CN115224021A - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是获得一种组装性良好并且能小型化的功率转换装置。本发明的功率转换装置(1)包括：半导体开关元件(2)；固定有半导体开关元件(2)的壳体7；电路基板(3)，其安装有用于驱动半导体开关元件(2)的驱动电路，并且相对于固定面(7fm)隔开间隔地相对配置；插入引导件(5)，其配置在电路基板(3)的相对于固定面(7fm)的相对面上；以及端子延伸构件(8)，其呈长条状，并且具有与脉冲变压器(4)的高度(H)相对应的长度(L)，其一端与引线端子(2t)接合，另一端朝向插入引导件(5)延伸，脉冲变压器(4)配置在相对面上，使得其与半导体开关元件(2)的主面(2f)相对。

Description

功率转换装置
技术领域
本申请涉及功率转换装置。
背景技术
多个功率转换装置搭载在像电动车、混合动力汽车那样，将电动机用作为驱动源的电动车辆上。作为功率转换装置，有将来自交流电源的交流电转换为直流电并向用于驱动的电池充电的充电器、以及将来自电池的直流电转换为用于驱动电动机的交流电的逆变器。另外，可以列举使驱动用电池的高电压与用于辅助设备的电池匹配地转换为低电压(例如12V)的DC/DC转换器等。
近年来，由于功率转换装置的低成本化、轻量化、电动车辆的安装空间缩小，因此要求将逆变器和DC/DC转换器一体单元化。因此，存在一种技术，为了使DC/DC转换器的结构简化和小型化，使用包括脉冲变压器和驱动IC的驱动电路作为用于半导体开关元件的导通/截止驱动的单元(例如，参照专利文献1)。
对于该技术，应用将半导体开关元件固定到壳体，并且利用壳体作为散热板的技术(例如，参照专利文献2)。在这种情况下，为了使半导体开关元件和驱动电路之间的电连接变得容易，希望在安装有驱动电路的电路基板上设置用于引导半导体开关元件的引线端子的插入引导件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2020－14339号公报(段落0014～0050、图1～图7)
专利文献2：国际公开第2018/055668号(段落0012～0018，图1～图3)
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在这种功率转换装置中，需要在半导体开关元件和电路基板之间设置与插入引导件的高度相当的间隔，因此在半导体开关元件和电路基板之间产生不需要的空间。因此，从小型化的观点出发，可以考虑在半导体开关元件和电路基板的空间中配置驱动电路，有效利用不需要的空间的方法。然而，由于半导体开关元件的引线端子的限制，具有比插入引导件更高的高度的脉冲变压器无法收纳在空间内，需要安装在电路基板中的与插入引导件相反一侧的面上，从而体积不必要地变大。
本申请公开了一种用于解决上述问题的技术，其目的是获得一种组装性好、能小型化的功率转换装置。
用于解决技术问题的技术手段
本申请所公开的功率转换装置的特征在于，包括：半导体开关元件，该半导体开关元件分别呈板状、成对地形成且形成用于功率转换的桥；壳体，该壳体的固定面上固定有所述半导体开关元件的主面中的一个；电路基板，该电路基板安装有用于驱动所述半导体开关元件的驱动电路，并且相对于所述固定面隔开间隔地相对配置；插入引导件，该插入引导件配置在所述电路基板的相对于所述固定面的相对面上；以及端子延伸构件，该端子延伸构件呈长条状，具有与形成所述驱动电路的脉冲变压器的高度相对应的长度，该端子延伸构件的一端与从所述半导体开关元件的一个侧部突出的引线端子接合，另一端朝向所述插入引导件延伸，所述脉冲变压器配置在所述相对面上，使得所述脉冲变压器与所述半导体开关元件的主面中的另一个相对。
发明效果
根据本申请所公开的功率转换装置，能将脉冲变压器配置在半导体开关元件和电路基板之间，因而能获得组装性好、且能小型化的功率转换装置。
附图说明
图1A和图1B是用于说明实施方式1的功率转换装置的结构的俯视图和剖视图。
图2A、图2B和图2C分别是构成实施方式1的功率转换装置的半导体开关元件、以及形状不同的两种端子延伸构件的立体图。
图3是构成实施方式1的功率转换装置的电路基板部分的剖视图。
图4是用于说明实施方式1的变形例所涉及的功率转换装置的结构的剖视图。
图5A和图5B是用于说明实施方式2的功率转换装置的结构的俯视图和剖视图。
具体实施方式
实施方式1.
图1A、图1B～图3是用于说明实施方式1的功率转换装置的结构的图，图1A是从电路基板侧观察功率转换装置时的俯视图，图1B是图1A的A-A线处的剖视图。图2A是构成功率转换装置的半导体开关元件的立体图，图2B是端子延伸构件的立体图，图2C是变形例的端子延伸构件的立体图。并且，图3是对应于图1A中的B-B线的电路基板部分的剖视图。并且，图4是变形例所涉及的功率转换装置的剖视图，对应于图1A的A-A线。
为了明确本申请的特征部分，省略了除半导体开关元件、电路基板、插入引导件、驱动电路(脉冲变压器周围)等与配置相关的部件以外的绘制。实际的功率转换装置的周围用壳体覆盖。另外，在图1A和实施方式2中使用的图5A中，使电路基板、布线图案、插入引导件以及脉冲变压器的主体部分透明，并用虚线或者点线进行绘制。
本实施方式1的功率转换装置1是将输入的直流电转换为期望电压的直流电压的DC/DC转换器。如图1A所示，具有第一开关元件21～第四开关元件24(在不区分第一～第四的情况下，称为“半导体开关元件2”)作为全桥型DC/DC转换器的初级侧的结构部件。而且，如图1B所示，各个半导体开关元件2固定在兼用作冷却板的壳体7的固定面7fm上，与固定面7fm隔开间隔地配置有电路基板3。
在电路基板3的朝向壳体7的相对面(安装面3fm)上，安装有第一脉冲变压器41和第二脉冲变压器42(在不区分第一和第二的情况下，称为“脉冲变压器4”)，并且形成有未图示出的驱动用IC等驱动电路。而且，第一开关元件21～第四开关元件24中的每一个和电路基板3经由第一端子延伸构件81～第四端子延伸构件84(在不区分第一～第四的情况下，称为“端子延伸构件8”)电连接。
第一开关元件21是左侧臂的高侧元件，第二开关元件22是左侧臂的低侧元件，第三开关元件23是右侧臂的高侧元件，第四开关元件24是右侧臂的低侧元件。将MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)用作各个半导体开关元件2。
但是，可以使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)代替MOSFET。另外，也可以是使用与一般的Si(硅)相比，能够进行高电压动作、高速驱动、高温动作的GaN(氮化镓)、SiC(碳化硅)、金刚石等所谓的宽带隙半导体材料的元件。
如图2A所示，在平行于主面2f的方向上从各个半导体开关元件2的侧部2s突出的引线端子2t在垂直于主面2f的方向上成形加工并切断。而且，分别使固定用构件7s(螺钉)通过固定孔2h，经由绝缘构件6固定到壳体7，并且侧部2s(引线端子2t侧)以朝向图1A中的纵向的外侧的方式，被配置成两行两列。
如图2B所示，端子延伸构件8朝向用于从为与引线端子2t接合而使用的接合端8ej插入到电路基板3的插入端8ep而形成长度L的长条形，在中间部分形成有通过弯曲加工朝厚度方向弯曲的变形部8b。然后，当通过焊料或焊接加工将半导体开关元件2固定到壳体7时，接合端8ej接合到引线端子2t的通过成形加工得到的面2tf，使得插入端8ep朝向电路基板3延伸。如后所述，为了确保收纳脉冲变压器4的空间，根据脉冲变压器4的高度H来设定长度L。
因此，当半导体开关元件2被固定到壳体7上时，各端子延伸构件8的插入端8ep从壳体7起突出至长度L+α(取决于接合端8ej的位置)的一定高度，各端子延伸构件8的插入端8ep被分在图1A中的纵向的两个位置，并且分别沿横向排列。另一方面，为了在组装部件时使各个端子延伸构件8和电路基板3之间的电连接变得容易，在电路基板3的安装面3fm上，设置有插入引导件5。插入引导件5与被分在纵向的上下处并且分别沿横向排列的插入端8ep对应，插入引导件5被分在纵向的上下处地配置有2个。
因此，通过沿着插入引导件5插入各端子延伸构件8，从而电路基板3的未图示出的用于电连接的孔与各个半导体开关元件2电连接，并且壳体7与电路基板3之间的位置关系也被固定。此时，在电路基板3的用端子延伸构件8夹住的区域中，即朝向壳体7的固定面7fm的相对面(安装面3fm)的中央部分的区域中，在半导体开关元件2和电路基板3之间形成与长度L相对应的空间。
通过端子延伸构件8能够确保空间，因此第一脉冲变压器41和第二脉冲变压器42在电路基板3的安装面3fm上的被插入引导件5夹住的区域中，沿图1A中的横向排列安装。通过将朝向第二脉冲变压器42突出的输入端子41i连接到从电路基板3的中央部分向右侧延伸的布线图案32a、32b(统称为布线图案32)，从而第一脉冲变压器41与驱动用IC等驱动电路电连接。通过将向外侧突出的输出端子41xb、41xc连接到布线图案34a和34b、布线图案34c和34d(统称为布线图案34)，从而电连接到第一开关元件21和第二开关元件22。
同样地，通过将朝向第一脉冲变压器41突出的输入端子42i连接到与电路基板3同样地从中央部分向右侧延伸的布线图案32a、33b(统称为布线图案33)，从而第二脉冲变压器42与驱动用IC等驱动电路电连接。通过将向外侧延伸的输出端子42xb、42xc连接到布线图案35a和35b、布线图案35c和35d(统称为布线图案35)，从而电连接到第三开关元件23和第四开关元件24。
也就是说，通过设置端子延伸构件8，能将需要配置在电路基板3的远离壳体7的一侧(图1B中的上侧)的脉冲变压器4设置在电路基板3和壳体7之间(安装面3fm上)。由此，在不损害组装性的情况下，能减小空隙率，能通过降低高度(厚度)来实现小型化、低成本化(伴随壳体体积减小而降低材料费)。
此外，由于在端子延伸构件8上设置有沿厚度方向弯曲的变形部8b，因此能吸收由于壳体7和电路基板3之间的位移而引起的应力，从而能确保装置的耐振性。由此，例如，当与逆变器一体单元化时，也能满足因逆变器的布局限制而要求的耐振性要求。
另外，变形部8b不限于图2B所示的弯曲形状。例如，如图2C中所示的变形例的端子延伸构件8那样，可以处于弯曲状态，如果进行至少在厚度方向上弯曲的弯曲加工，则能吸收由于壳体7和电路基板3之间的位移引起的应力，从而能确保装置的耐振性。
另外，虽然标准品时无法实现，但如果使用使引线端子2t的长度与脉冲变压器的高度H相对应地变长的特别规格的所谓的定制品的半导体开关元件2，则端子延伸构件8也可以被省略。此时，如果进行在与上述的变形部8b对应的厚度方向上弯曲的弯曲加工，则能吸收由于壳体7和电路基板3之间的位移而引起的应力，从而能确保装置的耐振性。
另外，各脉冲变压器4的输入端子41i和输入端子42i(统称为输入端子4i)分别向内侧突出，因而被配置在比输出端子41xb、41xc、42xb、42xc(统称为输出端子4x)更靠近半导体开关元件2的固定用构件7s(螺钉)的位置。为了确保装置的绝缘性能，在部件之间需要设置绝缘距离，以免发生绝缘破坏。也就是说，一个端部与壳体7啮合，并且另一个端部从半导体开关元件2的主面2f朝向电路基板突出的螺钉的头部具有与壳体7相同的电位，因此与螺钉头之间的绝缘成为问题。
然而，与连接到作为高电压系统的半导体开关元件2的输出端子4x相比，连接到低电压系统的驱动电路的输入端子4i到壳体7的所需要的绝缘距离可以更短。因此，通过将输入端子4i侧配置在内侧，能进一步降低高度方向，而不会额外地追加对于固定用构件7s(螺钉头)的绝缘构件，从而能进一步实现小型化和低成本化。
如图3所示，电路基板3是具有四层(层3s1～层3s4)结构的多层基板。另外，附图中，对位置关系的说明进行确定化，对纵横的尺寸关系适当变更来进行绘制。这里，对电路基板3上的高电压系统的布线图案35a～35d和低电压系统的布线图案32、33之间的位置关系进行说明。在图中的左右方向上，低电压系统的布线图案32a、32b、33a、33b被配置成收纳在第二脉冲变压器42的输出端子42xb、42xc之间。于是，配置成当在厚度方向上进行投影时使低电压系统的布线图案32、33相对于高电压系统的布线图案35(在层间)不重叠，即到安装面3fm上的投影像彼此分离。
此外，配置成高电压系统的布线图案35a和35b彼此、35c和35d彼此在层间重叠、以及低电压系统的布线图案32a、32b、33a、33b彼此在层间重叠。关于连接到第一脉冲变压器41的输出端子41xb、41xc的高电压系统的布线图案34a～34d，除了未形成低电压系统的布线图案之外，具有与图3相同的配置。由此，由半导体开关元件2(栅极G和源极S)和驱动电路形成的电流环路的面积变小，能提高耐噪性，能通过减小布线图案的面积来进一步小型化。
变形例.
在本变形例中，对由于半导体开关元件的驱动引起的噪声的对策进行说明。如图4所示，本变形例的功率转换装置1中，在安装面3fm的相反侧的面一侧相对于电路基板3隔开间隔地设置了金属制的平坦的屏蔽板9。
在功率转换装置中，由于半导体开关元件的导通/截止动作导致产生电位变动从而产生噪声，安装密度越高，从作为噪声产生源的半导体开关元件周边部向周边电路的噪声传播越大，误动作的问题越显著。作为解决该问题的方法，可以采用在作为噪声源的半导体开关元件周边部配置铝、铁等金属制的屏蔽板的方法。
但是，按照以往，当将脉冲变压器配置在电路基板的远离壳体的一侧时，需要与各脉冲变压器的高度H相匹配地，并且沿着各脉冲变压器的形状对屏蔽板进行加工。然而，如本申请那样，通过端子延伸构件8确保空间，在安装面3fm侧安装脉冲变压器4，从而不必使屏蔽板9与各个脉冲变压器4的高度H或形状匹配，不需要额外的加工，因此能实现小型化和低成本化。
实施方式2.
在上述实施方式1中，示出了将单独的半导体开关元件固定于壳体的例子，但不限于此。在本实施方式2中，对使用将4个半导体开关元件一体成型的模块的例子进行说明。图5A和图5B是用于说明实施方式2的功率转换装置的结构的图，图5A是从电路基板侧观察功率转换装置时的俯视图，图5B是图5A的C-C线的剖视图。另外，除了半导体开关元件的一体化以及伴随一体化的端子的位置变化等，与实施方式1相同，援引实施方式1中使用的图2A、图2B、图3，省略相同部分的说明。
如图5A、图5B所示，实施方式2的功率转换装置1中，将实施方式1中说明的第一开关元件21～第四开关元件24和第一端子延伸构件81～第四端子延伸构件84替换成一体成形的模块20。这里，第一开关元件21的漏极D和第三开关元件23的漏极D以及第二开关元件22的源极S和第四开关元件24的源极S分别布线在模块20内部。同样地，第一开关元件21的源极S和第二开关元件22的漏极D以及第三开关元件23的源极S和第四开关元件24的漏极D也分别布线在模块20内部。
而且，作为模块20的源极S和栅极G的端子28具有对应于实施方式1中说明的引线端子2t的成形和对应于端子延伸构件8的长度L的长度。当模块20被固定到壳体7时，相当于插入端8ep的插入端从壳体7突出至长度L+α的一定高度，并被分在图5A中的纵向的两处，并且分别沿横向排列。插入引导件5也与实施方式1相同，与分在纵向的上下处并分别沿横向排列的插入端相对应，插入引导件5被分在纵向的上下处地配置有2个，在组装时通过将插入端插入到插入引导件5，从而形成模块20与电路基板3的电连接。
另一方面，第一开关元件21的漏极D和第三开关元件23的漏极D作为连接到DC/DC转换器输入侧的端子(P、N)输出到模块20的外部。同样地，第二开关元件22的源极S和第四开关元件24的源极S也作为端子(P、N)输出到模块20的外部。
此外，在第一开关元件21的源极S和第二开关元件22的漏极D之间进行连接的布线作为连接到DC/DC转换器输出侧的端子(Tr1、Tr2)输出到模块20外部。同样地，在第三开关元件23的源极S和第四开关元件24的漏极D之间进行连接的布线也作为端子(Tr1、Tr2)输出到模块20外部。
其它结构要素与实施方式1相同。在本实施方式2中，通过在模块化时形成端子28以使其具有与端子延伸构件8相同的功能，从而能在电路基板3的安装面3fm上设置脉冲变压器4。由此，能在不损害组装性的情况下，减小空隙率，能通过降低高度(厚度)来实现小型化、低成本化(伴随壳体体积减小而降低材料费)。
在实施方式1中，在第一开关元件21～第四开关元件24的漏极D～源极S之间进行连接的布线需要在电路基板3侧实施。但是，在实施方式2中，由于能够在模块20侧实施，所以能够减小电路基板3的投影面积，能够实现装置的进一步小型化。
另外，本申请记载了例示性的实施方式，但实施方式所记载的各种特征、方式及功能并不限于特定的实施方式的适用，能单独或以各种组合适用于实施方式。由此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，设为包含有对至少一个结构要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况。
例如，在实施方式1以及实施方式2中，对全桥式DC/DC转换器的情况进行了说明，但并不限于此。由第一开关元件21、第二开关元件22(成对的半导体开关元件2)和第一脉冲变压器41构成的半桥式DC/DC转换器也能获得同样的效果。
进而，对DC/DC转换器的情况进行了说明，但不限于此。只要是使用了形成有具有脉冲变压器4的驱动电路的电路基板3、主面2f被固定在与电路基板3相对的壳体7的面上的半导体开关元件2、以及插入引导件5的功率转换装置，就可以是DC/DC转换器以外的功率转换装置。
如上所述，根据本申请的功率转换装置1，包括：半导体开关元件2，该半导体开关元件2分别呈板状、成对地形成、并且形成用于功率转换的桥；壳体7，该壳体7的固定面7fm上固定有半导体开关元件2的主面2f中的一个；电路基板3，该电路基板3安装有用于驱动半导体开关元件2的驱动电路，并且相对于固定面7fm隔开间隔地相对配置；插入引导件5，该插入引导件5配置在电路基板3的相对于固定面7fm的相对面(安装面3fm)上；以及端子延伸构件8，该端子延伸构件8呈长条状，具有与形成驱动电路的脉冲变压器4的高度H相对应的长度L，该端子延伸构件8的一端即接合端8ej与从半导体开关元件2的一个侧部2s突出的引线端子2t接合，另一端即插入端8ep朝向插入引导件5延伸，脉冲变压器4配置在相对面(安装面3fm)上，使得其与半导体开关元件2的主面2f的中另一个相对。由此，能将电路基板3容易地组装到固定在壳体7上的半导体开关元件2。此时，脉冲变压器4能通过与端子延伸构件8的长度L相对应地形成的间隙安装在与固定面7fm相对的安装面3fm上，因此不会产生浪费的空间。也就是说，能获得组装性好且能够小型化的功率转换装置。
此时，在端子延伸构件8中，在朝向插入引导件5延伸的中间部分形成有在厚度方向上变形的变形部8b，因此能吸收振动并提高耐振性能。
如上所述，根据本申请的功率转换装置1，包括：半导体开关元件2，该半导体开关元件2分别呈板状、成对地形成、并且形成用于功率转换的桥；壳体7，该壳体7的固定面7fm上固定有半导体开关元件2的主面2f中的一个；电路基板3，该电路基板3安装有用于驱动半导体开关元件2的驱动电路，并且相对于固定面7fm隔开间隔地相对配置；以及插入引导件5，该插入引导件5配置在电路基板3的相对于固定面7fm的相对面(安装面3fm)上，从半导体开关元件2的一个侧部2s突出的引线端子2t具有与形成驱动电路的脉冲变压器4的高度H对应的长度(相当于长度L)，并向插入引导件5延伸，脉冲变压器4配置在相对面(安装面3fm)上，使得其与半导体开关元件2的主面2f的中另一个相对。由此，能将电路基板3容易地组装到固定到壳体7的半导体开关元件2。此时，脉冲变压器4能通过与引线端子2t的长度相对应地形成的间隙安装在与固定面7fm相对的安装面3fm上，因此不会产生浪费的空间。也就是说，能获得组装性好且能够小型化的功率转换装置。
此时，在引线端子2t中，在朝向插入引导件5延伸的中间部分形成有在厚度方向上变形的变形部，因此能吸收振动并提高耐振性能。
特别地，若构成为：半导体开关元件2在使形成有引线端子2t的一个侧部2s的相反侧的侧部彼此相对的情况下排列成一列地进行配置，脉冲变压器4被配置在电路基板3上，使得设有与驱动电路电连接的输入端子4i的面和设有与半导体开关元件2电连接的输出端子4x的面在与半导体开关元件2的排列正交的方向上分别朝向相反侧，则能避免脉冲变压器4的端子与半导体开关元件2的引线端子2t(和端子延伸构件8)之间的干涉，从而能容易地布线。
此外，如果在固定面7fm上将两对半导体开关元件2排列成两列地进行配置，与两对半导体开关元件2相对应地，在电路基板3上，作为脉冲变压器4使两个脉冲变压器41、42在(平行于安装面3fm的方向上的)与一列的排列正交的方向上排列地进行配置，则即使在两行两列的配置下，也能避免脉冲变压器4的端子与半导体开关元件2的引线端子2t(和端子延伸构件8)之间的干涉，能容易地布线。
另外，如果包括固定用构件7s，该固定构件7s的一端部与壳体7啮合，另一端部(螺钉头)从主面2f中的另一个朝向电路基板3突出，并将半导体开关元件2固定在固定面7fm上，两个脉冲变压器41、42配置成设置有输入端子4i的面彼此相对，则由于输入端子4i与输出端子4x相比是低电压系统，因此对于比输出端子4x更靠近螺钉头的输入端子4i，不需要追加额外的绝缘构件。
电路基板是在厚度方向上层叠有多个层的多层基板，并且电连接到输入端子4i的布线图案32、33配置成使沿厚度方向的投影像远离与输出端子4x电连接的布线图案35(或34)，因此，能够提高耐噪性并减小面积。
通过包括设置在相对面(安装面3fm)的背侧的屏蔽板9，从而例如不需要与脉冲变压器4的形状相对应的成型，能设置平坦的屏蔽板9而无需设置额外的空间。
由于多个半导体开关元件2(在某些情况下，与端子延伸构件8一起)一体化作为模块20，因此能减少布线工序并且能实现小型化。
标号说明
1：功率转换装置，2：半导体开关元件，2f：主面，2s：侧部，2t：引线端子，20：模块，3：电路基板，32～35：布线图案，4：脉冲变压器，4i：输入端子，4x：输出端子，5：插入引导件，6：绝缘构件，7：壳体，7fm：固定面，7s：固定用构件，8：端子延伸构件，8ej：接合端，8ep：插入端，9：屏蔽板，H：高度，L：长度。

Claims (16)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
半导体开关元件，该半导体开关元件分别呈板状，成对地形成，且形成用于功率转换的桥；
壳体，该壳体的固定面上固定有所述半导体开关元件的主面中的一个；
电路基板，该电路基板安装有用于驱动所述半导体开关元件的驱动电路，并且相对于所述固定面隔开间隔地相对配置；
插入引导件，该插入引导件配置在所述电路基板的相对于所述固定面的相对面上；以及
端子延伸构件，该端子延伸构件呈长条状，具有与形成所述驱动电路的脉冲变压器的高度相对应的长度，该端子延伸构件的一端与从所述半导体开关元件的一个侧部突出的引线端子接合，另一端朝向所述插入引导件延伸，
所述脉冲变压器配置在所述相对面上，使得所述脉冲变压器与所述半导体开关元件的主面中的另一个相对。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述端子延伸构件中，在朝向所述插入引导件延伸的中间部分形成有在厚度方向上变形的变形部。
3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述半导体开关元件在使所述一个侧部的相反侧的侧部彼此相对的情况下排列成一列地进行配置，
所述脉冲变压器被配置在所述电路基板上，使得设有与所述驱动电路电连接的输入端子的面和设有与所述半导体开关元件电连接的输出端子的面在与所述一列的排列正交的方向上分别朝向相反侧。
4.如权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述固定面上将两对所述半导体开关元件排列成两列地进行配置，
与两对所述半导体开关元件相对应地，在所述电路基板上，作为所述脉冲变压器将两个脉冲变压器沿与所述一列的排列正交的方向排列地进行配置。
5.如权利要求4所述的功率转换装置，其特征在于，
包括固定用构件，该固定用构件的一端部与所述壳体啮合，另一端部从所述主面中的另一个朝向所述电路基板突出，并将所述半导体开关元件固定在所述固定面上，
两个所述脉冲变压器配置成使得设置有所述输入端子的面彼此相对。
6.如权利要求3至5中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电路基板是在厚度方向上层叠有多个层的多层基板，
电连接到所述输入端子的布线图案配置成使沿所述厚度方向的投影像远离与所述输出端子电连接的布线图案。
7.如权利要求1至6中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
包括配置在所述相对面的背侧的屏蔽板。
8.如权利要求1至7中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
多个所述半导体开关元件一体化作为模块。
9.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
半导体开关元件，该半导体开关元件分别呈板状，成对地形成，且形成用于功率转换的桥；
壳体，该壳体的固定面上固定有所述半导体开关元件的主面中的一个；
电路基板，该电路基板安装有用于驱动所述半导体开关元件的驱动电路，并且相对于所述固定面隔开间隔地相对配置；以及
插入引导件，该插入引导件配置在所述电路基板的相对于所述固定面的相对面上，
从所述半导体开关元件的一个侧部突出的引线端子具有与形成所述驱动电路的脉冲变压器的高度对应的长度，并向所述插入引导件延伸，
所述脉冲变压器配置在所述相对面上，使得所述脉冲变压器与所述半导体开关元件的主面中的另一个相对。
10.如权利要求9所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述引线端子中，在朝向所述插入引导件延伸的中间部分形成有在厚度方向上变形的变形部。
11.如权利要求9或10所述的功率转换装置，其特征在于，
所述半导体开关元件在使所述一个侧部的相反侧的侧部彼此相对的情况下排列成一列地进行配置，
所述脉冲变压器被配置在所述电路基板上，使得设有与所述驱动电路电连接的输入端子的面和设有与所述半导体开关元件电连接的输出端子的面在与所述一列的排列正交的方向上分别朝向相反侧。
12.如权利要求11所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述固定面上将两对所述半导体开关元件排列成两列地进行配置，
与两对所述半导体开关元件相对应地，在所述电路基板上，作为所述脉冲变压器将两个脉冲变压器沿与所述一列的排列正交的方向排列地进行配置。
13.如权利要求12所述的功率转换装置，其特征在于，
包括固定用构件，该固定用构件的一端部与所述壳体啮合，另一端部从所述主面中的另一个朝向所述电路基板突出，并将所述半导体开关元件固定在所述固定面上，
两个所述脉冲变压器配置成使得设置有所述输入端子的面彼此相对。
14.如权利要求11至13中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电路基板是在厚度方向上层叠有多个层的多层基板，
电连接到所述输入端子的布线图案配置成使沿所述厚度方向的投影像远离与所述输出端子电连接的布线图案。
15.如权利要求9至14中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
包括配置在所述相对面的背侧的屏蔽板。
16.如权利要求9至15中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
多个所述半导体开关元件一体化作为模块。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3519300B2 (ja) 1999-01-11 2004-04-12 富士電機デバイステクノロジー株式会社 パワーモジュールのパッケージ構造
JP2004172422A (ja) 2002-11-20 2004-06-17 Fujitsu Media Device Kk 立体構造基板及びその製造方法
JP4476592B2 (ja) 2003-10-15 2010-06-09 株式会社デンソー 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP4872693B2 (ja) 2007-02-09 2012-02-08 パナソニック株式会社 電源モジュール
JP5244522B2 (ja) 2008-09-29 2013-07-24 株式会社日立産機システム 電力変換装置
JP5594242B2 (ja) 2011-07-11 2014-09-24 株式会社デンソー スイッチング素子の駆動回路
JP5818754B2 (ja) 2012-08-14 2015-11-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ装置
JP5939274B2 (ja) 2013-07-24 2016-06-22 株式会社デンソー 電源装置
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JP7279324B2 (ja) 2018-09-14 2023-05-23 富士電機株式会社 半導体モジュール
WO2021044490A1 (ja) * 2019-09-02 2021-03-11 株式会社デンソー 電力変換器

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