CN108235785B - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

在电力转换装置(1)中，通过将阳极导线板(8)和阴极导线板(9)在绝缘板(3)的内部相对配置，从而使各自的电流方向相对，使磁场抵消，因此，能够使电感降低。此外，由于阳极导线板(8)和阴极导线板(9)的端部即外部连接端子(13)穿过绝缘板(3)的内部而从绝缘板(3)的下方朝壳体(2)的另一方的空间配置，因此，能够使电容元件(4)与功率半导体模块(16)的配线距离缩短，能够降低电感。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及一种电力转换装置，尤其涉及一种适用于逆变器装置的电力转换装置，上述逆变器装置装设于插电式混合动力车、电动汽车等。
背景技术
用于逆变器装置的电力转换装置由作为开关元件的功率半导体元件、电容器、电抗器及电阻等构成。作为现有的电容器，存在一种将电容元件与电极板一起收纳于壳体内并且填充有树脂的电容器。
例如专利文献1公开的电容器，在上表面开口的壳体收纳有电容元件，与电容元件连接的阳极板和阴极板的主体部以隔着绝缘体重合的状态，配置于壳体的底面部与电容元件之间。此外，阳极板和阴极板的外部连接端子从主体部的端部大致L字形地延伸而从壳体的开口部向外引出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特许第5190638号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
通常，装设有SiC-MOSFET(Metal-oxide-semiconductor field-effettransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等功率半导体元件的功率半导体模块的高度尺寸比电容模块的高度尺寸小。因此，在专利文献1公开的、将功率半导体模块与电容元件配线的情况下，与电容元件连接的阳极板和阴极板从壳体底面朝上方配线而从上表面开口部引出，然后，沿着壳体侧壁面朝下方配线而与功率半导体模块连接。因此，配线距离变长，电感变大。
在采用SiC-MOSFET来使逆变器进行高速开关的情况下，若电感较大，则存在因噪声而导致电子设备发生误操作或者电涌电压超过绝缘耐压而破坏功率半导体模块的问题。此外，由于电容元件的外部连接端子从壳体上表面侧引出，与散热部的距离很长，因此，不能有效地对配线的发热进行冷却。因此，存在因高温动作的功率半导体模块的热效应导致电容模块破坏这样的问题。
本发明鉴于上述技术问题而作，其目的在于提供一种电力转换装置，这种电力转换装置能够使电容元件与其它的电子零件的配线的电感降低，且能够有效地对因电子零件的动作导致的发热进行冷却。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的电力转换装置，包括：壳体，上述壳体具有四个侧壁面和底面，上述壳体的上表面敞开；绝缘板，上述绝缘板与壳体的底面和两个侧壁面抵接，并且将壳体的内部一分为二；作为第一电子零件的电容元件，上述电容元件收纳于壳体的一方的空间；第一封装树脂，上述第一封装树脂将收纳有电容元件的一方的空间密封；以及配线板，上述配线板具有一对电极板和外部连接端子，上述一对电极板与电容元件的一对端子连接，上述外部连接端子用于将电容元件与其它的电子零件连接，配线板的一部分配置于绝缘板的内部，且配线板贯通绝缘板而配置在壳体的另一方的空间，配线板的端部即外部连接端子在另一方的空间与壳体的底面平行地配置。
发明效果
根据本发明的电力转换装置，由于连接于电容元件的配线板将绝缘板贯通而配置于壳体的另一方的空间，并且上述配线板的端部即外部连接端子在另一方的空间与壳体的底面平行地配置，因此，能够使电容元件与其它的电子零件的配线距离变短，能够使配线的电感降低。此外，使外部连接端子与壳体的底面接近且平行地配置，从而能够有效地对因电子零件的动作导致的发热进行冷却。
根据参照附图的以下的本发明的详细说明，可进一步明确本发明的除了上述之外的目的、特征、观点及效果。
附图说明
图1是表示本发明实施方式一的电力转换装置的剖视图。
图2是表示本发明实施方式一的电力转换装置的立体图。
图3是表示本发明实施方式一的电力转换装置的电容器的分解立体图。
图4是表示本发明实施方式一的电力转换装置的阳极导线板和阴极导线板的立体图。
图5是表示本发明实施方式一的电力转换装置的阳极导线板和阴极导线板的立体图。
图6是表示本发明实施方式一的电力转换装置的内部的立体图。
图7是表示本发明实施方式二的电力转换装置的剖视图。
图8是表示本发明实施方式三的电力转换装置的剖视图。
图9是表示本发明实施方式四的电力转换装置的剖视图。
具体实施方式
实施方式一.
以下，根据附图，对本发明实施方式一的电力转换装置进行说明。图1和图2是表示本发明实施方式一的电力转换装置的剖视图和立体图，图3是表示本发明实施方式一的电力转换装置的电容器的分解立体图。另外，在各附图中，对于图中相同、相当部分标注相同符号。
电力转换装置1是如下所述构件：在上表面敞开的箱型的壳体2的内部，收容有绝缘板3、第一电子零件即电容元件4、阳极板6、阴极板7及第二电子零件即功率半导体模块16等，且被第一封装树脂15和第二封装树脂18密封。功率半导体模块16例如装设有MOS-FET、IGBT(Insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极型晶体管)、二极管等功率半导体元件。
如图3所示，壳体2构成为包括底面21和四个侧壁面，上述四个侧壁面包括第一侧壁面22、第二侧壁面23及侧壁面24。壳体2具有散热功能，在壳体2的底面21的下方，具有作为水冷式的冷却器的冷却水管26。另外，冷却器的种类并不限定于此，也可以是空冷式、热管、珀尔帖元件等。此外，壳体2与冷却器可以是不同的零件，也可以一体成型。
绝缘板3与壳体2的底面21和两个侧壁面24抵接。如图3所示，绝缘板3在与壳体2抵接的抵接面具有凸部31，绝缘板3以设于壳体2的槽部25与凸部31卡合的状态固定于壳体2。
另外，凸部31与槽部25也可以相反地设置。即，也可以在绝缘板3的、与壳体2抵接的抵接面设置槽部并且与设于壳体2的凸部卡合。利用上述结构来确保壳体2与绝缘板3之间的密封性。另外，作为确保密封性的其它方法，也可以使用粘接剂、O形环、液体填料等。
在被绝缘板3分隔的壳体2的一方的空间中，收纳有电容元件4，上述一方的空间由第一封装树脂15密封。此外，在另一方的空间中，收纳有功率半导体模块16，上述另一方的空间由第二封装树脂18密封。不过，收纳于另一方的空间的零件并不限定于功率半导体模块16，也可以是其它的电子零件。
对于第一封装树脂15和第二封装树脂18，选择能够在固化炉中一次性进行固化的树脂。作为第一封装树脂15，使用吸湿性低的密封材料，例如环氧树脂、聚氨酯树脂、硅酮等。此外，作为第二封装树脂18，例如使用硅酮类凝胶。
由于功率半导体模块16的高度尺寸比电容元件4的高度尺寸小，因此，形成用于收纳功率半导体模块16的空间的第二侧壁面23的高度尺寸比形成用于收纳电容元件4的空间的第一侧壁面22的高度尺寸小。同样地，第二封装树脂18的高度尺寸形成为比第一封装树脂15的高度尺寸小。
在本发明的电力转换装置中，在实施方式一至实施方式四中同样地，其特征在于，配线板的至少一部分配置于绝缘板3的内部且贯通绝缘板3而配置于壳体2的另一方的空间。另外，配线板包括：一对电极板，上述一对电极板与电容元件4的一对端子连接；一对电极导线板；以及外部连接端子13，上述外部连接端子13用于将电容元件4与其它电子零件连接。
电容元件4是将薄膜层叠而成的层叠型或将薄膜卷绕而成的卷绕型的薄膜电容。不过，电容元件4的种类并不限定于此，也可以使用陶瓷电容、铝电解电容等。在电容元件4的沿着厚度方向的侧面，设有一对端子即电容端子5。电容端子5例如作为金属电极而形成，并且与一对电极板即阳极板6和阴极板7连接。
如图3所示，五个电容元件4以各自的电容端子5相对的方式排列。电容端子5的一方的端子与阳极板6连接，另一方的端子与阴极板7连接。在电容端子5与阳极板6或阴极板7的接合中，使用焊料。另外，电容元件4的数量并不限定于五个，端子的接合方法也并不限定于焊料接合。
阳极板6和阴极板7的端部沿着与电容端子5正交的侧面折弯成L字形，形成为第一端子11。采用焊料将第一端子11与第二端子12接合，上述第二端子12形成于阳极导线板8和阴极导线板9的一方的端部。
图4和图5表示与绝缘板3一体成型前的阳极导线板8和阴极导线板9。图5是从背面侧观察图4所示的阳极导线板8和阴极导线板9的图。阳极导线板8和阴极导线板9在绝缘板3的内部空开大约2mm间隔地相对配置。
作为树脂成型品的绝缘板3可以通过嵌件成型来制造。即，将阳极导线板8和阴极导线板9安装于成型模具，在阳极导线板8和阴极导线板9周围注入熔融树脂并进行固化从而形成绝缘板3。此外，在本实施方式一中，绝缘板3与端子支承部14一体成型，上述端子支承部14对外部连接端子13进行支承。藉此，能够减少零件个数，从而使组装变得容易。
阳极导线板8的一方的端部形成有第二端子12，并且与阳极板6的端部即第一端子11接合。同样地，阴极导线板9的一方的端部形成有第二端子12，并且与阴极板7的端部即第一端子11接合。此外，阳极导线板8的另一方的端部形成有阳极侧的外部连接端子13，阴极导线板9的另一方的端部形成有阴极侧的外部连接端子13。
图6表示树脂密封前的电力转换装置1的内部。用于将电容元件4与功率半导体模块16连接的外部连接端子13穿过绝缘板3的内部而从绝缘板3的下部朝壳体2的另一方的空间引出，并且与壳体2的底面21大致平行地配置。接着，外部连接端子13与功率半导体模块16的端子17接合，上述功率半导体模块16的端子17同样与壳体2的底面21大致平行地配置。
另外，虽未图示，但阳极板6和阴极板7也可以构成为具有一对端子部，这一对端子部从壳体2的上表面开口部突出。具体而言，使阳极导线板8和阴极导线板9的端部从壳体2的上表面开口部突出，从而能够与第三电子设备、例如电抗器连接。利用这种结构，能够与多个电子设备配线，并能提高配线自由度。
另外，虽然在本实施方式一中，是使用阳极导线板8和阴极导线板9来进行配线，但是能够通过将阳极导线板8和阴极导线板9与阳极板6或阴极板7一体化，来减少零件个数。不过，通过将阳极导线板8和阴极导线板9设为不同的零件，能够对电容元件4与阳极板6和阴极板7的尺寸公差进行吸收，且能够消除焊料接合部的残余应力。
在电力转换装置1中，为了抑制噪声的产生、减小功率半导体元件在开关时产生的电涌电压，需要降低电容元件4与功率半导体模块16的配线的电感。为了降低电感，使阳极板6(或阳极导线板8)与阴极板7(或阴极导线板9)彼此平行地面对且使配线距离缩短的方法是有效的。
根据本实施方式一，通过将阳极导线板8和阴极导线板9在绝缘板3的内部相对配置，能使各自的电流方向相对，使磁场抵消，因此，能够使配线的电感降低。此外，由于阳极导线板8和阴极导线板9的端部即外部连接端子13穿过绝缘板3的内部而配置于壳体2的另一方的空间，因此，能够使电容元件4与功率半导体模块16的配线距离缩短，能够实现低的电感。
因此，本实施方式一的电力转换装置1能够使噪声降低，能够防止因噪声引起的电子设备的误操作、功率半导体模块16的破坏等，从而能够使装设有SiC-MOSFET的功率半导体模块16进行高速的开关。
此外，由于外部连接端子13与具有散热功能的壳体2的底面21平行地靠近配置，因此，能够得到充分的散热效果，能够高效地对因阳极导线板8和阴极导线板9中大电流流动导致的发热进行冷却。此外，能够对因功率半导体模块16的发热引起的对电容元件4的热干扰进行抑制。特别地，能够防止进行高温动作的SiC-MOSFET的热传导至电容元件4，防止电容元件4被热破坏。
此外，利用绝缘板3将壳体2的内部分隔，在一方的空间收纳电容元件4，在另一方的空间收纳功率半导体模块16，从而使第二封装树脂18的高度尺寸比第一封装树脂15的高度尺寸小，因此，具有电力转换装置1的小型化和轻量化、因封装树脂的减少使得材料费用减少、提高散热性等效果。
实施方式二.
图7是表示本发明实施方式二的电力转换装置的剖视图。在上述实施方式一中，作为绝缘板3使用树脂成型品，但是在本实施方式二的电力转换装置1A中，作为绝缘板3A使用印刷基板。此外，对外部连接端子13进行支承的端子支承部14A构成为与绝缘板3A不同的零件。对于上述以外的结构，由于与上述实施方式一相同，因此，省略说明。
在本实施方式二中，作为绝缘板3A使用印刷基板，因此，除了电容元件4之外，还能够安装构成放电电阻、缓冲电路、滤波器电路等电路所需的小零件。此外，利用第一封装树脂15将上述零件密封，从而能够进行有效的冷却。
由于不需要另外设置供小零件安装的印刷基板，因此，能够使电力转换装置1A小型化。此外，由于能够将需要与功率半导体元件靠近配置的缓冲电路安装于绝缘板3A，因此，对于降低功率半导体模块16动作过程中的电涌电压是有效的。根据本实施方式二，能够得到除了与上述实施方式一相同的效果之外、可以更有效地进行冷却和更小型化的电力转换装置1A。
实施方式三.
图8是表示本发明实施方式三的电力转换装置的剖视图。在上述实施方式一中，阳极导线板8和阴极导线板9在绝缘板3的内部相对配置，但是在本实施方式三中，电力转换装置1B的阳极导线板8和阴极导线板9隔着绝缘体相对配置于电容元件4的下表面与壳体2的底面21之间。另外，虽然在图8所示的示例中，绝缘体是第一封装树脂15，但是也存在隔着绝缘纸的方法。
用于将电容元件4与功率半导体模块16连接的外部连接端子13贯通绝缘板3而从绝缘板3的下部朝壳体2的另一方的空间引出，并且与壳体2的底面21大致平行地配置。对于上述以外的结构，由于与上述实施方式一相同，因此，省略说明。
电力转换装置1B的电容元件4的排列方向与上述实施方式一相同，以各自的电容端子5相对的方式排列(参照图3)。电容端子5的一方的端子与阳极板6连接，另一方的端子与阴极板7连接。在电容端子5与阳极板6或与阴极板7的接合中，使用焊料。
不过，在本实施方式三中，阳极板6和阴极板7的端部沿着与电容端子5正交的电容元件4的下表面折弯成L字形，形成为第一端子11。采用焊料将第一端子11与第二端子12接合，上述第二端子12是阳极导线板8和阴极导线板9的一方的端部。
阳极导线板8和阴极导线板9在电容元件4的下表面空开大约2mm间隔地相对配置，此外，阳极导线板8和阴极导线板9将绝缘板3贯通并且朝功率半导体模块16直线地进行配线。这样，由于阳极导线板8和阴极导线板9的大部分沿着壳体2的底面21进行配线，因此，能够进行有效的冷却。根据本实施方式三，能够得到除了与上述实施方式一相同的效果之外、还可以更有效地进行冷却的电力转换装置1B。
实施方式四.
图9是表示本发明实施方式四的电力转换装置的剖视图。本实施方式四的电力转换装置1C的阳极导线板8配置于电容元件4的下表面，阴极导线板9配置于电容元件的上表面。不过，也可以相反地，将阴极导线板9配置于电容元件4的下表面，将阳极导线板8配置于电容元件4的上表面。
电力转换装置1C的电容元件4的排列方向与上述实施方式一不同，将图3所示的电容元件4旋转90度，以电容端子5处于上下方向的方式排列。因此，一方的电容端子5与壳体2的底面21面对。电容端子5的一方的端子与阳极板6连接，另一方的端子与阴极板7连接。
配置于电容元件4的下表面的阳极导线板8保持原样地贯通绝缘板3并且朝功率半导体模块16直线地进行配线。此外，配置于电容元件4的上表面的阴极导线板9穿过绝缘板3的内部而到达绝缘板3的下部，并且90度折弯，与阳极导线板8平行地配线。对于上述以外的结构，由于与上述实施方式一相同，因此，省略说明。
在本实施方式四中，用于将电容元件4与功率半导体模块16连接的外部连接端子13将绝缘板3贯通而从绝缘板3的下部朝壳体2的另一方的空间引出，并且与壳体2的底面21大致平行地配置。
根据本实施方式四，除了与上述实施方式一相同的效果之外，由于电容端子5配置于同一平面内，因此，容易对多个电容元件4进行接线，从而能够得到结构简单的电力转换装置1C。另外，本发明在其发明的范围内能将各实施方式自由组合或是将各实施方式适当变形、省略。

Claims (30)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体具有四个侧壁面和底面，所述壳体的上表面敞开；
绝缘板，所述绝缘板与所述壳体的所述底面和两个所述侧壁面抵接，并且将所述壳体的内部一分为二；
作为第一电子零件的电容元件，所述电容元件收纳于所述壳体的一方的空间；
第一封装树脂，所述第一封装树脂将收纳有所述电容元件的所述一方的空间密封；以及
配线板，所述配线板具有一对电极板和外部连接端子，所述一对电极板与所述电容元件的一对端子连接，所述外部连接端子用于将所述电容元件与其它的电子零件连接，
所述配线板的一部分配置于所述绝缘板的内部，且所述配线板贯通所述绝缘板而配置在所述壳体的另一方的空间，所述配线板的端部即所述外部连接端子在所述另一方的空间与所述壳体的所述底面平行地配置，
所述电力转换装置还包括：
第二电子零件，所述第二电子零件收纳于所述壳体的所述另一方的空间；以及
第二封装树脂，所述第二封装树脂对收纳有所述第二电子零件的所述另一方的空间进行密封，
所述第二电子零件的端子与所述壳体的所述底面平行地配置，并且与所述电容元件的所述外部连接端子连接。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述配线板包括：所述一对电极板即阳极板和阴极板；阳极导线板，所述阳极导线板的一方的端部与所述阳极板连接，另一方的端部是所述外部连接端子；以及阴极导线板，所述阴极导线板的一方的端部与所述阴极板连接，另一方的端部是所述外部连接端子。
3.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述阳极导线板和所述阴极导线板在所述绝缘板的内部相对配置。
4.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述阳极导线板和所述阴极导线板隔着绝缘体相对配置于所述电容元件的下表面与所述壳体的所述底面之间。
5.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述阳极导线板和所述阴极导线板中的任一方配置于所述电容元件的下表面，另一方配置于所述电容元件的上表面。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述绝缘板是树脂成型品。
7.如权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述绝缘板是印刷基板。
8.如权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述绝缘板在与所述壳体抵接的抵接面具有凸部，所述绝缘板以设于所述壳体的槽部与所述凸部卡合的状态固定于所述壳体。
9.如权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述绝缘板在与所述壳体抵接的抵接面具有槽部，所述绝缘板以设于所述壳体的凸部与所述槽部卡合的状态固定于所述壳体。
10.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
形成所述另一方的空间的所述侧壁面的高度尺寸比形成所述一方的空间的所述侧壁面的高度尺寸小，其中，所述另一方的空间收纳有所述第二电子零件，所述一方的空间收纳有所述电容元件。
11.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述第二封装树脂的高度尺寸比所述第一封装树脂的高度尺寸小。
12.如权利要求10所述的电力转换装置，其特征在于，
所述第二封装树脂的高度尺寸比所述第一封装树脂的高度尺寸小。
13.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述第二电子零件是装设有SiC-MOSFET的功率半导体模块。
14.如权利要求10所述的电力转换装置，其特征在于，
所述第二电子零件是装设有SiC-MOSFET的功率半导体模块。
15.如权利要求11所述的电力转换装置，其特征在于，
所述第二电子零件是装设有SiC-MOSFET的功率半导体模块。
16.如权利要求12所述的电力转换装置，其特征在于，
所述第二电子零件是装设有SiC-MOSFET的功率半导体模块。
17.如权利要求1至5、10至16中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述一对电极板具有从所述壳体的上表面开口部突出的一对端子部，所述端子部与第三电子零件连接。
18.如权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于，
所述一对电极板具有从所述壳体的上表面开口部突出的一对端子部，所述端子部与第三电子零件连接。
19.如权利要求7所述的电力转换装置，其特征在于，
所述一对电极板具有从所述壳体的上表面开口部突出的一对端子部，所述端子部与第三电子零件连接。
20.如权利要求8所述的电力转换装置，其特征在于，
所述一对电极板具有从所述壳体的上表面开口部突出的一对端子部，所述端子部与第三电子零件连接。
21.如权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于，
所述一对电极板具有从所述壳体的上表面开口部突出的一对端子部，所述端子部与第三电子零件连接。
22.如权利要求17所述的电力转换装置，其特征在于，
所述第三电子零件是电抗器。
23.如权利要求18至21中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述第三电子零件是电抗器。
24.如权利要求1至5、10至16、18至22中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述壳体具有冷却器。
25.如权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于，
所述壳体具有冷却器。
26.如权利要求7所述的电力转换装置，其特征在于，
所述壳体具有冷却器。
27.如权利要求8所述的电力转换装置，其特征在于，
所述壳体具有冷却器。
28.如权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于，
所述壳体具有冷却器。
29.如权利要求17所述的电力转换装置，其特征在于，
所述壳体具有冷却器。
30.如权利要求23所述的电力转换装置，其特征在于，
所述壳体具有冷却器。
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