CN111527686A - 开关电源装置 - Google Patents

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Abstract

为了能对应多相交流，实现小型化并高效地进行发热电气部件的冷却，本发明提供一种开关电源装置，其是具有与多相电源连接的多个电源电路的开关电源装置，其具备：第一基板，安装有构成防止来自所述电源的噪声的侵入的滤波器电路的电气部件，所述滤波器电路的输出端设置于所述第一基板的第一方向上的一端侧；第二基板，载置于容纳所述开关电源装置的壳体的底壁部，且安装有构成设置于所述滤波器电路的后级的电路的功率半导体，设置于所述滤波器电路的后级的电路的输入端设置于所述第二基板的与所述第一方向交叉的第二方向上的一端侧；以及第三基板，配置于所述第一基板与所述第二基板之间，且形成有将所述输出端与所述输入端电连接的配线图案。

Description

开关电源装置
技术领域
本发明涉及开关电源装置。
背景技术
车载用的开关电源装置在壳体内配置有安装有电力转换用的功率半导体、线圈、电容器、变压器等的基板。功率半导体会发热，所以要求高效地进行冷却。
在专利文献1中公开了以下结构：在壳体内内置有散热件，在散热件的上方空间及下方空间中分别配置基板，在各个基板上安装功率半导体，并且通过配线将基板彼此电连接。
在专利文献1中，通过使安装于各个基板的功率半导体直接与散热件接触，来实现开关电源装置的小型化，并提高功率半导体的冷却效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-22337号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1中记载的开关电源装置是单相交流用的开关电源装置。若要以专利文献1中记载的结构，构成能对应多相交流的开关电源装置，则不仅需要使各相彼此绝缘，而且将基板彼此电连接的配线、或将功率半导体与线圈、电容器、变压器等电连接的配线会复杂化，从而导致装置的大型化。
本发明的目的在于，提供能够对应多相交流，实现小型化并高效地进行发热电气部件的冷却的开关电源装置。
解决问题的方案
本发明的一个形态是具有与多相电源连接的多个电源电路的开关电源装置，其具备：第一基板，安装有构成防止来自所述电源的噪声的侵入的滤波器电路的电气部件，所述滤波器电路的输出端设置于所述第一基板的第一方向上的一端侧；第二基板，载置于容纳所述开关电源装置的壳体的底壁部，且安装有构成设置于所述滤波器电路的后级的电路的功率半导体，设置于所述滤波器电路的后级的电路的输入端设置于所述第二基板的与所述第一方向交叉的第二方向上的一端侧；以及第三基板，配置于所述第一基板与所述第二基板之间，且形成有将所述输出端与所述输入端电连接的配线图案。
发明效果
根据本发明，能够对应多相交流，实现小型化并高效地进行发热电气部件的冷却。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的开关电源装置的结构的电路框图。
图2是表示本发明的实施方式的开关电源装置的结构的分解立体图。
图3是表示本发明的实施方式的开关电源装置的结构的纵剖视图。
图4是AC滤波器基板(交流滤波器基板)的俯视图。
图5A是接合基板(junction substrate)的俯视图。
图5B是表示接合基板的第一层上的配线图案的示意图。
图5C是表示接合基板的第二层上的配线图案的示意图。
图5D是表示接合基板的第三层上的配线图案的示意图。
图5E是表示接合基板的第四层上的配线图案的示意图。
图6是驱动器基板的俯视图。
图7是功率模块基板的俯视图。
图8是DC滤波器基板(直流滤波器基板)的俯视图。
图9是控制基板的俯视图。
图10A是表示AC滤波器基板与接合基板的连结结构的局部放大纵剖视图。
图10B是表示AC滤波器基板与接合基板的连结结构的局部放大纵剖视图。
图11A是表示接合基板与驱动器基板的连结结构的局部放大纵剖视图。
图11B是表示接合基板与驱动器基板的连结结构的局部放大纵剖视图。
图12A是表示驱动器基板与功率模块基板的连结结构的局部放大纵剖视图。
图12B是表示驱动器基板与功率模块基板的连结结构的局部放大纵剖视图。
图13是表示开关电源装置的制造工序的流程图。
图14是表示本发明的实施方式的变形例的开关电源装置的结构的纵剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式的开关电源装置进行详细说明。此外，以下说明的实施方式是一例，本发明不限于该实施方式。
(开关电源装置的整体结构)
参照图1，对开关电源装置1(以下，简称为“电源装置1”)的整体结构进行说明。图1是表示电源装置1的结构的电路框图。此外，在图1中，在电力线上记载了中空的三角记号、圆形记号及方形记号。中空的三角记号表示后述的连结部29。另外，中空的圆形记号表示后述的连结部28。另外，中空的方形记号表示后述的连结部27。
电源装置1搭载于电动汽车等车辆，是将来自为三相交流电源的外部电源2的交流电力转换为直流电力，并向电池3输出的装置。电池3例如是车辆的电机驱动用的电池。作为电池3，例如可列举锂离子电池。
电源装置1具有与外部电源2的各相对应的电源电路4A、4B、4C、以及DC滤波器电路(直流滤波器电路)5和控制电路6。电源电路4A、4B及4C分别具有AC滤波器电路(交流滤波器电路)7、单相全波整流电路8、功率因数改善电路9、电容器10、DC/DC转换器(直流/直流转换器)11。
AC滤波器电路7减少从外部电源2向AC滤波器电路7的后级侧侵入的噪声以及从AC滤波器电路7的后级侧向外部电源2流出的噪声。AC滤波器电路7具有线圈、电容器等。
单相全波整流电路8对从AC滤波器电路7输入的交流电力进行全波整流而转换为直流电力，并输出至功率因数改善电路9。单相全波整流电路8是由四个二极管12(图1中未图示)构成的二极管电桥电路。
功率因数改善电路9是具有对从单相全波整流电路8输入的电力的功率因数进行改善，并且使所输入的电力的电压升高的功能的电路。功率因数改善电路9具有线圈13、开关元件14及二极管15。
电源电路4A、4B及4C分别具有并列连接于单相全波整流电路8与电容器10之间的两个功率因数改善电路9。由此，构成交错型的功率因数改善电路。
电容器10与功率因数改善电路9的输出侧连接，使从功率因数改善电路9输出的直流电力平滑化。该直流电力的电压通过功率因数改善电路9而被升高，因此电容器10是容量较大的电容器。
DC/DC转换器11是将来自功率因数改善电路9的输出转换为可对电池3充电的电压的电路。DC/DC转换器11具有逆变器16、变压器17、二次侧整流电路18、电容器19。
逆变器16将从功率因数改善电路9输入的直流电力转换为交流电力，并输出至变压器17。逆变器16具有四个开关元件20。
变压器17对来自逆变器16的交流电力的电压进行变压，并输出至二次侧整流电路18。变压器17具有与逆变器16的输出侧连接的送电线圈21、和与二次侧整流电路18的输入侧连接的受电线圈22。
二次侧整流电路18是将来自变压器17的交流电力转换为直流电力的电路。二次侧整流电路18是由四个二极管23(图1中未图示)构成的二极管电桥电路。
电容器19与二次侧整流电路18的输出侧连接，使从二次侧整流电路18输出的直流电流平滑化。
DC滤波器电路5设置于电源电路4A、4B及4C的后级。DC滤波器电路5减少从各电源电路向电池3流出的噪声以及从电池3向各电源电路侵入的噪声。DC滤波器电路5具有线圈、电容器等。
控制电路6通过对各电源电路中的功率因数改善电路9的开关元件14或DC/DC转换器11的开关元件20进行接通断开控制，来控制各电源电路的动作。
也就是说，在控制电路6的控制之下，从外部电源2供给的电力经由各电源电路对电池3充电。控制电路6由安装于基板上的微型计算机、集成电路等构成。
(开关电源装置的结构)
接着，参照图2至图12，对电源装置1的结构进行说明。图2是表示电源装置1的结构的分解立体图。图3是表示电源装置1的结构的纵剖视图。图4是AC滤波器基板100的俯视图。图5A是接合基板400的俯视图。图5B至图5E是表示接合基板400中的第一层至第四层的配线图案的图。图6是驱动器基板500的俯视图。图7是功率模块基板600的俯视图。图8是DC滤波器基板200的俯视图。图9是控制基板300的俯视图。此外，图2至图9是示意性地表示电源装置1的结构的图，省略了与说明没有直接关系的一部分的部件和配线。另外，图2至图9中描绘了相同的X轴、Y轴及Z轴。将X轴的正方向定义为+X方向，将Y轴的正方向定义为+Y方向，将Z轴的正方向定义为+Z方向(上方方向)。
如图2所示，电源装置1具备：AC滤波器基板100、DC滤波器基板200、控制基板300、接合基板400、驱动器基板500及功率模块基板600。这些各基板均为在XY平面上延伸的大致矩形形状的薄板部件。
如图3所示，AC滤波器基板100、DC滤波器基板200、控制基板300、接合基板400、驱动器基板500及功率模块基板600容纳于壳体24内。
壳体24是由侧面部和底面部构成，且上表面开口的箱型形状。在壳体24的底面部25形成有供冷却水流通的水套26。功率模块基板600直接载置于底面部25。在功率模块基板600的上表面安装有多个发热电气部件，通过将功率模块基板600直接载置于底面部25，能够高效地进行安装于功率模块基板600的上表面的发热电气部件的冷却。
另外，虽然细节后述，但安装于功率模块基板600的多个发热电气部件形成为芯片部件，所以发热电气部件与功率模块基板600的接触面积大。由此也能够高效地进行发热电气部件的冷却。
在功率模块基板600的上侧，与功率模块基板600空开间隙地配置有驱动器基板500。功率模块基板600与驱动器基板500通过后述的连结部27机械连接并且电连接。
在驱动器基板500的上侧，与驱动器基板500空开间隙地配置有接合基板400。驱动器基板500与接合基板400通过后述的连结部28机械连接并且电连接。
在接合基板400的上侧，与接合基板400空开间隙地配置有控制基板300。
在控制基板300的上侧，与控制基板300空开间隙地配置有AC滤波器基板100及DC滤波器基板200。AC滤波器基板100及DC滤波器基板200通过后述的连结部29与接合基板400机械连接并且电连接。
(AC滤波器基板)
参照图4，对AC滤波器基板100进行说明。AC滤波器基板100是在作为基体的绝缘板上形成配线图案而成的。
在AC滤波器基板100的上表面，安装有连接器30、构成AC滤波器电路7的线圈、电容器等电气部件，这些电气部件分别与配线图案连接。具体而言，各电气部件的引线以从上表面向下表面贯穿的方式，插入并焊接于在AC滤波器基板100上设置的引线通孔(未图示)中。
在AC滤波器基板100上，沿着X轴并排地配置有与三相交流的U相、V相及W相的每一个对应的三个AC滤波器电路7A、7B及7C。具体而言，在AC滤波器基板100的-X端侧配置有AC滤波器电路7A，在AC滤波器电路7A的+X侧配置有AC滤波器电路7B，在AC滤波器电路7B的+X侧配置有AC滤波器电路7C。各AC滤波器电路相互绝缘。
经由可与外部电源2连接的连接器30，分别对AC滤波器电路7A、7B及7C供给电力。连接器30设置于AC滤波器基板100的-Y端侧，连接器30与AC滤波器电路7A、7B及7C的输入端分别通过配线图案电连接。此外，在图4中仅示意性地表示了将连接器30与AC滤波器电路7A、7B及7C的输入端分别连接的配线图案中的、正极侧的配线图案PA1、PB1及PC1。
如上所述，各AC滤波器电路分别由在AC滤波器基板100上安装的线圈、电容器等电气部件构成。这些电气部件以从各AC滤波器电路的输入侧(外部电源2侧)向输出侧(电池3侧)大致朝+Y方向排列的方式配设。因此，各AC滤波器电路的输出端位于AC滤波器基板100的+Y端侧。
从AC滤波器电路7A的输出端延伸的配线图案PA2(正极)及PA3(负极)延伸至通孔HA1及HA2。从AC滤波器电路7B的输出端延伸的配线图案PB2(正极)及PB3(负极)延伸至通孔HB1及HB2。从AC滤波器电路7C的输出端延伸的配线图案PC2(正极)及PC3(负极)延伸至通孔HC1及HC2。
通孔HA1、HA2、HB1、HB2、HC1及HC2分别是在Z方向上贯通AC滤波器基板100的孔。通孔HA1、HA2、HB1、HB2、HC1及HC2以朝+X方向排列的方式设置于AC滤波器基板100的+Y端侧。
(接合基板)
参照图5A，对接合基板400进行说明。接合基板400是在多层结构的绝缘基板的各层上形成配线图案而成的。
基本上，接合基板400具有作为将电源电路4A、4B及4C中的各电气部件彼此连接的配线的作用。
在接合基板400的+Y侧端，以朝+X方向排列的方式设置有与上述的通孔HA1、HA2、HB1、HB2、HC1及HC2分别对应的通孔HA3、HA4、HB3、HB4、HC3及HC4。
另外，在比通孔HA3更靠-X端侧的位置，以朝+Y方向排列的方式设置有多个通孔HA5、HA6、HB5、HB6、HC5及HC6。
并且，从接合基板400的下表面朝-Z方向突出地设置有与电源电路4A关联的多个端子TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8、TA9、TA10及TA11。
并且，从接合基板400的下表面朝-Z方向突出地设置有与电源电路4B关联的多个端子TB1、TB2、TB3、TB4、TB5、TB6、TB7、TB8、TB9、TB10及TB11。
并且，从接合基板400的下表面朝-Z方向突出地设置有与电源电路4C关联的多个端子TC1、TC2、TC3、TC4、TC5、TC6、TC7、TC8、TC9、TC10及TC11。
从接合基板400的下表面朝-Z方向突出地设置的这些端子均为相同形状。
另外，在接合基板400的-Y端侧的下表面上，以朝-X方向排列的方式安装有多个线圈13A1、13A2、13B1、13B2、13C1及13C2。具体而言，各线圈的引线以从下表面向上表面贯穿的方式，插入并焊接于在接合基板400上设置的引线通孔(未图示)中。
并且，在接合基板400的-X端侧的上表面上，以朝+Y方向排列的方式安装有电容器10A、10B及10C。具体而言，各电解电容器的引线以从上表面向下表面贯穿的方式，插入并焊接于在接合基板400上设置的引线通孔中。
(接合基板的各层上的配线图案)
参照图5B至图5E，对接合基板400的各层上的配线图案进行说明。首先，对第一层上的配线图案进行说明。图5B是示意性地表示接合基板400的第一层的配线图案的图。
在第一层中，作为与电源电路4A相关的结构，配线图案PA4将通孔HA3与端子TA1连接。具体而言，一端与通孔HA3连接的配线图案PA4朝+X方向且-Y方向延伸至端子TA1。
另外，配线图案PA5将通孔HA4与端子TA2连接。具体而言，一端与通孔HA4连接的配线图案PA5朝+X方向且-Y方向延伸至端子TA2。
另外，配线图案PA11将端子TA10与通孔HA5连接。具体而言，一端与端子TA10连接的配线图案PA11朝-X方向延伸至通孔HA5。
另外，配线图案PA12将端子TA11与通孔HA6连接。具体而言，一端与端子TA11连接的配线图案PA12朝-X方向延伸至通孔HA6。
另外，配线图案PA7将线圈13A1的输出端与端子TA4连接。具体而言，一端与线圈13A1的输出端连接的配线图案PA7朝+Y方向延伸至端子TA4。
并且，配线图案PA8将线圈13A2的输出端与端子TA5连接。具体而言，一端与线圈13A2的输出端连接的配线图案PA8朝+Y方向延伸至端子TA5。
作为与电源电路4B相关的结构，配线图案PB4将通孔HB3与端子TB1连接。具体而言，一端与通孔HB3连接的配线图案PB4朝+X方向且-Y方向延伸至端子TB1。
另外，配线图案PB5将通孔HB4与端子TB2连接。具体而言，一端与通孔HB4连接的配线图案PB5朝+X方向且-Y方向延伸至端子TB2。
另外，配线图案PB11将端子TB10与通孔HB5连接。具体而言，一端与端子TB10连接的配线图案PB11朝-X方向延伸至通孔HB5。
另外，配线图案PB12将端子TB11与通孔HB6连接。具体而言，一端与端子TB11连接的配线图案PB12朝-X方向延伸至通孔HB6。
作为与电源电路4C相关的结构，配线图案PC4将通孔HC3与端子TC1连接。具体而言，一端与通孔HC3连接的配线图案PC4朝+X方向且-Y方向延伸至端子TC1。
另外，配线图案PC5将通孔HC4与端子TC2连接。具体而言，一端与通孔HC4连接的配线图案PC5朝+X方向且-Y方向延伸至端子TC2。
另外，配线图案PC11将端子TC10与通孔HC5连接。具体而言，一端与端子TC10连接的配线图案PC11朝-X方向延伸至通孔HC5。
另外，配线图案PC12将端子TC11与通孔HC6连接。具体而言，一端与端子TC11连接的配线图案PC12朝-X方向延伸至通孔HC6。
接着，对第二层上的配线图案进行说明。图5C是示意性地表示接合基板400的第二层的配线图案的图。
在第二层中，作为与电源电路4A相关的结构，配线图案PA9将端子TA6与电容器10A的正极端及端子TA8连接。具体而言，一端与端子TA6连接的配线图案PA9朝-X方向延伸至端子TA8及电容器10A的正极端。
另外，作为与电源电路4B相关的结构，配线图案PB9将端子TB6与电容器10B的正极端及端子TB8连接。具体而言，一端与端子TB6连接的配线图案PB9朝-X方向延伸至端子TB8及电容器10B的正极端。
另外，作为与电源电路4C相关的结构，配线图案PC9将端子TC6与电容器10C的正极端及端子TC8连接。具体而言，一端与端子TC6连接的配线图案PC9朝-X方向延伸至端子TC8及电容器10C的正极端。
接着，对第三层上的配线图案进行说明。图5D是示意性地表示接合基板400的第三层的配线图案的图。
在第三层中，作为与电源电路4A相关的结构，配线图案PA10将端子TA7与电容器10A的负极端及端子TA9连接。具体而言，一端与端子TA7连接的配线图案PA10朝-X方向延伸至端子TA9及电容器10A的负极端。
另外，作为与电源电路4B相关的结构，配线图案PB10将端子TB7与电容器10B的负极端及端子TB9连接。具体而言，一端与端子TB7连接的配线图案PB10朝-X方向延伸至端子TB9及电容器10B的负极端。
另外，作为与电源电路4C相关的结构，配线图案PC10将端子TC7与电容器10C的负极端及端子TC9连接。具体而言，一端与端子TC7连接的配线图案PC10朝-X方向延伸至端子TC9及电容器10C的负极端。
接着，对第四层上的配线图案进行说明。图5E是示意性地表示接合基板400的第四层的配线图案的图。
在第四层中，作为与电源电路4A相关的结构，配线图案PA6将端子TA3与线圈13A1的输入端及线圈13A2的输入端连接。具体而言，一端与端子TA3连接的配线图案PA6朝-X方向及-Y方向延伸至线圈13A1的输入端及线圈13A2的输入端。
作为与电源电路4B相关的结构，配线图案PB6将端子TB3与线圈13B1的输入端及线圈13B2的输入端连接。具体而言，一端与端子TB3连接的配线图案PB6朝-X方向及-Y方向延伸至线圈13B1的输入端及线圈13B2的输入端。
另外，配线图案PB7将线圈13B1的输出端与端子TB4连接。具体而言，一端与线圈13B1的输出端连接的配线图案PB7朝+X方向及+Y方向延伸至端子TB4。
并且，配线图案PB8将线圈13B2的输出端与端子TB5连接。具体而言，一端与线圈13B2的输出端连接的配线图案PB8朝+X方向及+Y方向延伸至端子TB5。
作为与电源电路4C相关的结构，配线图案PC6将端子TC3与线圈13C1的输入端及线圈13C2的输入端连接。具体而言，一端与端子TC3连接的配线图案PC6朝-X方向及-Y方向延伸至线圈13C1的输入端及线圈13C2的输入端。
另外，配线图案PC7将线圈13C1的输出端与端子TC4连接。具体而言，一端与线圈13C1的输出端连接的配线图案PC7朝+X方向及+Y方向延伸至端子TC4。
并且，配线图案PC8将线圈13C2的输出端与端子TC5连接。具体而言，一端与线圈13C2的输出端连接的配线图案PC8朝+X方向及+Y方向延伸至端子TC5。
应予说明，设置于各层的配线图案的种类不限于上述的例子。
(驱动器基板)
参照图6，对驱动器基板500进行说明。驱动器基板500是在作为基体的绝缘板上形成配线图案而成的。
从驱动器基板500的上表面朝+Z方向突出地设置有与电源电路4A关联的多个端子TD1、TD2、TD3、TD4、TD5、TD6、TD7、TD8、TD9、TD10及TD11。
另外，从驱动器基板500的上表面朝+Z方向突出地设置有与电源电路4B关联的多个端子TE1、TE2、TE3、TE4、TE5、TE6、TE7、TE8、TE9、TE10及TE11。
并且，从驱动器基板500的上表面朝+Z方向突出地设置有与电源电路4C关联的多个端子TF1、TF2、TF3、TF4、TF5、TF6、TF7、TF8、TF9、TF10及TF11。
从驱动器基板500的上表面朝+Z方向突出地设置的这些端子均为相同形状。端子TD1～TD11、TE1～TE11、TF1～TF11分别与设置于接合基板400的端子TA1～TA11、TB1～TB11、TC1～TC11对应。
另外，在驱动器基板500上设置有在Z方向上贯通驱动器基板500的多个通孔(图6中未图示)。关于细节虽然后述，但在这些通孔中插入有以从功率模块基板600朝+Z方向突出的方式设置的引脚端子31。
另外，驱动器基板500经由配线连接变压器17。此外，如图3所示，变压器17隔着接合基板400配设于电容器10的相反侧，因此能够抑制壳体24的上下方向上的尺寸变大。
(功率模块基板)
参照图7，对功率模块基板600进行说明。功率模块基板600是在作为基体的铝板上施以例如由环氧树脂构成的绝缘被膜，并在该绝缘被膜上形成配线图案而成的。
在功率模块基板600的上表面安装有构成单相全波整流电路8、功率因数改善电路9、DC/DC转换器11的功率半导体(也称为功率模块，以下相同)。此外，本说明书中，“功率半导体”是指进行电力的控制或供给的半导体。
具体而言，与各电源电路对应地分别安装有单相全波整流电路8中的四个二极管12、功率因数改善电路9中的两个开关元件14及两个二极管15、DC/DC转换器11中的四个开关元件20及四个二极管23。
单相全波整流电路8的输入端位于功率模块基板600的+X端侧，这些功率半导体以从各电源装置的输入侧(外部电源2侧)向输出侧(电池3侧)大致朝-X方向排列的方式配设。
另外，在功率模块基板600的上表面，安装有用于将安装于功率模块基板600的这些功率半导体与驱动器基板机械连接并且电连接的多个引脚端子31(图7中未图示)。
在本实施方式中，在功率模块基板600上配置了需要相互绝缘的以下的功率半导体：构成单相全波整流电路8及功率因数改善电路9的功率半导体、构成DC/DC转换器11的一次侧的功率半导体、以及构成DC/DC转换器11的二次侧的功率半导体。
在该情况下，虽然由于AC系统与DC系统之间的干扰而使得在各电路中易于产生噪声，但在本实施方式中，在与外部电源2之间设置有AC滤波器电路7，在与电池3之间设置有DC滤波器电路5，因此能够适宜地抑制在各电路中产生的噪声向外部电源2或电池3流出。
(DC滤波器基板)
参照图8，对DC滤波器基板200进行说明。DC滤波器基板200是在作为基体的绝缘板上形成配线图案而成的。
在DC滤波器基板200的上表面安装有构成电容器19和DC滤波器电路5的线圈、电容器等电气部件38，这些部件分别与配线图案连接。另外，在DC滤波器基板200的-Y端侧设置有输出端子39，该输出端子39与用于连接电池3的连接器连接。
在DC滤波器基板200的-X端侧，以朝+Y方向排列的方式设置有与上述的通孔HA5、HA6、HB5、HB6、HC5及HC6分别对应的通孔HA7、HA8、HB7、HB8、HC7及HC8。
各通孔分别是配线图案PA12、PA13、PB12、PB13、PC12及PC13的一端，各配线图案与电容器19及DC滤波器电路5的输入端连接。
DC滤波器电路5的输出端与用于连接连接器的输出端子39通过配线图案连接，该连接器是用于连接电池3的连接器。
(控制基板)
参照图9，对控制基板300进行说明。控制基板300是在作为基体的绝缘板上形成配线图案而成的印刷电路板。
在控制基板300的下表面安装有构成控制电路6的微型计算机、集成电路等电气部件40，分别与配线图案连接。
具体而言，微型计算机、集成电路等的引线以从下表面向上表面贯穿的方式，插入并焊接于在控制基板300上设置的引线通孔(未图示)中。
(AC滤波器基板及DC滤波器基板与接合基板的连结部的结构)
参照图10A及图10B，对将AC滤波器基板100及DC滤波器基板200与接合基板400连结的连结部29的结构进行详细说明。图10A及图10B是表示AC滤波器基板100与接合基板400的连结结构的局部放大纵剖视图。图10A是表示AC滤波器基板100与接合基板400通过连结部29连结的状态的图。图10B是对AC滤波器基板100与接合基板400的连结顺序进行说明的图。
如图10A所示，接合基板400隔着控制基板300位于AC滤波器基板100及DC滤波器基板200的-Z方向侧。
AC滤波器基板100及DC滤波器基板200通过沿着Z轴延伸的金属嵌钉32与接合基板400连结。另外，各金属嵌钉还将AC滤波器基板100及DC滤波器基板200与接合基板400电连接。
在此，作为一例，对通过金属嵌钉32将设置于AC滤波器基板100的通孔HA1与设置于接合基板400的通孔HA3连结的结构进行说明。
如图10B所示，在金属嵌钉32的一端面及另一端面设置有螺钉33的外螺纹部33a可拧入的内螺纹部32a。
在将金属嵌钉32的一端面处的内螺纹部32a与通孔HA1位置对准的状态下，根据需要使金属嵌钉32的一端面与AC滤波器基板100的下表面抵接，将螺钉33的外螺纹部33a拧入内螺纹部32a，从而将AC滤波器基板100与金属嵌钉32固定。
另外，在将金属嵌钉32的另一端面处的内螺纹部32a与通孔HA3位置对准的状态下，根据需要使金属嵌钉32的另一端面与接合基板400的上表面抵接，将螺钉33的外螺纹部33a拧入内螺纹部32a，从而将接合基板400与金属嵌钉32固定。
将AC滤波器基板100与接合基板400通过连结部29连结，由此，通孔HA1与通孔HA3经由螺钉33及金属嵌钉32电连接。
(接合基板与驱动器基板的连结部的结构)
参照图11A及图11B，对将接合基板400与驱动器基板500连结的连结部28的结构进行详细说明。图11A及图11B是表示接合基板400与驱动器基板500的连结结构的局部放大纵剖视图。图11A是表示接合基板400与驱动器基板500通过连结部28连结的状态的图。图11B是对接合基板400与驱动器基板500的连结顺序进行说明的图。
在此，作为一例，对设置于接合基板400的端子TA1与设置于驱动器基板500的端子TD1的连结结构进行说明。
端子TA1具有插入到设置于接合基板400的通孔的脚部34和用于进行与端子TD1的连结的开口部35。通过将脚部34压入或嵌入到接合基板400的通孔中，从而端子TA1相对于接合基板400固定。
端子TD1具有插入到设置于驱动器基板500的通孔的脚部36和用于进行与端子TA1的连结的前端部37。通过将脚部36压入或嵌入到驱动器基板500的通孔中，从而端子TD1相对于驱动器基板500固定。
在端子TA1及端子TD1分别固定于接合基板400及驱动器基板500的状态下，通过将端子TD1的前端部37压入或嵌入到端子TA1的开口部35中，从而端子TA1与端子TD1连结。此外，也可以构成为，在端子TA1设置前端部，在端子TD1设置开口部。
(驱动器基板与功率模块基板的连结部的结构)
参照图12A及图12B，对将驱动器基板500与功率模块基板600连结的连结部27的结构进行详细说明。图12A及图12B是表示驱动器基板500与功率模块基板600的连结结构的局部放大纵剖视图。图12A是表示驱动器基板500与功率模块基板600通过连结部27连结的状态的图。图12B是对驱动器基板500与功率模块基板600的连结顺序进行说明的图。
连结部27包括设置于功率模块基板600的上表面且朝+Z方向延伸的引脚端子31、以及设置于驱动器基板500的通孔。
具体而言，通过将引脚端子31压入或嵌入到驱动器基板500的通孔中，从而驱动器基板500与功率模块基板600连结且电连接。
(构成电源装置的各电路的连接结构)
在此，作为一例，对从外部电源2，经由电源电路4A及DC滤波器电路5，至电池3为止的各电路的连接结构进行说明。
外部电源2与AC滤波器电路7A的输入端连接。AC滤波器电路7A的输入端设置于AC滤波器基板100的-Y端侧，AC滤波器电路7A的输出端设置于AC滤波器基板100的+Y端侧。因此，AC滤波器电路7A中的电力流动大致是从-Y端侧朝向+Y端侧流动。
另一方面，设置于AC滤波器电路7A的后级的单相全波整流电路8的输入端设置于功率模块基板600的+X端侧。因此，为了将设置于AC滤波器基板100的+Y端侧的AC滤波器电路7A的输出端与设置于功率模块基板600的+X端侧的单相全波整流电路8的输入端电连接，而使用接合基板400。
具体而言，AC滤波器电路7A的输出端(正极)经由配线图案PA2及连结部29(通孔HA1、金属嵌钉32及通孔HA3)，与形成于接合基板400的配线图案PA4的一端连接。
另外，AC滤波器电路7A的输出端(负极)经由配线图案PA3及连结部29(通孔HA2、金属嵌钉32及通孔HA4)，与形成于接合基板400的配线图案PA5的一端连接。此外，配线图案PA4及PA5的一端分别位于接合基板400的+Y端侧。
配线图案PA4及PA5从一端向另一端，朝+X方向且-Y方向延伸。配线图案PA4及PA5的另一端延伸至位于接合基板400的+X端侧的端子TA1及TA2。
端子TA1与设置于驱动器基板500的端子TD1一起构成连结部28。另外，端子TA2与设置于驱动器基板500的端子TD2一起构成连结部28。并且，驱动器基板500与功率模块基板600通过连结部27电连接。
因此，能够将设置于AC滤波器基板100的+Y端侧的AC滤波器电路7A的输出端，经由连结部29、形成于接合基板400的配线图案、连结部28、以及连结部27，与设置于功率模块基板600的+X端侧的单相全波整流电路8的输入端连接。
单相全波整流电路8的正极侧的输出端经由连结部27及连结部28，与接合基板400的端子TA3连接，并且通过配线图案PA6，与安装于接合基板400的-Y端侧的线圈13A1及13A2的输入端连接。
线圈13A1及13A2的输出端分别通过配线图案PA7及PA8与端子TA4及TA5连接，并且通过连结部28及连结部27，与安装于功率模块基板600的开关元件14的正极侧及二极管15的阳极连接。
二极管15的阴极再次经由连结部27及连结部28，与接合基板400的端子TA6连接，并且，通过朝-X方向延伸的配线图案PA9，与安装于接合基板400的-X端侧的电容器10A的正极侧连接。
另外，二极管15的阴极从配线图案PA9经由连结部28及连结部27，与安装于功率模块基板600的逆变器16的正极侧的输入端连接。
单相全波整流电路8的负极侧的输出端与开关元件14的负极侧连接，且经由连结部27及连结部28连接至接合基板400的端子TA7，并且，通过朝-X方向延伸的配线图案PA10，与安装于接合基板400的-X端侧的上表面的电容器10A的负极侧连接。
另外，从配线图案PA10起，单相全波整流电路8的负极侧的输出端还经由连结部28及连结部27，与安装于功率模块基板600的逆变器16的负极侧的输入端连接。
逆变器16的输出端经由连结部27，连接于与驱动器基板500连接的变压器17中的送电线圈21。
变压器17中的受电线圈22经由连结部27，与安装于功率模块基板600的二次侧整流电路18的输入端连接。
二次侧整流电路18的输出端(正极)经由连结部27及连结部28，连接至接合基板400的端子TA10，并且，经由配线图案PA11、连结部29(通孔HA5、金属嵌钉32及通孔HA7)，与安装于DC滤波器基板200的电容器19的正极侧及DC滤波器电路5的输入端连接。
二次侧整流电路18的输出端(负极)也同样地，经由连结部27及连结部28，连接至接合基板400的端子TA11，并且，经由配线图案PA12、连结部29(通孔HA6、金属嵌钉32及通孔HA8)，与安装于DC滤波器基板200的电容器19的负极侧及DC滤波器电路5的输入端连接。如上所述，DC滤波器电路5的输出端位于DC滤波器基板200的-Y端侧，与电池3连接。
如以上说明的那样，AC滤波器基板100及DC滤波器基板200与接合基板400、接合基板400与驱动器基板500、驱动器基板500与功率模块基板600之间的电连接分别是沿着Z轴的连接。而且，在各基板内，分别形成沿着XY平面的电力流动。
因此，与用线束将基板彼此连接的情况相比，能够实现小型化。另外，能够将配线的位置设为固定，因此能够减少EMC(electromagnetic compatibility，电磁兼容性)的偏差。
(电源装置的制造方法)
参照图13，对电源装置1的制造方法的一例进行说明。例如，当在AC滤波器基板100、DC滤波器基板200、控制基板300、接合基板400、驱动器基板500及功率模块基板600的每一个上安装了电气部件之后，将基板彼此连结，来制造电源装置1。
关于AC滤波器基板100，在步骤S11中，准备AC滤波器基板100和要安装于AC滤波器基板100的各电气部件。
在接下来的步骤S12中，将这些各电气部件安装于AC滤波器基板100。具体而言，将各电气部件的引线分别以从上表面向下表面贯穿AC滤波器基板100的对应的通孔的方式插入并焊接。
关于DC滤波器基板200也同样地，在步骤S21中，准备DC滤波器基板200和要安装于DC滤波器基板200的各电气部件。
在接下来的步骤S22中，将这些各电气部件安装于DC滤波器基板200。具体而言，将各电气部件的引线分别以从上表面向下表面贯穿DC滤波器基板200的对应的通孔的方式插入并焊接。
关于控制基板300，在步骤S31中，准备控制基板300和要安装于控制基板300的微型计算机、集成电路等电气部件。
在接下来的步骤S32中，将这些各电气部件安装于控制基板300。具体而言，将各电气部件的引线分别以从下表面向上表面贯穿控制基板300的对应的通孔的方式插入并焊接。
分别安装有电气部件的AC滤波器基板100、DC滤波器基板200及控制基板300在步骤S101中被预备组件化，成为上侧基板预备组件1000。具体而言，在控制基板300的上侧，将AC滤波器基板100及DC滤波器基板200分别空开间隙地配置，并使用螺钉等来固定。
另外，关于接合基板400，在步骤S41中，准备接合基板400和要安装于接合基板400的各电容器、线圈及端子TA1～TA11、TB1～TB11、TC1～TC11。
在接下来的步骤S42中，将这些各电容器及线圈安装于接合基板400。具体而言，将各电容器的引线分别以从上表面向下表面贯穿接合基板400的对应的通孔的方式插入。另外，将各线圈的引线分别以从下表面向上表面贯穿接合基板400的对应的通孔的方式插入。随后，使用浸焊(dip-soldering)法，将各电容器及各线圈焊接于接合基板400。
并且，在步骤S43中，将端子TA1～TA11、TB1～TB11、TC1～TC11分别相对于接合基板400固定。如上所述，通过将各端子的脚部压入或嵌入到接合基板400的对应的通孔中，来进行各端子相对于接合基板400的固定。
在步骤S102中，将接合基板400相对于上侧基板预备组件1000固定，得到上侧基板组件1100。具体而言，使用金属嵌钉32及螺钉33，将接合基板400与上侧基板预备组件1000中的AC滤波器基板100及DC滤波器基板200分别固定。
另一方面，关于驱动器基板500，在步骤S51中，准备驱动器基板500和端子TD1～TD11、TE1～TE11、TF1～TF11。
在接下来的步骤S52中，将端子TD1～TD11、TE1～TE11、TF1～TF11分别相对于驱动器基板500固定。如上所述，通过将各端子的脚部压入或嵌入到驱动器基板500的对应的通孔中，来进行各端子相对于驱动器基板500的固定。
另外，关于功率模块基板600，在步骤S61中，准备功率模块基板600和要安装于功率模块基板600的多个功率半导体及多个引脚端子31。
在接下来的步骤S62中，将这些各功率半导体及各引脚端子安装于功率模块基板600。具体而言，将各功率半导体及各引脚端子分别配置于功率模块基板600的上表面，并使用浸焊法焊接。此外，各功率半导体形成为芯片部件，能够以较大的面积向功率模块基板600焊接。
分别安装有电气部件的驱动器基板500及功率模块基板600在步骤S103中被预备组件化，成为下侧基板组件1200。具体而言，通过将安装于功率模块基板600的上表面的各引脚端子压入或嵌入到驱动器基板500的对应的通孔中，来将驱动器基板500与功率模块基板600固定。
在步骤S104中，在步骤S102中被预备组件化的上侧基板组件1100与在步骤S103中被预备组件化的下侧基板组件1200连结，成为基板组件1300。
具体而言，通过将从下侧基板组件1200中的驱动器基板500向上侧突出的端子TD1～TD11、TE1～TE11、TF1～TF11的每一个的前端部，压入或嵌入到从上侧基板组件1100中的接合基板400向下侧突出的端子TA1～TA11、TB1～TB11、TC1～TC11的每一个的开口部中，来将上侧基板组件1100与下侧基板组件1200固定。
在步骤S104的接下来的步骤S105中，将基板组件1300配置于壳体24内。具体而言，以功率模块基板600的下表面与壳体24的底壁部25接触的方式，将基板组件1300载置于底壁部25，使用螺钉等将基板组件1300相对于壳体24固定。
根据本制造方法，构成为，在将电气部件安装于各基板的状态下，将各基板彼此连结而构成基板组件1300，并将基板组件1300配置于壳体24内。因此，与在将基板配置于壳体内之后进行电气部件相对于基板的安装相比，能够削减制造工时。尤其是，在将电气部件安装于基板时可以采用浸焊法，所以能够大幅削减制造工时。
(变形例)
关于本实施方式的电源装置1的结构，如图3所示那样，壳体24是由侧面部和底面部25构成，且上表面开口的箱型形状，在壳体24的底面部25形成有供冷却水流通的水套26，但也可以如图14所示那样以使水套26邻近多个面的方式配置。而且，在该情况下，也可以将功率模块基板600配置于侧面部。通过设为这样的结构，能够利用在水套26中流通的冷却水，高效地进行对安装于功率模块基板600的发热电气部件的冷却。此外，虽然未图示，但将功率模块基板600分开配置于底面部25和侧面部，也能够得到相同的效果。
如以上说明的那样，本实施方式的开关电源装置是具有与多相电源连接的多个电源电路的开关电源装置，其具备：第一基板，安装有构成防止来自所述电源的噪声的侵入的滤波器电路的电气部件，所述滤波器电路的输出端设置于所述第一基板的第一方向上的一端侧；第二基板，载置于容纳所述开关电源装置的壳体的底壁部，且安装有构成设置于所述滤波器电路的后级的电路的功率半导体，设置于所述滤波器电路的后级的电路的输入端设置于所述第二基板的与所述第一方向交叉的第二方向上的一端侧；以及第三基板，配置于所述第一基板与所述第二基板之间，且形成有将所述输出端与所述输入端电连接的配线图案。
因此，能够对应多相交流，实现小型化并高效地进行发热电气部件的冷却。
在2017年12月27日提出的日本专利申请特愿2017-251243中包含的说明书、附图及摘要的公开内容全部引用于本申请。
工业实用性
根据本发明的基板结构，能够对应多相交流，实现小型化并高效地进行发热电气部件的冷却，适于车载用途中。
附图标记说明
1 开关电源装置(电源装置)
2 外部电源
3 电池
4A、4B、4C 电源电路
5 DC滤波器电路(直流滤波器电路)
6 控制电路
7、7A、7B、7C AC滤波器电路(交流滤波器电路)
8 单相全波整流电路
9 功率因数改善电路
10、10A、10B、10C 电容器
11 DC/DC转换器(直流/直流转换器)
12 二极管
13、13A1、13A2、13B1、13B2、13C1、13C2 线圈
14 开关元件
15 二极管
16 逆变器
17 变压器
18 二次侧整流电路
19 电容器
20 开关元件
21 送电线圈
22 受电线圈
23 二极管
24 壳体
25 底面部
26 水套
27 连结部
28 连结部
29 连结部
30 连接器
31 引脚端子
32 金属嵌钉
32a 内螺纹部
33 螺钉
33a 外螺纹部
34 脚部
35 开口部
36 脚部
37 前端部
38 电气部件
39 输出端子
40 电气部件
100 AC滤波器基板(交流滤波器基板)
200 DC滤波器基板(直流滤波器基板)
300 控制基板
400 接合基板
500 驱动器基板
600 功率模块基板
1000 上侧基板预备组件
1100 上侧基板组件
1200 下侧基板组件
1300 基板组件
HA1、HA2、HA3、HA4、HA5、HA6、HA7、HA8 通孔
HB1、HB2、HB3、HB4、HB5、HB6、HB7、HB8 通孔
HC1、HC2、HC3、HC4、HC5、HC6、HC7、HC8 通孔
PA1、PA2、PA3、PA4、PA5、PA6、PA7、PA8、PA9、PA10、PA11、PA12、PA13 配线图案
PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、PB7、PB8、PB9、PB10、PB11、PB12、PB13 配线图案
PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PC6、PC7、PC8、PC9、PC10、PC11、PC12、PC13 配线图案
TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8、TA9、TA10、TA11 端子
TB1、TB2、TB3、TB4、TB5、TB6、TB7、TB8、TB9、TB10、TB11 端子
TC1、TC2、TC3、TC4、TC5、TC6、TC7、TC8、TC9、TC10、TC11 端子
TD1、TD2、TD3、TD4、TD5、TD6、TD7、TD8、TD9、TD10、TD11 端子
TE1、TE2、TE3、TE4、TE5、TE6、TE7、TE8、TE9、TE10、TE11 端子
TF1、TF2、TF3、TF4、TF5、TF6、TF7、TF8、TF9、TF10、TF11 端子

Claims (5)

1.一种开关电源装置，是具有与多相电源连接的多个电源电路的开关电源装置，其特征在于，具备：
第一基板，安装有构成防止来自所述外部电源的噪声的侵入的滤波器电路的电气部件，所述滤波器电路的输出端设置于所述第一基板的第一方向上的一端侧；
第二基板，载置于容纳所述开关电源装置的壳体的底壁部，且安装有构成设置于所述滤波器电路的后级的电路的功率半导体，设置于所述滤波器电路的后级的电路的输入端设置于所述第二基板的与所述第一方向交叉的第二方向上的一端侧；以及
第三基板，配置于所述第一基板与所述第二基板之间，且形成有将所述输出端与所述输入端电连接的配线图案。
2.如权利要求1所述的开关电源装置，其中，
在所述第二基板上安装有所有构成设置于所述滤波器电路的后级的电路的功率半导体。
3.如权利要求1所述的开关电源装置，其中，
所述电源电路具有包括开关元件、二极管及线圈的功率因数改善电路，所述开关元件及所述二极管安装于所述第二基板，并且所述线圈安装于所述第三基板。
4.如权利要求3所述的开关电源装置，其中，
所述电源电路具有设置于所述功率因数改善电路的后级的电容器，所述电容器安装于所述第三基板。
5.如权利要求1所述的开关电源装置，其中，
所述第二基板是铝基板。
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