CN104541592B - 智能模块 - Google Patents

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Abstract

在至少具有开关元件模块、驱动开关元件的驱动电路、控制运算电路、通信电路以及基板用电源电路的智能模块中具备：共通部(100A)，其是将印刷电路板(120，130)与开关元件模块(110)形成为一体而得到的，在该印刷电路板(120，130)上安装有包括驱动电路、控制运算电路以及通信电路的电路部件(121，131)；以及定制部(200)，其与该共通部(100A)相分离，并且根据客户规格而在印刷电路板(210)上安装有包括基板用电源电路的电路部件(211)。由此，提供使包括基本结构要素的共通部和与客户规格相应的定制部相分离使得能够提高通用性、量产性来降低成本的智能模块。

Description

智能模块
技术领域
本发明涉及一种例如对电动汽车、混合动力汽车等的车辆驱动用电动机进行控制的智能模块(Intelligent Module)，该智能模块是将由半导体开关元件构成的电力转换电路、驱动上述开关元件的驱动电路、控制该驱动电路的控制运算电路等一体化而成的。
背景技术
以往，作为这种智能模块(智能功率模块(Intelligent Power Module)：也称为IPM)，例如已知专利文献1、专利文献2所记载的智能模块。
即，在专利文献1中记载了如下一种电动机驱动逆变器用IPM，该电动机驱动逆变器用IPM是将构成三相逆变器的IGBT及其驱动电路、分流电阻、保护电路、连接器等一体地嵌入到印刷电路板上而成的。
另外，在专利文献2中记载了如下一种功率模块，该功率模块是将安装有电力转换电路的散热板与配置于电力转换电路的上方的电路基板一体地收纳于外围壳体而成的，其中，在该电路基板上安装有驱动电路、基板用电源电路(控制电源电路)、通信电路、温度检测电路、电流/电压检测电路、I/O(输入/输出)电路、连接器等。
并且，在专利文献3中记载了如下一种逆变器控制装置：利用安装有逆变器用的功率半导体元件等的第一基板和安装有微型计算机、基板用电源电路、通信电路、温度检测器、电流/电压检测器等的第二基板来构成功率模块，并且与该功率模块相分离地构成具备信号连接端子和输入输出接口部的I/O块部，在上述通信电路与I/O块部之间针对各种指令、检测值进行串行通信。
专利文献1：日本特开2003-9509号公报(段落[0003]、[0004]，图7等)
专利文献2：日本特开2009-219274号公报(段落[0037]～[0041]，图8～图10等)
专利文献3：日本专利第3332810号公报(权利要求1、3、4，段落[0012]～[0018]、[0051]～[0058]，图1～图4等)
发明内容
发明要解决的问题
根据专利文献1～3可以明确的是，在以往的智能模块中，一般是将电力转换电路、驱动电路、基板用电源电路、控制运算电路、保护电路、通信电路、温度检测电路、I/O电路、连接器等安装在单个或多个印刷电路板上并使其整体一体化。
但是，根据客户不同，有时要将基板用电源电路安装于与模块相分开的基板上，或者有时基板用电源电路的冷却方式不同或要将该电源电路作为其它电力转换电路用的电源来共用，并且，连接于智能模块的I/O电路的种类、数量也不一样，因此难以标准地将基板用电源电路、I/O电路、连接器等嵌入到模块内。
因而，存在以下问题，不得不根据每个客户的要求规格来使智能模块的结构不同，从结果来说，在智能模块的量产性上欠缺而导致成本高。
此外，根据专利文献3所涉及的以往技术，具有以下优点等：能够构成可支持多个种类的I/O块部的功率模块，而且，能够通过在功率模块与I/O块部之间进行串行通信来简化布线。然而，在该以往技术中，基板用电源电路、连接器等是安装于功率模块的，因此在它们的规格根据客户而不同的情况下功率模块的结构也不同，仍未解决量产性、成本的问题。
因此，本发明要解决的问题在于，以使包括大量客户之间共通的基本结构要素的共通部和与客户规格相应的定制部相分离的方式构成智能模块，由此使得能够提高通用性、量产性来降低成本。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，第一方案所涉及的发明是一种智能模块，该智能模块至少具有：开关元件模块，其包括构成电力转换电路的半导体开关元件；驱动电路，其用于驱动上述开关元件；控制运算电路，其用于控制上述驱动电路；通信电路；以及基板用电源电路，该智能模块具备：
共通部，其是将单个或多个印刷电路板与上述开关元件模块形成为一体而得到的，在上述印刷电路板上安装有包括上述驱动电路、上述控制运算电路以及上述通信电路的电路部件；以及
定制(customize)部，其与上述共通部相分离，并且根据客户规格而在印刷电路板上安装有包括上述基板用电源电路的电路部件。
第二方案所涉及的发明如下：在第一方案所记载的智能模块中，利用绝缘性树脂来一体地模制出上述共通部。
第三方案所涉及的发明如下：在第一方案或第二方案所记载的智能模块中，利用串行通信来进行上述共通部与上述定制部之间的信号的发送接收。
第四方案所涉及的发明如下：在第三方案所记载的智能模块中，上述定制部具备输入输出电路，该输入输出电路具备多个输入输出端子，其中，利用上述共通部所具备的CPU与上述输入输出电路之间的串行通信来进行上述CPU与上述定制部所具备的多个输入输出端子之间的信号的发送接收。
发明的效果
根据第一方案所涉及的发明，使印刷电路板与作为电力转换电路的开关元件模块一体化来构成共通部，该印刷电路板安装有大量客户所能够共用的包括驱动电路、控制运算电路以及通信电路的电路部件，另一方面，将电路结构或配置有可能根据客户规格而不同的包括基板用电源电路等的电路部件作为定制部来使其与上述共通部相分离，由此能够通过量产共通部来降低成本。
根据第二方案所涉及的发明，能够将两者之间的电位差大的开关元件模块和印刷电路板相接近地配置，从而能够使共通部小型化、薄型化。
根据第三方案或第四方案所涉及的发明，能够减少构成共通部内的控制运算电路的CPU等的输入输出引脚端子数，因此能够使用廉价且小型的电路部件。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的概要性结构图。
图2是表示本发明的第二实施方式的概要性结构图。
图3是表示各实施方式中的共通部与定制部的连接状态的图。
具体实施方式
下面，按照附图来说明本发明的实施方式。
图1是本发明的第一实施方式所涉及的智能模块的概要性结构图。在图1中，本实施方式所涉及的智能模块由共通部100A、定制部200以及将这两者连接的基板用电源线301和信号线302构成。
共通部100A具备：开关元件模块110，其包括构成逆变器等电力转换电路的IGBT等半导体开关元件；第一印刷电路板120，其安装有电路部件121、121、…；以及第二印刷电路板130，其同样安装有电路部件131、131、…，其中，这些开关元件模块110、第一印刷电路板120和电路部件121以及第二印刷电路板130和电路部件131是利用绝缘性树脂(未图示)来一体地模制出的。
此外，也可以将用于对开关元件进行水冷或空冷的流体用配管等安装于开关元件模块110。
安装于第一印刷电路板120的电路部件121例如是构成以下电路等的部件：用于使开关元件模块110内的开关元件接通断开的驱动电路(栅极驱动单元，gate drive unit)；用于保护开关元件等免受过热、过电流/过电压伤害的保护电路；温度/电流/电压检测电路(各种传感器类)及其接口电路。另外，安装于第二印刷电路板130的电路部件131例如是构成以下电路等的部件：执行对上述驱动电路、保护电路、后述的通信电路的控制动作的CPU等控制运算电路；用于在与外部之间发送接收各种控制指令、温度/电流/电压等的检测值的通信电路及其接口电路。
另一方面，定制部200具备安装有电路部件211、211、…的印刷电路板210。在此，上述电路部件211是构成以下部分等的部件：用于对该智能模块的各部提供控制电源的基板用电源电路(控制电源电路)；用于使各种输入输出设备(由电力转换电路驱动的负载(电动机)的速度检测器、显示器、警报器等)动作的I/O(输入输出)电路；接口电路；用于连接负载和输入输出设备的连接器。
设置于定制部200的基板用电源电路是基于由客户侧提供的电池等直流电源来生成规定大小的控制电源电压的电路。另外，对于以该基板用电源电路为首的I/O电路、接口电路、连接器等的电路部件211，能够根据客户规格来任意地设计其种类、数量、额定、电路结构、配置等。
此外，向开关元件模块110(电力转换电路)提供的主电源、电力转换电路的主电路电容器(平滑电容器)、继电器等开闭器以及负载也是由客户侧连接的。
另外，在图1中，省略了开关元件模块110、第一印刷电路板120、第二印刷电路板130之间的布线、支承构件等的图示。
接着，图2是表示本发明的第二实施方式的概要性结构图，该实施方式是以下的例子：将第一实施方式中的第一印刷电路板120、第二印刷电路板130集成为一个印刷电路板140，在该印刷电路板140上安装与上述电路部件121、131相当的电路部件，并且与开关元件模块110相结合来构成共通部100B。此外，定制部200的结构与第一实施方式相同。
在此，也省略了开关元件模块110与印刷电路板140之间的布线、支承构件的图示，开关元件模块110、印刷电路板140以及电路部件141也是利用绝缘性树脂(未图示)来一体地模制出的。
根据该实施方式，存在与第一实施方式相比印刷电路板140乃至共通部100B的平面面积变大的可能性，但是印刷电路板的数量少，因此能够实现共通部100B的薄型化。
接着，图3是表示各实施方式中的共通部与定制部的连接状态的图。
例如，对于使用大量的输入输出设备的客户来说，需要将具有大量的输入输出引脚端子的I/O电路安装于定制部。在该情况下，存在以下担忧：若使用具有与上述I/O电路的引脚端子数量相应的数量的输入输出引脚端子的部件来作为安装于共通部的CPU等控制运算电路，则会招致控制运算电路乃至共通部的大型化、成本的上升。
因此，在本发明中，如图3所示，在例如共通部100A(100B)内的印刷电路板130(140)上安装的电路部件131(141)是构成控制运算电路的CPU等、且定制部200的印刷电路板210上安装的电路部件211是I/O电路用的IC等的情况下，利用一对信号线302将两个部件之间连接，利用串行通信来进行相互之间的信号发送接收。此外，在图3中，省略了图1、图2中的基板用电源线301的图示。
通过这样，能够使用引脚端子数量少的部件来作为包括CPU等的电路部件131(141)，从而能够使共通部100A(100B)小型化、降低成本。
另外，如上所述，在各实施方式中，利用绝缘性树脂来一体地模制出共通部100A、100B。在这种智能模块中，有时在开关元件模块110与印刷电路板120、130、140之间存在数百[V]的电位差，若要利用所谓的空气绝缘，则必须确保两者之间的距离为5[m]～6[m]。与此相对，利用绝缘性树脂一体地模制出共通部100A、100B来将开关元件模块110与印刷电路板120、130、140之间树脂密封，由此能够缩短绝缘距离来将各构件相接近地配置，从而能够使共通部100A、100B乃至智能模块整体小型化、薄型化。
附图标记说明
100A、100B：共通部；110：开关元件模块；120、130、140、210：印刷电路板；121、131、141、211：电路部件；200：定制部；301：基板用电源线；302：信号线。

Claims (4)

1.一种智能模块，至少具有：开关元件模块，其包括构成电力转换电路的半导体开关元件；驱动电路，其用于驱动上述开关元件；控制运算电路，其用于控制上述驱动电路；通信电路；以及基板用电源电路，该智能模块的特征在于，具备：
共通部，其是将单个或多个印刷电路板与上述开关元件模块形成为一体而得到的，在上述印刷电路板上安装有包括上述驱动电路、上述控制运算电路以及上述通信电路的电路部件；以及
定制部，其与上述共通部相分离，并且根据客户规格而在印刷电路板上安装有包括上述基板用电源电路的电路部件。
2.根据权利要求1所述的智能模块，其特征在于，
利用绝缘性树脂来一体地模制出上述共通部。
3.根据权利要求1或2所述的智能模块，其特征在于，
利用串行通信来进行上述共通部与上述定制部之间的信号的发送接收。
4.根据权利要求3所述的智能模块，其特征在于，
上述定制部具备输入输出电路，该输入输出电路具备多个输入输出端子，
其中，利用上述共通部所具备的CPU与上述输入输出电路之间的串行通信来进行上述CPU与上述定制部所具备的多个输入输出端子之间的信号的发送接收。
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