CN104218821B - 逆变器装置以及电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

提供逆变器装置以及电动机驱动装置。本发明的逆变器装置与多个相的个数相应地具备高压侧的开关元件、低压侧的开关元件以及使开关元件分别接通/断开的高耐压栅极驱动器。另外，本逆变器装置将电容器用作高耐压栅极驱动器的高压侧的电源。并且，本逆变器装置针对每个相具有分别连接电容器的两端的连接端子。而且，本逆变器装置使第一电容器的两个连接端子相互邻接地配置，并且配置成以该第一电容器的两个连接端子为中心使其它电容器的两个连接端子依次与外侧邻接。

Description

逆变器装置以及电动机驱动装置

技术领域

本发明涉及一种逆变器装置以及以该逆变器装置为结构要素的电动机驱动装置。

背景技术

驱动无刷电动机的电动机驱动装置一般以逆变器、控制部为主要结构，其中，该逆变器包括从直流电源向多个相的绕组供给电力的多个开关元件以及进行开关元件的接通/断开控制的多个高耐压栅极驱动器(以下适当地称为栅极驱动器)，该控制部向栅极驱动器输入控制信号。

近年来，作为这样的逆变器，在电动机驱动装置中多用如下逆变器：将开关元件和栅极驱动器一体化所得的逆变器装置；将开关元件和栅极驱动器和控制部一体化所得的逆变器装置。通过这样的一体化，能够简单且廉价地构成安装了逆变器装置的印刷电路板。例如，作为现有例子，在以下的非专利文献1中提出了作为逆变器装置发挥功能的功率模块。

非专利文献1：Integrated Power Module for Small Appliance Motor Dr iveApplications(型号IRSM836-035MA),[online],February3,2013,Interna tionalRectifier,[2013年5月28日检索],因特网<URL:http://www.irf-japan.co m/whats-new/news12/jp120516.html>

图5是表示三相电动机的现有的电动机驱动装置94的电路结构的框图。电动机驱动装置94以逆变器装置95、控制部30以及电源用的电容器7～9为主要部件而构成，驱动电动机10，其中，该逆变器装置95具备开关元件34～39和栅极驱动器31～33。

电动机驱动装置94上连接有用于向开关元件34～39施加直流电力的直流电源VDC以及针对栅极驱动器31～33、控制部30的直流电源VCC。

另外，在图5所示的电路结构中，采用了自举(bootstrap)方式。即，向栅极驱动器31～33供给利用自举用的电容器7～9产生的高压侧的浮动电源。

电容器7被连接在逆变器装置95的端子4与端子1之间。在此，端子4连接于栅极驱动器31。另外，端子1连接于栅极驱动器31与开关元件34与开关元件37的连接点。另外，输出端子13连接于端子1。

电容器8被连接在逆变器装置95的端子5与兼作电容器连接端子的输出端子14之间。在此，端子5连接于栅极驱动器32。另外，输出端子14连接于栅极驱动器32与开关元件35与开关元件38的连接点。

电容器9被连接在逆变器装置95的端子6与兼作电容器连接端子的输出端子15之间。在此，端子6连接于栅极驱动器33。另外，输出端子15连接于栅极驱动器33与开关元件36与开关元件39的连接点。

栅极驱动器31～33从控制部30分别被输入控制信号，向对应的开关元件34～49分别输出控制信号，进行开关元件34～39的接通/断开。

由此，从直流电源VDC经由逆变器装置95的正的电源端子16和负的电源端子46向开关元件34～39施加直流电力。然后，按照开关元件34～39的接通/断开，经由输出端子13、输出端子14以及输出端子15向三相的电动机100供给电力。在此，接地端子17连接于作为栅极驱动器31～33的接地端子的地GND。

图6是表示作为实际的电路部件即功率模块而具体实现与图5对应的现有的逆变器装置95的一个结构例的图。在图6中示出逆变器装置95的端子配置的平面图以及将逆变器装置95安装在印刷电路板300时的导电性印刷图案(以下适当地简称为图案)的连接图。在图6所示的逆变器装置95中，栅极驱动器31～33和开关元件34～39作为实际动作的逆变器电路而容纳在模块内。另外，如图6所示，逆变器装置95在具有外形的边951～954的四角形状的封装体内内置有逆变器电路，经由配置在封装体背面的端子部分而与图案进行电连接。具体地说，在边952中配置有作为直流电源VDC的正侧的电源端子的端子16以及作为负侧的电源端子的端子46。而且，在端子16上连接图案22，在端子46上连接图案18。另外，在边953中配置有作为输出端子的端子13、14、15。而且，在端子13上连接图案19，在端子14上连接图案20，在端子15上连接图案21。另外，在封装体的边954的近处配置有作为地GND的端子17。

在此，在边951中，连接电容器7的端子4和端子1相互邻接地配置，与端子4邻接地配置连接电容器8的端子5，与端子5邻接地配置连接电容器9的端子6。

另一方面，如上所述，用于连接电容器8和电容器9的另一个连接端子是输出端子14和输出端子15，被配置在边953。因此，当想要用图案11来连接电容器8时，与图案18、21、22交叉。另外，同样地，当想要用图案12来连接电容器9时，与图案18、22交叉。因此，需要设置VIA孔(过孔)、跳线等基板正反连接单元27，以避免图案的交叉地进行连接。因此，无法在同一平面上进行电连接，印刷电路板的布线层需要两层以上。

相反，在同一平面上将连接电容8、电容9的图案11、12连接起来的情况下，需要设置针对图案18、21、22的基板正反连接单元27以避免图案的交叉，同样地，基板布线层需要两层。

另外，为了在同一平面上进行布线，还有通过逆变器装置95的背面将图案11、12连接起来的方法，但是图案11、12是高电压，难以在保持图案11与图案12之间的绝缘距离、与逆变器装置95的其它端子之间的绝缘距离的同时进行连接。

包括现有的逆变器装置的电动机驱动装置为如以上那样的结构，由于连接自举用的电容器的两侧的连接端子的端子配置的限制，印刷电路板上的导电性印刷图案在同一平面上交叉。因此，在使用现有的逆变器装置的情况下，印刷电路板的布线层需要两层以上，导致成本提高。

发明内容

本发明的逆变器装置与多个相的个数相应地具备高压侧的开关元件、低压侧的开关元件以及使开关元件分别接通/断开的高耐压栅极驱动器。另外，本逆变器装置将电容器用作高耐压栅极驱动器的高压侧的电源。并且，本逆变器装置针对每个相具有分别连接电容器的两端的连接端子。而且，本逆变器装置使第一电容器的两个连接端子相互邻接地配置，并且配置成以该第一电容器的两个连接端子为中心使其它电容器的两个连接端子依次与外侧邻接。

另外，本发明的电动机驱动装置具备这样的逆变器装置。

由此，能够提供一种能够降低印刷电路板的布线层的逆变器装置以及具备它的电动机驱动装置。这样，根据本发明的逆变器装置，能够使印刷电路板的布线层为一层，能够廉价地构成逆变器装置和具备它的电动机驱动装置。

附图说明

图1是表示包括本发明的实施方式的逆变器装置的电动机驱动装置的电路结构的框图。

图2是用于说明本发明的实施方式的逆变器装置的浮动电源的框图。

图3是表示作为功率模块而具体实现本发明的实施方式的逆变器装置的一个结构例的图。

图4是表示作为功率模块而具体实现本发明的实施方式的逆变器装置的其它结构例的图。

图5是表示现有的电动机驱动装置的电路结构的框图。

图6是表示作为功率模块而具体实现现有的逆变器装置的一个结构例的图。

具体实施方式

以下，使用附图来说明本发明的实施方式。

(实施方式)

图1是表示包括本发明的实施方式的逆变器装置43的电动机驱动装置44的电路结构的框图。在本实施方式中，构成为使用自举方式进行电动机驱动，如图1所示，电动机驱动装置44具备逆变器装置43、控制部30以及电容器7、8、9。并且，逆变器装置43具备高耐压栅极驱动器(以下适当地称为栅极驱动器)31、32、33以及开关元件34、35、36、37、38、39。另外，电动机驱动装置44上连接有直流电源VDC和直流电源VCC。直流电源VDC供给用于向开关元件34、35、36、37、38、39施加的直流电力。另外，直流电源VCC供给用于使栅极驱动器31、32、33、控制部30动作的直流电力。在此，直流电源VDC为了供给用于驱动电动机的电力，与直流电源VCC相比是高电压、高功率。而且，从电动机驱动装置44输出用于对多相的电动机的绕组进行通电驱动的驱动电力，由此，驱动作为无刷电动机的电动机100。此外，在本实施方式中，列举以U相、V相、W相这三相作为多个相的个数来驱动绕组的一例。

在电动机驱动装置44中，控制部30输出控制信号，控制栅极驱动器31、32、33。栅极驱动器31、32、33分别根据来自控制部30的控制信号，生成用于对开关元件进行接通/断开控制的栅极信号，并向开关元件34、35、36、37、38、39的规定的元件的栅极供给。由此，开关元件34、35、36、37、38、39将来自直流电源VDC的电力按照规定的定时接通/断开地供给至电动机100。

另外，本实施方式中的逆变器装置43为使开关元件34、35、36、37、38、39和栅极驱动器31、32、33一体化所得的模块的结构，谋求逆变器的小型化。作为这样的模块，在本实施方式中列举以下的功率模块的例子进行说明：用树脂等对作为开关元件34、35、36、37、38、39的晶体管、作为栅极驱动器31、32、33的驱动器IC进行一体化成形，将逆变器功能容纳在一个封装体中。

逆变器装置43这样被模块化为一个封装体，为了进行与外部的连接而具有被称为引脚、连接盘的多个端子。

在图1中，端子16是连接直流电源VDC的正侧的正的电源端子。另外，端子46是连接直流电源VDC的负侧的负的电源端子。由此，从直流电源VDC经由正侧的端子16和负侧的端子46向开关元件34、35、36、37、38、39施加直流电力。

另外，端子13、14、15是输出三相输出的输出端子，通过从这些端子输出的电力来驱动电动机100。并且，端子23是连接直流电源VCC的正侧的正的电源端子，与供给栅极驱动器31、32、33、控制部30的动作电力的电源线Vc连接。另外，端子17是连接直流电源VCC的负侧的负的电源端子，与作为与电源线Vc对应的地GND的接地线连接。此外，端子46上连接有用于检测电流的电阻器R1，端子46经由电阻器R1而与地GND连接。

并且，逆变器装置43针对作为第一电容器的电容器7、作为第二电容器的电容器8以及作为第三电容器的电容器9的每个相，具有分别连接各电容器的两端的连接端子。

在本实施方式中，具有：与电容器7的一端连接的正侧连接端子4及与电容器7的另一端连接的负侧连接端子1；与电容器8的一端连接的正侧连接端子5及与电容器8的另一端连接的负侧连接端子2；以及与电容器9的一端连接的正侧连接端子6及与电容器9的另一端连接的负侧连接端子3。在此，正侧连接端子是正侧的连接端子，是连接电容器的一个连接端子。另外，负侧连接端子是负侧的连接端子，是连接电容器的另一个连接端子。

这些电容器7、8、9是基于自举方式的自举用的电容器，利用电容器7、8、9生成与开关元件34、35、36对应的作为高压侧的浮动电源的电源电压。图2是用于说明这样的浮动电源的框图。在图2中，列举将栅极驱动器31、高压侧的开关元件34、低压侧的开关元件37以及电容器7组合所得的结构例进行说明。如图2所示，高压侧的开关元件34与直流电源VDC的正侧连接，低压侧的开关元件37与直流电源VDC的负侧连接。另外，开关元件34和开关元件37的不与电源连接的一侧相互连接，成为驱动输出Uo。而且，为了对开关元件34和开关元件37进行接通/断开控制，从栅极驱动器31分别对它们供给栅极信号Gp和栅极信号Gn。通过该结构，从直流电源VDC经由接通的开关元件，进一步从作为驱动输出Uo的端子13向电动机绕组供给驱动电力。

另外，栅极驱动器31具有与供给动作电力的电源输入Vcc连接的二极管D1。二极管D1的阴极k侧在栅极驱动器31内与高压侧的电源连接，还与逆变器装置43的正侧连接端子4连接。另一方面，逆变器装置43的负侧连接端子1与驱动输出Uo连接。而且，如上所述，在正侧连接端子4和负侧连接端子1上连接电容器7。通过这样的结构，在低压侧的开关元件37接通时，从向电源输入Vcc供给的直流电源VCC经由二极管D1流过电流而对电容器7进行充电。另外，在开关元件37断开时，充入电容器7的电荷作为栅极驱动器31内的高压侧的电源而供给。该结构是基于自举方式的结构，电容器7作为自举用而发挥功能，成为高压侧的浮动电源。此外，栅极驱动器32与开关元件35、38与电容器8的组合以及栅极驱动器33与开关元件36、39与电容器9的组合也同样。

接着，说明使用实际的电路部件具体实现包括逆变器装置43的电动机驱动装置44的一个结构例。

图3是表示作为功率模块而具体实现与图1对应的逆变器装置43的一个结构例的图。在图3中示出逆变器装置43的端子配置的平面图以及将逆变器装置43安装在印刷电路板200时的导电性印刷图案(以下适当地简称为图案)的连接图。在图3所示的逆变器装置43中，栅极驱动器31、32、33和开关元件34、35、36、37、38、39作为实际动作的逆变器电路而容纳在模块内。另外，如图3所示，逆变器装置43在具有外形的边431～434的四角形状的封装体内内置有逆变器电路，经由配置在封装体背面的各端子并通过各导电性印刷图案进行电连接。此外，虽然没有图示，但在边434中配置有输入来自控制部30的控制信号的端子等，这些端子也同样通过图案进行电连接。

如图3所示，在逆变器装置43的封装体的边432中配置有作为直流电源VDC的正侧的电源端子的端子16以及作为负侧的电源端子的端子46。而且，端子16上连接图案22，端子46上连接图案18。

在封装体的边433中配置有作为输出端子的端子13、14、15。而且，端子13上连接图案19，端子14上连接图案20，端子15上连接图案21。

在封装体的边434的近处配置有作为地GND的端子17。

另外，在封装体的边431中，连接电容器7的正侧连接端子4和负侧连接端子1相互邻接地配置。另外，与正侧连接端子4邻接地配置连接电容器8的正侧连接端子5。更具体地说，相对于正侧连接端子4，与负侧连接端子1的相反侧邻接地配置正侧连接端子5。

另外，与正侧连接端子5邻接地配置连接电容器9的正侧连接端子6。更具体地说，相对于正侧连接端子5，与正侧连接端子4的相反侧邻接地配置正侧连接端子6。

并且，在本实施方式中，新设置连接电容器8的负侧连接端子2，并且在封装体的边431中与负侧连接端子1邻接地配置该负侧连接端子2。更具体地说，相对于负侧连接端子1，与正侧连接端子4的相反侧邻接地配置负侧连接端子2。

并且，新设置连接电容器9的负侧连接端子3，并且在封装体的边431中与负侧连接端子2邻接地配置该负侧连接端子3。更具体地说，相对于负侧连接端子2，与负侧连接端子1的相反侧邻接地配置负侧连接端子3。

通过如上述那样配置连接电容器8和电容器9的负侧连接端子2和负侧连接端子3，进行与逆变器装置43的电接合的图案10、11、12与图案18、19、20、21、22不会在同一平面上交叉。因此，能够使具体实现电动机驱动装置44的基板200的布线层为一层，能够构成使印刷电路板廉价的电动机驱动装置。

此外，以上是三相逆变器时的例子，但在多相逆变器中，也将第一电容器的正侧连接端子和负侧连接端子相互邻接地配置，与第一电容器的正侧连接端子邻接地配置第二电容器的正侧连接端子，与第二电容器的正侧连接端子邻接地配置第三电容器的正侧连接端子，以这种方式依次与外侧邻接地进行配置。另一方面，与第一电容器的负侧连接端子邻接地配置第二电容器的负侧连接端子，与第二电容器的负侧连接端子邻接地配置第三电容器的负侧连接端子，以这种方式依次与外侧邻接地进行配置。即，使第一电容器的正侧连接端子和负侧连接端子相互邻接地配置，并且配置成以第一电容器的两个连接端子为中心使其它电容器的两个连接端子依次与外侧邻接。

通过设为这样的结构，能够通过与其它图案没有交叉的导电性印刷图案来将逆变器装置的电容器的正侧连接端子和负侧连接端子进行电连接，能够使印刷电路板的布线层为一层，能够构成使基板廉价的电动机驱动装置。

另外，如以上那样，列举配置成以第一电容器的两个连接端子为中心使其它电容器的两个连接端子依次与外侧邻接的例子进行了说明，但也可以为如下结构。即，在将电容器用作高耐压栅极驱动器的高压侧的电源的如上所述的逆变器装置中，也可以设为如下结构：针对每个相具有分别连接电容器的两端的连接端子，使各相的电容器的两个连接端子成对地按顺序沿一个方向配置。图4是表示这样的结构例的图。如图4所示，在封装体的边431中，连接电容器7的正侧连接端子4和负侧连接端子1的对相互邻接地配置。而且，接着配置连接电容器8的正侧连接端子5和负侧连接端子2的对，接着配置连接电容器9的正侧连接端子6和负侧连接端子3的对，这样按顺序沿一个方向配置各对。通过设为这样的结构，也能够通过与其它图案没有交叉的导电性印刷图案来将逆变器装置的电容器的正侧连接端子和负侧连接端子进行电连接，能够使印刷电路板的布线层为一层，能够构成使基板廉价的电动机驱动装置。

如以上那样，本发明所涉及的逆变器装置和具备该逆变器装置的电动机驱动装置能够使安装逆变器装置的印刷电路板廉价，因此对于搭载逆变器的各种设备的低成本化有用。

Claims (5)

1.一种逆变器装置，其针对多个相中的每个相具备高压侧的开关元件、低压侧的开关元件以及使上述开关元件分别接通/断开的高耐压栅极驱动器，将电容器用作上述高耐压栅极驱动器的高压侧的电源，该逆变器装置的特征在于，

针对每个上述相具有分别连接上述电容器的两端的连接端子，

使第一电容器的两个连接端子相互邻接地配置，并且配置成以上述第一电容器的两个连接端子为中心使其它电容器的两个连接端子依次与外侧邻接。

2.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，

与上述第一电容器的一个连接端子邻接地配置第二电容器的一个连接端子，与上述第二电容器的一个连接端子邻接地配置第三电容器的一个连接端子，与上述第一电容器的另一个连接端子邻接地配置上述第二电容器的另一个连接端子，与上述第二电容器的另一个连接端子邻接地配置上述第三电容器的另一个连接端子。

3.根据权利要求1或2所述的逆变器装置，其特征在于，

在具有边的封装体内内置上述开关元件和上述高耐压栅极驱动器，

在上述封装体的外形的一边上设置各上述相的电容器的连接端子的全部。

4.一种逆变器装置，其针对多个相中的每个相具备高压侧的开关元件、低压侧的开关元件以及使上述开关元件分别接通/断开的高耐压栅极驱动器，将电容器用作上述高耐压栅极驱动器的高压侧的电源，该逆变器装置的特征在于，

针对每个上述相具有分别连接上述电容器的两端的连接端子，

使各相的上述电容器的两个连接端子成对地按顺序沿一个方向配置。

5.一种电动机驱动装置，其特征在于，具备根据权利要求1～4中的任一项所述的逆变器装置。