JP2000014150A - 電力用スィッチング装置及びその組み立て方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発熱部品の冷却性を損なうことなく、かつ、体
格増大を招くことなく、組み立て作業の簡素化を図るこ
と。 【解決手段】配線基板８の裏面（反実装面）及び一側面
（一辺）を囲覆してＬ字状の金属部材９が設けられる。
金属部材９は互いに締結されるスィッチング素子支持部
材９３及び配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材９１か
らなり、配線基板８の一辺部はスィッチング素子支持部
材９３に支承され、配線基板８の他部位は配線基板囲覆
支持兼発熱部品担持部材９１に支承されている。スィッ
チング素子支持部材９３は、配線基板８の上記一側面を
囲覆、保護するとともにパワースィッチング素子１１を
搭載し、冷却する。配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部
材９１は、配線基板８の反実装面を一側面を囲覆、保護
するとともに発熱部品３、７を担持、冷却する。本構成
では、パワースィッチング素子１１の外部接続端子を配
線基板８へはんだ付けした後で、配線基板囲覆支持兼発
熱部品担持部材９１を配線基板８に組み付けることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パワースィッチン
グ素子が搭載される金属部材と、この金属部材に固定さ
れてパワースィッチング素子を制御する電子回路が実装
される配線基板とを備える電力用スィッチング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から知られているように、電力用Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ装置は、入力される直流電力を交流
電力に変換するインバータ回路、インバータ回路の出力
電圧を変更するトランス、トランスの出力を整流する整
流回路、及び、整流回路の出力電圧を平滑化する出力平
滑化回路を有している。また、インバータ回路の入力電
流の平滑化のために入力平滑回路を設けることも良く行
われる。

【０００３】電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ装置を構成す
る上記素子のうち少なくともインバータ回路の電力スィ
ッチング素子は冷却やヒートシンクのために金属部材を
通じて配線基板に固定され、電力用ＤＣ−ＤＣコンバー
タ装置を構成する他の回路部品は配線基板に実装される
のが通常である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ装置（以下単にＤＣ−
ＤＣコンバータ回路という）では、発熱部品の冷却性を
損なうことなく、かつ、体格増大を招くことなく、組み
立て作業の簡素化を図ることが容易ではなかった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、発熱部品の冷却性を損なうことなく、かつ、体格
増大を招くことなく、組み立て作業の簡素化を図ること
をその目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電力用ス
ィッチング装置によれば、配線基板の裏面（反実装面）
及び一側面（一辺）を囲覆してＬ字状の金属部材が設け
られる。金属部材は別体に形成された板状部材からな
り、互いに締結されるスィッチング素子支持部材及び配
線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材からなり、配線基板
の一辺部はスィッチング素子支持部材に支承され、配線
基板の他部位は配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材に
支承されている。

【０００７】スィッチング素子支持部材は、配線基板の
上記一側面を囲覆、保護するとともにパワースィッチン
グ素子を搭載し、冷却する。配線基板囲覆支持兼発熱部
品担持部材は、配線基板の上記反実装面を一側面を囲
覆、保護するとともに発熱部品を担持、冷却する。な
お、スィッチング素子支持部材に搭載されたパワースィ
ッチング素子及び配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材
に担持された発熱部品は配線基板の実装面上にて配線基
板上の他の回路素子と接続される。

【０００８】上記構成を採用することにより、以下の作
用効果を奏することができる。まず、配線基板を支承す
る金属部材は、Ｌ字状に形成されて配線基板の裏面（反
実装面）及び一側面（一辺）を囲覆するので、これら裏
面（反実装面）及び一側面（一辺）を良好に保護するこ
とができる。 次に、パワースィッチング素子はスィッ
チング素子支持部材により、他の発熱部品は配線基板囲
覆支持兼発熱部品担持部材により、それぞれ良好に冷却
されることができる。また、パワースィッチング素子と
他の発熱部品は離れて配置でき、相互の熱干渉やスペー
スの取り合いが少ない。また、発熱部品は実装面の好適
な部位に突出することができる。なお、この場合、パワ
ースィッチング素子は配線基板の実装面と直角に形成さ
れるスィッチング素子支持部材のスィッチング素子搭載
面に設けられて実装面側に突出することになるが、半導
体モジュールであるパワースィッチング素子の高さは小
さく、それが大きく実装面側に飛び出すことはない。ま
た、パワースィッチング素子及び発熱部品の端子は実装
面上で良好に接続することができ、発熱部品の端子は上
方からのねじの締結によりブスバーに簡単に接続するこ
とができる。更に、スィッチング素子支持部材と配線基
板囲覆支持兼発熱部品担持部材とは、密着、締結されて
いるので、両者間の熱伝導が良好となり、パワースィッ
チング素子も発熱部品もスィッチング素子支持部材と配
線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材との両方をヒートシ
ンクや放熱部材として用いることができる。

【０００９】本構成では更に、パワースィッチング素子
を搭載するスィッチング素子支持部材と発熱部品を担持
する配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材とを別体化し
ている。これにより、パワースィッチング素子をスィッ
チング素子支持部材に搭載し、パワースィッチング素子
の外部接続端子を配線基板側に接続した後で、配線基板
囲覆支持兼発熱部品担持部材をスィッチング素子支持部
材に固定し、配線基板を囲覆、支持することが可能とな
り、パワースィッチング素子の外部接続端子の接続処理
方法に各種のものを採用することができ、組み立て作業
が簡素となる。たとえば、パワースィッチング素子をス
ィッチング素子支持部材に固定し、その外部接続端子を
配線基板にはんだ付けした後、スィッチング素子支持部
材及び配線基板を配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材
に締結する。このようにすれば、外部接続端子の接続作
業とくにはんだ付け作業時に配線基板囲覆支持兼発熱部
品担持部材が邪魔となることがない。

【００１０】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の電力用スィッチング装置において更に、配線基板はス
ィッチング素子支持部材の最下面に締結され、パワース
ィッチング素子の外部接続用端子は前記配線基板の反実
装面にてはんだ付けされる。このようにすれば、パワー
スィッチング素子の外部接続端子接続作業が簡単とな
る。

【００１１】たとえば、パワースィッチング素子をスィ
ッチング素子支持部材に固定し、その外部接続端子を配
線基板に設けた孔に挿入した状態で、この配線基板、ス
ィッチング素子支持部材サブアッセンブリを噴流はんだ
槽にセットし、配線基板の裏面（反実装面）に突出する
上記外部接続端子を他のはんだ接続部位とともに一括し
てはんだ付けする。このようにすれば、はんだ付け作業
が容易となる。

【００１２】請求項３記載の構成によれば請求項１又は
２記載の電力用スィッチング装置において更に、発熱部
品は配線基板に設けられた穴部または切り欠き部から配
線基板の実装面側に突出される。このようにすれば、発
熱部品が挿入される配線基板の穴や切り欠き部の周囲の
いずれかの位置に配線基板側の接続端子を設ければよ
く、接続端子と発熱部品の端子との接続が容易となり、
接続端子やそれに接続される配線部材の引き回し自由度
が向上し、配線基板上の回路素子配置自由度が増大させ
ることができる。また、上記配線部材の簡素化による配
線抵抗損失の低減を実現する可能性が増大する。

【００１３】請求項４記載の電力用スィッチング装置の
組み立て方法によれば、スィッチング素子支持部材に固
定したパワースィッチング素子の外部接続端子を配線基
板にはんだ付け完了した後で、配線基板及びスィッチン
グ素子支持部材を配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材
を固定することができるので、組み立て作業性が向上す
る。

【００１４】

【発明を実施するための態様】本発明の電子回路装置の
一例としてＤＣ−ＤＣコンバータ装置の好適な態様を以
下の実施例を参照して説明する。

【００１５】

【実施例１】本発明の電子回路装置の実施例としてのＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ装置（本発明でいう電力用スィッチ
ング装置）を図１を参照して説明する。図１は、このＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ装置の回路図である。このＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ装置は、電気自動車の走行エネルギー蓄電
用の主バッテリ（図示せず）から、補機及び制御装置給
電用の補機バッテリに電圧変換して給電するためのもの
であって、直流電源（図示せず）に接続されてその電流
を平滑化する入力平滑回路１、入力平滑回路１から入力
される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路
２、インバータ回路２の出力電圧を変更するトランス
３、トランス３の出力を整流する全波整流回路モジュー
ル４、及び、全波整流回路モジュール４の出力電圧を平
滑化する出力平滑化回路５を有するインバータ回路をそ
の主要な構成要素とし、更に、インバータ回路２を制御
するコントローラ、電流センサなどを有し、出力平滑化
回路５は平滑コンデンサ６及びチョークコイル７からな
る。

【００１６】更に、このＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、
斜視図である図２に示すように、上記部品や回路素子を
実装するための配線基板８及びベースプレート（本発明
でいう金属部材）９を有している。配線基板８の実装面
には、各部品や回路素子の間を縫って多数のブスバー１
０が延設されている。インバータ回路２は周知のように
４個のＩＧＢＴモジュール（パワースィッチング素子）
１１をいわゆるＨブリッジ構成してなり、各ＩＧＢＴモ
ジュール１１はＩＧＢＴとフライバックダイオードとを
逆並列接続してなる。

【００１７】配線基板８は、全波整流回路モジュール
４、ＩＧＢＴモジュール１１、トランス３及びチョーク
コイル７以外の部品や回路素子が実装面に実装される多
層アルミナ基板からなる。各部品や回路素子を配線基板
８に実装するには、図４に示すように、配線基板８に設
けたホールに端子を挿入し、配線基板８の反実装面側で
はんだで固定して行われる。

【００１８】ベースプレート９は、アルミ部材であっ
て、配線基板８の反実装面に近接してそれと平行に延設
される厚板状の平行板部（本発明でいう配線基板囲覆支
持兼発熱部品担持部材）９１と、平行板部９１の短辺か
ら配線基板８側へ向けて平行板部９１と直角に立設され
る線状突起部９２と、パワースィッチング素子支持板部
（スィッチング素子支持部材）９３とからなる。

【００１９】パワースィッチング素子支持板部９３は、
その配線基板８側の主面にインバータ回路２の各ＩＧＢ
Ｔモジュール１１が搭載されるヒートシンクであって、
線状突起部９２の頂面にねじ９４により締結され、これ
により、ベースプレート９の平行板部９１は配線基板８
の反実装面に所定間隔を隔てて対面されている。したが
って、ベースプレート９の平行板部９１は、配線基板８
の反実装面を保護するケース機能を有するとともに、Ｉ
ＧＢＴモジュール１１の放熱板としての機能も有してい
る。

【００２０】配線基板８の一辺は、図４に示すように、
パワースィッチング素子支持板部９３の下端部から配線
基板８側へ配線基板８と平行に延設される配線基板支持
突起９５の下面に接して締結されている。配線基板８の
他部位も、平行板部９１から配線基板８側へ向けて立設
される配線基板支持突起９６に締結され、これにより、
ベースプレート９は、配線基板８を支持する機能も果た
している。

【００２１】配線基板８には、図３、図４に示すよう
に、トランス３挿入用の孔部８１と、全波整流回路モジ
ュール４及びチョークコイル７挿入用の切り欠き部８２
とが設けられている。トランス３は孔部８１に挿入され
て、その底面は平行板部９１の上面に突設されたトラン
ス用台座部９７に着座されている。全波整流回路モジュ
ール４は切り欠き部８２に挿入されて、その底面は平行
板部９１の上面に突設された台座部９８に着座されてい
る。チョークコイル７は全波整流回路モジュール４に隣
接して切り欠き部８２に挿入されて、その底面は平行板
部９１の上面に突設された台座部９９に着座されてい
る。すなわち、ベースプレート９は大重量部品であるト
ランス３及びチョークコイル７を担持する機能を有する
とともに、大発熱部品である全波整流回路モジュール４
を支持し放熱する機能も有する。

【００２２】全波整流回路モジュール４は、台座部９８
上に穿設されたねじ穴に締結されるが、トランス３およ
びチョークコイル７の下部はコアであるので台座部９
７、９９に締結されない。ここで重要なことは、各台座
部９７〜９９の高さはそれぞれ異なるように形成され
て、それらの上に搭載された全波整流回路モジュール
４、トランス３およびチョークコイル７の端子が、締結
のために配線基板８の実装面上方の各ブスバー１０にそ
れぞれ重なることができるようになっている点にある。

【００２３】トランス３は、一次コイル及び二次コイル
が巻装された三脚形コア３０を有しており、この、三脚
形コア３０の上にコア押さえプレート３１が被せられて
いる。コア押さえプレート３１は、三脚形コア３０の側
面に沿って配線基板８から立設される一対の側板部３１
１と、両側板部３１１の先端間に設けられて三脚形コア
３０の頂面に密接する天板部３１２とを有する門形薄板
金属部材である。両側板部３１１は、配線基板８を貫通
するねじによりベースプレート９の平行板部９１に締結
され、これによりトランス３が配線基板８及びベースプ
レート９に固定されている。天板部３１２は、中央部が
トランス３側に向けて湾曲してトランス３をベースプレ
ート９の平行板部９１に向けて弾性付勢している。

【００２４】チョークコイル７は、コイルが巻装された
三脚形コア７０を有しており、この三脚形コア７０の上
にコア押さえプレート７１が被せられている。コア押さ
えプレート７１は、三脚形コア７０の側面に沿って配線
基板８から立設される一対の側板部７１１と、両側板部
７１１の先端間に設けられて三脚形コア７０の頂面に密
接する天板部７１２とを有する門形薄板金属部材であ
る。両側板部７１１は、配線基板８を貫通するねじによ
りベースプレート９の平行板部９１に締結され、これに
よりチョークコイル７が配線基板８及びベースプレート
９に固定されている。天板部７１２は、中央部がチョー
クコイル７側に向けて湾曲してチョークコイル７をベー
スプレート９の平行板部９１に向けて弾性付勢してい
る。

【００２５】インバータ回路２のＩＧＢＴモジュール
（パワースィッチング素子）１１について、図５を参照
して説明する。各ＩＧＢＴモジュール１１は、ＩＧＢＴ
チップ及びダイオードチップがアルミブロックに接着さ
れ、樹脂モールドされてなり、それぞれ三本の外部接続
端子１１ａが取り出されている。１１ｂは温度センサで
ある。各ＩＧＢＴモジュール１１は薄い電気絶縁フィル
ム１１ｃを介して図示しないねじによりパワースィッチ
ング素子支持板部９３に締結されている。各ＩＧＢＴモ
ジュール１１の外部接続端子１１ａ及び温度センサ１１
ｂの端子はそれぞれ配線基板８に設けた孔に挿入され
て、配線基板８の裏面側ではんだ付けされている。

【００２６】パワースィッチング素子支持板部９３は、
その配線基板８側の主面にインバータ回路２の各ＩＧＢ
Ｔモジュール１１が搭載されるヒートシンクであって、
線状突起部９２の頂面にねじ９４により締結され、これ
により、ベースプレート９の平行板部９１は配線基板８
の反実装面に所定間隔を隔てて対面されている。したが
って、ベースプレート９の平行板部９１は、配線基板８
の反実装面を保護するケース機能を有するとともに、Ｉ
ＧＢＴモジュール１１の放熱板としての機能も有してい
る。

【００２７】次に、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の要
部組み立て順序を以下に説明する。まず、図５に示すよ
うに、必要な部品や回路素子を配線基板８の実装面に組
み付け、それらの端子を配線基板８に設けた孔に挿入す
る。また、ＩＧＢＴモジュール１１及び温度センサ１１
ｂをパワースィッチング素子支持板部９３に締結し、そ
れらの外部接続端子１１ａを配線基板８に設けた孔に挿
入する。また、パワースィッチング素子支持板部９３を
配線基板８の一辺に締結する（図５参照）。

【００２８】次に、このサブアッセンブリを噴流はんだ
槽にセットして配線基板８の裏面側ではんだ付けを行
い、その後、パワースィッチング素子支持板部９３を線
状突起部９２に締結する。最後に、図４に示すように、
トランス３、全波整流回路モジュール４及びチョークコ
イル７を上方から取り付け、全波整流回路モジュール４
を締結し、コア押さえプレート３１、７１を締結する。
最後に、これらトランス３、全波整流回路モジュール４
及びチョークコイル７の端子をブスバー１０などに締結
する。

【００２９】以上説明した本実施例のＤＣ−ＤＣコンバ
ータ装置によれば、先に説明した作用効果の他に、次の
効果を奏することができる。本発明でいう配線基板囲覆
支持兼発熱部品担持部材は平行板部９１及び線状突起部
９２からなり、線状突起部９２が配線基板８と平行板部
９１との間のギャップを確保するので、スィッチング素
子支持部材であるパワースィッチング素子支持板部９２
の下面に配線基板８を固定することができ、これにより
パワースィッチング素子支持板部９２を配線基板８に固
定した状態で配線基板８の裏面の噴流はんだ槽を用いた
一括はんだ付けを支障なく行うことができる。

【００３０】インバータ回路２のパワースィッチング素
子を支持してそれを冷却するとともに配線基板を支持す
るベースプレート（金属部材）９は、配線基板８の反実
装面に所定間隔を隔ててそれを保護する。更に、ベース
プレート９はトランス３またはチョークコイル７の底面
に密着して、その支持、冷却を行うことができる。ま
た、コアをもつため背が高くなるこのトランス３及びチ
ョークコイル７の端子が、ベースプレート９と配線基板
８との隙間分だけ、配線基板８側にシフトすることがで
きるので、配線基板８に実装される背が低いその他の部
品や回路素子とトランス３やチョークコイル７の端子と
の接続が容易となる。

【００３１】その上、トランス３、全波整流回路モジュ
ール４及びチョークコイル７が配線基板８の穴部や切り
欠き部を通じてベースプレート９の平行板部９１に密着
されるので、トランス３などのこれらの部品を配線基板
８の周囲に設ける場合に比較して配線上、適切な場所に
設けることができ、各部品間のスペース配分や配線引き
回しが簡素とすることができ、ＤＣ−ＤＣコンバータ装
置の体格縮小にも有効である。また、配線基板８に設け
られたトランス３またはチョークコイル７挿入用の穴や
切り欠きは、トランス３またはチョークコイル７の位置
決め用のガイドとしても用いることができる。

【００３２】更に、トランス３、全波整流回路モジュー
ル４およびチョークコイル７すなわち各発熱部品を担持
するベースプレートの台座部９７〜９９の頂面（発熱部
品担持面）は、図４に示すように、互いに異なる高さに
設定されて、これにより、これら発熱部品の端子がベー
スプレート９上方の各ブスバー１０にそれぞれ容易に締
結されることができる。また、この締結により、各発熱
部品をベースプレート９の平行板部９１に押し付けて伝
熱抵抗を低減できる効果も奏する。

【００３３】また更に、これら台座部９７〜９９は、ベ
ースプレート９のアルミダイキャストにより作製するこ
とができ、製造工程を複雑化することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の一実施
例を示す回路図である。

【図２】 図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ装置の斜視
図である。

【図３】 図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ装置の一部
斜視図である。

【図４】 図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ装置の分解
斜視図である。

【図５】 図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ装置の分解
斜視図である。

【符号の説明】

２はインバータ回路、３はトランス（発熱部品）、４は
全波整流回路モジュール（発熱部品）、７はチョークコ
イル（発熱部品）、８は配線基板、９はベースプレート
（金属部材）、１０はブスバー、１１はＩＧＢＴモジュ
ール（パワースィッチング素子）、１１ａはＩＧＢＴモ
ジュール１１の外部接続端子、９１はベースプレート９
の平行板部（配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材）、
９２はベースプレート９の線状突起部、９３はベースプ
レート９のパワースィッチング素子支持板部（スィッチ
ング素子支持部材）、８１は配線基板８の穴部、８２は
配線基板８の切り欠き部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実装面に回路素子が実装される配線基板
   と、前記配線基板が固定されるとともにパワースィッチ
   ング素子および発熱部品を支承する良熱伝導性の金属部
   材とを備え、 前記金属部材は、 前記パワースィッチング素子を搭載するスィッチング素
   子搭載面が前記配線基板の一辺から前記実装面側にて前
   記実装面に直角となる姿勢で配置される良熱伝導性のス
   ィッチング素子支持部材と、 先端部が前記配線基板の実装面を越えて突出する発熱部
   品の底面を支承しつつ前記配線基板の反実装面を囲覆す
   るとともに前記配線基板が締結される良熱伝導性の配線
   基板囲覆支持兼発熱部品担持部材と、 を備える電力スィッチング装置であって、 前記スィッチング素子支持部材は、前記スィッチング素
   子支持部材とは別体に形成されて前記配線基板囲覆支持
   兼発熱部品担持部材の一辺部に締結され、かつ、前記配
   線基板の一辺部に締結されていることを特徴とする電力
   用スィッチング装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の電力用スィッチング装置に
   おいて、 前記配線基板は前記スィッチング素子支持部材の最下面
   に締結され、前記パワースィッチング素子の外部接続用
   端子は前記配線基板の反実装面にてはんだ付けされてい
   ることを特徴とする電力用スィッチング装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の電力用スィッチング
   装置において、 前記発熱部品は、前記配線基板に設けられた穴部または
   切り欠き部から前記配線基板の実装面側に突出している
   ことを特徴とする電力用スィッチング装置。
4. 【請求項４】板状金属材製のスィッチング素子支持部材
   のスィッチング素子搭載面にパワースィッチング素子を
   搭載し、 前記パワースィッチング素子の端子を配線基板にはんだ
   付けし、 前記スィッチング素子搭載面が前記配線基板の実装面に
   直角となるように前記配線基板の一辺部を前記スィッチ
   ング素子支持部材に締結し、 前記配線基板の反実装面と平行に板状金属部材製の配線
   基板囲覆支持兼発熱部品担持部材を配置して前記配線基
   板の反実装面を囲覆し、 前記スィッチング素子支持部材および配線基板を前記配
   線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材に締結することを特
   徴とする電力用スィッチング装置の組み立て方法。