JP2000014150A - 電力用スィッチング装置及びその組み立て方法 - Google Patents
電力用スィッチング装置及びその組み立て方法Info
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- JP2000014150A JP2000014150A JP10171433A JP17143398A JP2000014150A JP 2000014150 A JP2000014150 A JP 2000014150A JP 10171433 A JP10171433 A JP 10171433A JP 17143398 A JP17143398 A JP 17143398A JP 2000014150 A JP2000014150 A JP 2000014150A
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
例を示す回路図である。
図である。
斜視図である。
斜視図である。
斜視図である。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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---|---|---|---|
JP17143398A JP3744206B2 (ja) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | 電力用スィッチング装置 |
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