상에 직접 마련된다.

실시 형태 3.

상기 실시 형태 1에서는 IGBT를 포함하는 모듈(11, 12)을 양단에 배치하고, 그 사이에 제2 결합 다이오드를 포함하는 모듈(13), 제1 결합 다이오드를 포함하는 모듈(14)을 순차적으로 일렬로 배치하는 모듈 배치 구성으로 하고 있으나, 도 15에 나타내는 바와 같이, 상측 소자인 제1 및 제2 IGBT(1, 2)를 1 세트의 구성 단위로 하여 제5 모듈(17)을 구성하고, 또 하측 소자인 제3 및 제4 IGBT(3, 4)를 1 세트의 구성 단위로 하여 제6 모듈(18)을 구성하고, 이들 모듈(17, 18)을 끼우듯이 하여 제1 결합 다이오드(5)를 포함하는 제7 모듈(19) 및 제2 결합 다이오드(6)를 포함하는 제8 모듈(20)을 배치하고, 교류 출력 단자(AC)에 가까운 위치로부터 제8 모듈(2O), 제6 모듈(18), 제5 모듈(17), 제7 모듈(19)의 순서로 일렬로 배열하는 모듈 배치 구성으로 해도 된다.

이 모듈 배치 구성에 있어서도, 장치의 소형화를 도모하여 각 배선의 부유 인덕턴스를 감소시킬 수 있는데다가, 대용량 전력 변환 장치에 적용되는 경우, 도 8에 나타낸 스너버 유닛(21 ~ 24)을 적절히 이용할 수 있다.

또, 상측 소자 또는 하측 소자에서 고장이 있는 경우에 있어서, 실시 형태 1에 있어서 모듈 배치 구성의 경우는 2개의 모듈을 교환하지 않으면 안 되지만, 이 실시 형태에 의한 모듈 배치 구성에 의하면 1개의 모듈 교환만으로 된다.

또한, 이상에서는 스위칭 소자로서 IGBT를 사용한 경우에 대하여 설명하였으나, 다른 스위칭 소자, 예를 들어 트랜지스터, 인텔리전트 파워 모듈(intelligent power module) 또는 FET 등도 본 발명은 동양으로 적용할 수 있어, 동등한 효과 나타낸다.

본 발명에 의하면, 장치를 소형화하여, 소자 사이를 접속하는 배선의 부유 인덕턴스를 저감시킴과 아울러, 스너버 회로의 장착을 용이하게 하는 3 레벨 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

1. 정극 단자와 중간 단자와 부극 단자를 가지는 직류 전압원, 상기 정극 단자와 교류 출력 단자 사이에 순차적으로 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위칭 소자와, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접속점과 상기 중간 단자와의 사이에 접속된 제1 결합 다이오드와, 상기 교류 출력 단자와 상기 부극 단자 사이에 순차적으로 직렬로 접속된 제3 및 제4 스위칭 소자와, 상기 제3 및 제4 스위칭 소자의 접속점과 상기 중간 단자와의 사이에 접속된 제2 결합 다이오드를 구비하고, 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자를 온 오프 제어하여 상기 교류 출력 단자로부터 3 레벨의 전압을 출력하는 3 레벨 전력 변환 장치에 있어서,

   상기 제1 및 제4 스위칭 소자를 1 세트의 구성 단위로 하는 제1 모듈과,

   상기 제2 및 제3 스위칭 소자를 1 세트의 구성 단위로 하는 제2 모듈과,

   상기 제1 결합 다이오드를 포함하는 제3 모듈과,

   상기 제2 결합 다이오드를 포함하는 제4 모듈을 구비하고,

   상기 교류 출력 단자에 가까운 위치로부터, 상기 제2 모듈, 제4 모듈, 제3 모듈, 제1 모듈을 순차적으로 일렬로 배치함과 아울러,

   이러한 일렬로 배치된 모듈 상에 상기 각 모듈을 구성하는 스위칭 소자 사이의 접속을 실행하는 평판 형상의 배선판을 마련하고,

   이 배선판의 반(反) 모듈 측에, 상기 제1 및 제2 결합 다이오드에 각각 병렬 접속된 분압용 저항과 상기 직류 전압원인 컨덴서를 순차적으로 겹쳐 쌓아 입체적으로 배치함과 아울러, 상기 배선판의 외부측 단부에 있어서 상기 컨덴서를 상기 배선판과 전기적으로 접속한 것을 특징으로 하는 3 레벨 전력 변환 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 배선판의 모듈 측에 상기 제1 내지 제4 모듈에 공통인 냉각기를 배치한 것을 특징으로 하는 3 레벨 전력 변환 장치.
3. 정극 단자와 중간 단자와 부극 단자를 가지는 직류 전압원, 상기 정극 단자와 교류 출력 단자 사이에 순차적으로 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위칭 소자와, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접속점과 상기 중간 단자와의 사이에 접속된 제1 결합 다이오드와, 상기 교류 출력 단자와 상기 부극 단자 사이에 순차적으로 직렬로 접속된 제3 및 제4 스위칭 소자와, 상기 제3 및 제4 스위칭 소자의 접속점과 상기 중간 단자와의 사이에 접속된 제2 결합 다이오드를 구비하고, 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자를 온 오프 제어하여 상기 교류 출력 단자로부터 3 레벨의 전압을 출력하는 3 레벨 전력 변환 장치에 있어서,

   상기 제1 및 제4 스위칭 소자를 1 세트의 구성 단위로 하는 제1 모듈과,

   상기 제2 및 제3 스위칭 소자를 1 세트의 구성 단위로 하는 제2 모듈과,

   상기 제1 결합 다이오드를 포함하는 제3 모듈과,

   상기 제2 결합 다이오드를 포함하는 제4 모듈을 구비하고,

   상기 교류 출력 단자에 가까운 위치로부터, 상기 제2 모듈, 제4 모듈, 제3 모듈, 제1 모듈을 순차적으로 일렬로 배치함과 아울러,

   이러한 일렬로 배치된 모듈 상에 상기 각 모듈을 구성하는 스위칭 소자 사이의 접속을 실행하는 평판 형상의 배선판을 마련하고,

   이 배선판의 반 모듈 측에, 상기 스위칭 소자에 병렬 접속된 스너버(snubber) 회로를 포함하는 스너버 유닛을 겹쳐 쌓아 입체적으로 배치하고,

   상기 제1 및 제2 결합 다이오드에 각각 병렬 접속된 분압용 저항을 상기 제1 내지 제4 모듈의 측면에 마련된 절연판 상에 배치하는 것을 특징으로 하는 3 레벨 전력 변환 장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 직류 전압원은 컨덴서이고,

   상기 3 레벨 전력 변환 장치는 상기 제1 내지 제4 모듈에 공통인 냉각기를 구비하고,

   그 위에 일렬로 배치된 상기 제1 내지 제4 모듈과, 상기 평판 형상의 배선판과, 상기 스너버 유닛과, 상기 컨덴서가 순차적으로 겹쳐 쌓아진 배치를 포함하는 것을 특징으로 하는 3 레벨 전력 변환 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   순차적으로 일렬로 배치된 상기 제2 모듈, 제4 모듈, 제3 모듈, 제1 모듈의 냉각기에, 그들의 배치 방향을 따라서 공통의 히트 파이프(heat pipe)를 마련한 것을 특징으로 하는 3 레벨 전력 변환 장치.
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