CN105745841A - 开关基板 - Google Patents

Abstract

开关基板(10)具备电路结构体(11)、第一半导体开关元件(60A)及第二半导体开关元件(60B)，电路结构体(11)具备：在第一面具备控制电路(22B)、连接电路(22A)、第一安装窗(24A)、第二安装窗(24B)的控制电路基板(20)及配置于控制电路基板(20)的第二面的输入汇流条(30)和输出汇流条(40)，第一半导体开关元件(60A)配置于第一安装窗(24A)的内侧且漏极端子(62)、源极端子(63)、栅极端子(64)分别与输入汇流条(30)、连接电路(22A)、控制电路(22B)连接，第二半导体开关元件(60B)配置于第二安装窗(24B)的内侧且漏极端子(62)、源极端子(63)、栅极端子(64)分别与输出汇流条(40)、连接电路(22A)、控制电路(22B)连接。

Description

开关基板

技术领域

本发明涉及开关基板。

背景技术

近年来，出于提高燃料利用率和对环境的考虑，开发有除了主蓄电池以外还搭载有辅助电源的机动车。例如，将制动时的再生能量蓄积于辅助电源，在行驶时用于向电气安装件供给电力，由此能够减少交流发电机的发电量而提高燃料利用率。另外，在怠速熄火之后的发动机再启动时，通过从辅助电源向启动机进行电力供给，而能够防止主蓄电池的电压的瞬间下降所引起的电气安装件的瞬断或主蓄电池劣化。

有时在主蓄电池与辅助电源之间设置开关基板，该开关基板具有根据行驶、怠速熄火等车辆的动作状态来切换电力的供给方式的功能。

作为开关基板，以往使用了具备应对大电流的机械继电器的基板，但是以小型化、高寿命化、静音化为目的，提出了将机械继电器置换为半导体开关元件。作为半导体开关元件，可设想使用MOSFET(金属氧化膜型电场效应晶体管；Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)等功率半导体(参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2009-146933号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，通常在使用了MOSFET的开关中，在源极-漏极间会生成由pn结产生的寄生二极管。因此，即使切断栅极，电流也会以从源极侧向漏极侧通过该寄生二极管而流动，因此无法完全切断从源极侧向漏极侧的电流的流动。因此，为了能够切断双向的电流，有时以使上述寄生二极管的方向相反的方式串联连接两个MOSFET。

但是，若设计这样的复杂的电路，则开关基板的构造容易变得复杂。

本发明基于上述情况而完成，目的是提供一种在具备主电源和辅助电源的车辆中，配置于主电源与辅助电源之间的简单结构的开关基板。

用于解决课题的方案

本发明涉及一种开关基板，在具备主电源和辅助电源的车辆中配置于上述主电源与上述辅助电源之间，上述开关基板具备：电路结构体及多个半导体开关元件，电路结构体具备控制电路基板、输入汇流条及输出汇流条，上述控制电路基板具备具有第一面及第二面并由绝缘性材料构成的绝缘板、配置于上述绝缘板的上述第一面的导体电路、从上述绝缘板的上述第一面贯通至上述第二面的多个安装窗，上述输入汇流条及输出汇流条相互隔开间隔地配置于上述绝缘板的上述第二面，多个半导体开关元件安装于上述电路结构体且具备漏极端子、源极端子及栅极端子，上述导体电路具备控制电路和配置于上述输入汇流条与上述输出汇流条之间的连接电路，上述多个安装窗中的一部分安装窗是第一安装窗，上述输入汇流条的一部分在上述第一安装窗的内侧露出，上述多个安装窗中的其他安装窗是第二安装窗，上述输出汇流条的一部分在上述第二安装窗的内侧露出，上述多个半导体开关元件中的一部分半导体开关元件是配置于上述第一安装窗的内侧且上述漏极端子与上述输入汇流条的一部分连接、上述源极端子与上述连接电路连接、上述栅极端子与上述控制电路连接的第一半导体开关元件，上述多个半导体开关元件中的其他半导体开关元件是配置于上述第二安装窗的内侧且上述漏极端子与上述输出汇流条的一部分连接、上述源极端子与上述连接电路连接、上述栅极端子与上述控制电路连接的第二半导体开关元件。

根据上述结构，能够简单地对配置于主蓄电池与辅助蓄电池之间的开关基板所需的汇流条和控制电路基板、半导体开关元件进行布置，能够提供简单结构的开关基板。

作为本发明的实施方式而优选的是以下的方式。

可以是，上述输入汇流条在上述输出汇流条一侧的端缘具备：向上述输出汇流条突出的多个第一凸部及配置于相邻的两个上述第一凸部之间并向上述输出汇流条的相反侧凹陷的第一凹部，上述输出汇流条在上述输入汇流条一侧的端缘具备：向上述输入汇流条突出的多个第二凸部及配置于相邻的两个上述第二凸部之间并向上述输入汇流条的相反侧凹陷的第二凹部。

根据上述方式，能够避免在向开关基板施加了未预期的较大的力的情况下，控制电路基板沿着输入汇流条与输出汇流条之间的间隙折断。

发明效果

根据本发明，能够提供一种在具备主电源和辅助电源的车辆中，配置于主电源与辅助电源之间的简单结构的开关装置。

附图说明

图1是实施方式的开关装置的立体图。

图2是实施方式的开关装置的分解立体图。

图3是从汇流条侧观察实施方式的开关基板的立体图。

图4是实施方式的开关基板的俯视图。

图5是图4的区域R内的放大图。

图6是图4的A-A线剖视图。

图7是图6的区域S内的放大图。

图8是表示实施方式的开关装置的电路结构的图。

图9是表示实施方式的电路结构体的制造方法的一例的图。

图10是从汇流条侧观察变形例的开关基板的立体图。

具体实施方式

参照图1～图9，对本发明的实施方式进行说明。

本实施方式的开关装置1在具备主蓄电池90(相当于主电源)和辅助蓄电池91(相当于辅助电源)的车辆中，对从主蓄电池90及辅助蓄电池91向电气安装件92的电力供给进行切换。如图8所示，主蓄电池90与辅助蓄电池91串联配置，向电气安装件92供给电力。开关装置1相对于主蓄电池90及辅助蓄电池91串联地配置在主蓄电池90与辅助蓄电池91之间。

如图1及图2所示，开关装置1具备：开关基板10、收纳该开关基板10的壳体80。开关基板10具备：电路结构体11、搭载于该电路结构体11的六个半导体开关元件60A、60B。电路结构体11具备：控制电路基板20、经由粘接层53而与该控制电路基板20重叠的两个汇流条30、40及隔离板50。

控制电路基板20具有绝缘板21，该绝缘板21具有第一面及第二面且由玻璃基材或玻璃无纺布基材构成。控制电路基板20是在上述绝缘板21的第一面侧具备由导电性材料构成的导体电路22的印制基板。在控制电路基板20的一端部配置有用于将控制电路基板20与外部控制装置(未图示)连接的连接器23。

如图4所示，控制电路基板20具有用于搭载半导体开关元件60A、60B的六个安装窗24A、24B。安装窗24A、24B是从控制电路基板20的第一面(配置有导体电路22的面)贯通至第二面(第一面的相反侧的面)的矩形的开口部，其开口的大小比半导体开关元件60A、60B的外形大一圈。六个安装窗24A、24B中的三个安装窗(第一安装窗24A)排列成一列而构成一组第一安装窗组25A。六个安装窗24A、24B中的其余三个安装窗(第二安装窗24B)排列成一列而构成一组第二安装窗组25B。两组安装窗组25A、25B相互隔开间隔地并列配置。

导体电路22由控制电路22B和连接电路22A构成。控制电路22B具有预定图案，其一端配置于各安装窗24A、24B附近，虽然未详细图示，但是另一端与连接器23具备的端子连接。连接电路22A在控制电路基板20上，与控制电路22B隔开间隔地配置在两组安装窗组25A、25B之间的区域。

两块汇流条30、40中的一块是输入汇流条30，另一块是输出汇流条40。如图3所示，输入汇流条30是由导电性材料(在本实施方式中为铜或铜合金)形成的矩形的厚板。输入汇流条30具备螺栓插通孔31。螺栓插通孔31是从输入汇流条30的一侧的板面贯通至另一侧的板面的贯通孔。与输入汇流条30同样，输出汇流条40也是由导电性材料(在本实施方式中为铜或铜合金)形成的矩形的厚板，且具备螺栓插通孔41。

输入汇流条30与输出汇流条40在控制电路基板20中配置于第二面。输入汇流条30与输出汇流条40相互隔开间隔地配置为与对方侧相向的端面32A、42A相互平行。即，在输入汇流条30与输出汇流条40之间存在由输入汇流条30的端面32A、输出汇流条40的端面42A、绝缘板21的第二面定义的槽26。

输入汇流条30及输出汇流条40的一部分的区域与控制电路基板20重叠，配置有螺栓插通孔31、41的区域偏离控制电路基板20。输入汇流条30的一部分在各第一安装窗24A的内侧露出。输出汇流条40的一部分在各第二安装窗24B的内侧露出。

隔离板50在控制电路基板20中配置在与配置有输入汇流条30及输出汇流条40的面相同的面上。隔离板50具备配置于槽26的内部的隔离部51和分别配置在隔离部51的两端的两个框架部52。隔离部51是细长的长方形的板，配置在输入汇流条30与输出汇流条40之间。两个框架部52是从隔离板50的两端与隔离板50垂直地延伸的部分，隔着输入汇流条30及输出汇流条40地配置。

形成如上所述地构成的电路结构体11的方法例如以下那样(参照图9)。

首先，使汇流条30、40及隔离板50与绝缘板21夹着作为粘接层53的基材的预成型料54而重叠。接下来，对于汇流条30、40及隔离板50、绝缘板21、预成型料54的层叠体进行热加压，使预成型料54固化而粘接汇流条30、40及隔离板50与绝缘板21。另外，构成预成型料54的树脂通过热加压而流动，其一部分进入隔离板50与输入汇流条30的间隙及隔离板50与输出汇流条40的间隙并固化。然后，只要对绝缘板21实施基于钻头的机械加工而形成安装窗24A、24B，并在绝缘板21的表面上形成导体电路22即可。

半导体开关元件60A、60B为功率MOSFET，具备：壳体61、设于该壳体61的漏极端子62、源极端子63及栅极端子64。漏极端子62配置于壳体61的下表面。另外，源极端子63及栅极端子64从壳体61的侧面突出。

六个半导体开关元件60A、60B中的三个半导体开关元件(第一半导体开关元件60A)构成一组第一元件组65A。六个半导体开关元件60A、60B中的其余的三个半导体开关元件(第二半导体开关元件60B)构成一组第二元件组65B。

如图4所示，第一半导体开关元件60A分别配置于第一安装窗24A的内侧。并且，漏极端子62与在第一安装窗24A的内侧露出的输入汇流条30的一部分连接，源极端子63与控制电路基板20上的连接电路22A连接，栅极端子64与控制电路22B连接。同样地，第二半导体开关元件60B分别配置于第二安装窗24B的内侧。并且，漏极端子62与在第二安装窗24B的内侧露出的输出汇流条40的一部分连接，源极端子63与控制电路基板20上的连接电路22A连接，栅极端子64与控制电路22B连接。能够通过例如焊料H进行连接。

通过这样配置，并联连接的三个半导体开关元件60A、60B设为一组，两组半导体开关元件60A、60B串联连接。两组半导体开关元件60A、60B相互背对背(backtoback)地配置。

将多个半导体开关元件60A、60B设为一组是为了应对大电流。即，通过将多个半导体开关元件60A、60B并联连接，能够增大可流过电源电路的电流的总量。

将两组半导体开关元件60A、60B背对背地配置的理由如下。

一般，在使用了MOSFET的开关中，在源极-漏极间生成由pn结产生的寄生二极管。因此，即使切断栅极，电流也会以从源极侧向漏极侧通过该寄生二极管而流动，因此无法切断从源极侧向漏极侧的信号。因此，在辅助蓄电池91的电压高于主蓄电池90时(怠速熄火时等)，尽管开关切断，有时电流也会通过寄生二极管从辅助蓄电池91流入至主蓄电池90。通过以上述寄生二极管的方向相反的方式串联连接两组MOSFET，能够切断双向的电流。

与连接于主蓄电池90的线束70A连接的紧固端子71A通过插通于螺栓插通孔31的电源端子72A(双头螺栓)和拧紧于该电源端子72A的前端的螺母73A而固定于输入汇流条30。另外，与连接于辅助蓄电池91的线束70B连接的紧固端子71B通过插通于螺栓插通孔41的电源端子72B(双头螺栓)和拧紧于该电源端子72B的前端的螺母73B而固定于输出汇流条40。

壳体80具备箱体81和覆盖板82。箱体81是具有比开关基板10的外形大一圈的外形的托盘状的箱体。箱体81将开关基板10的配置有控制电路基板20的面整面地覆盖。覆盖板82是具有与控制电路基板20的外形相等的外形的矩形形状的板。覆盖板82在开关基板10中，叠于配置有控制电路基板20的区域的背侧。箱体81和覆盖板82均由合成树脂形成。

(本实施方式的效果)

根据本实施方式，能够简单地对配置于主蓄电池90与辅助蓄电池91之间的开关基板10所需的汇流条30、40、控制电路基板20及半导体开关元件60A、60B进行布置，能够提供简单结构的开关基板10。

<变形例>

参照图10对本发明的变形例进行说明。本变形例的开关基板101除了输入汇流条110具有第一凸部111A和第一凹部111B、输出汇流条120具有第二凸部121A和第二凹部121B以外，其他与实施方式相同。在开关基板101中，对于与实施方式相同的结构，标注相同的附图标记并省略说明。

输入汇流条110在输出汇流条120侧的端缘111具有向输出汇流条120突出的多个第一凸部111A。多个第一凸部111A以恒定的间距设置。相邻的两个第一凸部111A、111A之间的区域成为向输出汇流条120的相反侧凹陷的第一凹部111B。

输出汇流条120在输入汇流条110侧的端缘121具有向输入汇流条110突出的多个第二凸部121A。多个第二凸部121A以恒定的间距设置。相邻的两个第二凸部121A、121A之间的区域成为向输入汇流条110的相反侧凹陷的第二凹部121B。

多个第一凸部111A与多个第二凸部121A相互错开配置。多个第一凸部111A分别与第二凹部121B相对地配置，突出端位于第二凹部121B内。多个第二凸部121A分别与第一凹部111B相对地配置，突出端位于第一凹部111B内。

根据上述结构，能够避免在向开关基板101施加了未预期的较大的力的情况下，控制电路基板20沿着输入汇流条110与输出汇流条120之间的间隙折断。

<其他实施方式>

本发明不限定于通过上述记述及附图说明的实施方式，例如下面那样的实施方式也包含于本发明的技术范围。

(1)在上述实施方式中，表示了在槽26的内部配置隔离板50的隔离部51的例子，但是也可以例如在粘接控制电路基板20与汇流条30、40之后，使热固性树脂流入槽26并使其固化，由此填埋槽26。

(2)在上述实施方式中，辅助电源为辅助蓄电池91，但是作为辅助电源，可以使用例如二次电池、双电层电容器等蓄电装置。

(3)在上述实施方式中，安装窗24A、24B及半导体开关元件60A、60B将三个设为一组，但是构成一组的半导体开关元件的数量可以为两个或四个以上。同样地，构成一组的安装窗的数量也可以为两个或四个以上。

附图标记说明

10、101：开关基板

11：电路结构体

20：控制电路基板

21：绝缘板

22：导体电路

22A：控制电路

22B：连接电路

24A：第一安装窗

24B：第二安装窗

30、110：输入汇流条

40、120：输出汇流条

60A：第一半导体开关元件

60B：第二半导体开关元件

62：漏极端子

63：源极端子

64：栅极端子

90：主蓄电池(主电源)

91：副蓄电池(辅助电源)

111：端缘

111A：第一凸部

111B：第一凹部

121：端缘

121A：第二凸部

121B：第二凹部

Claims (2)

1.一种开关基板，在具备主电源和辅助电源的车辆中配置于所述主电源与所述辅助电源之间，

所述开关基板具备：

电路结构体，所述电路结构体具备控制电路基板、输入汇流条及输出汇流条，所述控制电路基板具备具有第一面及第二面并由绝缘性材料构成的绝缘板、配置于所述绝缘板的所述第一面的导体电路、从所述绝缘板的所述第一面贯通至所述第二面的多个安装窗，所述输入汇流条及输出汇流条相互隔开间隔地配置于所述绝缘板的所述第二面；及

安装于所述电路结构体且具备漏极端子、源极端子及栅极端子的多个半导体开关元件，

所述导体电路具备控制电路和配置于所述输入汇流条与所述输出汇流条之间的连接电路，

所述多个安装窗中的一部分安装窗是第一安装窗，所述输入汇流条的一部分在所述第一安装窗的内侧露出，所述多个安装窗中的其他安装窗是第二安装窗，所述输出汇流条的一部分在所述第二安装窗的内侧露出，

所述多个半导体开关元件中的一部分半导体开关元件是配置于所述第一安装窗的内侧且所述漏极端子与所述输入汇流条的一部分连接、所述源极端子与所述连接电路连接、所述栅极端子与所述控制电路连接的第一半导体开关元件，所述多个半导体开关元件中的其他半导体开关元件是配置于所述第二安装窗的内侧且所述漏极端子与所述输出汇流条的一部分连接、所述源极端子与所述连接电路连接、所述栅极端子与所述控制电路连接的第二半导体开关元件。

2.根据权利要求1所述的开关基板，其中，

所述输入汇流条在所述输出汇流条一侧的端缘具备：向所述输出汇流条突出的多个第一凸部及配置于相邻的两个所述第一凸部之间并向所述输出汇流条的相反侧凹陷的第一凹部，

所述输出汇流条在所述输入汇流条一侧的端缘具备：向所述输入汇流条突出的多个第二凸部及配置于相邻的两个所述第二凸部之间并向所述输入汇流条的相反侧凹陷的第二凹部。