JP2002190570A - インバータ制御モジュール - Google Patents
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Abstract
ッチング素子にサージ電圧が印加され、スイッチング素
子に破壊が発生してしまう。 【解決手段】セラミック基板2の両主面に対向配置さ
れ、流れる電流の方向が逆である2本のパワーライン3
a、3bと、前記セラミック基板2の一方主面に配置さ
れた3本の出力ライン4a、4b、4cと、前記セラミ
ック基板2の一方主面に形成されている流れる電流の上
流側から下流側にかけて幅を広く形成されたパワーライ
ン3a及び各出力ライン4a、4b、4cに搭載されて
いる複数個のスイッチング素子5と、前記パワーライン
3a上のスイッチング素子5を各出力ライン4a、4
b、4cに接続する第1の接続手段6及び各出力ライン
4a、4b、4c上に搭載されているスイッチング素子
5をセラミック基板2の他方主面に形成されているパワ
ーライン3bに接続する第2の接続手段7とから成る。
Description
御するためのインバータ制御モジュールに関するもので
ある。
ンバータ制御モジュールは、一般に、図3、図4に示す
ようにセラミック基板32の一主面に直流電源が供給さ
れる2本のパワーライン33a、33b及び3相交流電
源を出力する3本の出力ライン34a、34b、34c
を被着形成したセラミック回路基板31と、前記一方の
パワーライン33aと各出力ライン34a、34b、3
4c上に搭載されている複数のスイッチング素子35
と、前記一方のパワーライン33b上に搭載された各ス
イッチング素子35と各出力ライン34a、34b、3
4cとを電気的接続する金属細線よりなる第1の接続手
段36と、各出力ライン34a、34b、34c上に搭
載された各スイッチング素子35と他方のパワーライン
33bとを電気的接続する金属細線よりなる第2の接続
手段37とにより構成されている。
2本のパワーライン33a、33bを外部電源に、出力
ライン34a、34b、34cを3相モータ等に接続
し、外部電源より2本のパワーライン33a、33b間
に20A以上の直流電源を供給するとともに各スイッチ
ング素子35のオン・オフを少しずつずらせながら繰り
返し行なわせることによって出力ライン34a、34
b、34cを介し3相モータ等に3相交流電源が供給さ
れることとなる。
IGBT(Insulated Gate Bipol
or Transistor)等が一般に用いられてい
る。
されるセラミック回路基板31は、一般に酸化アルミニ
ウム質焼結体から成るセラミック基板32の表面にメタ
ライズ金属層を所定パターンに被着させるとともに該メ
タライズ金属層にパワーライン33a、33bや出力ラ
イン34a、34b、34cとなる銅等の金属回路板を
銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けすることによって形成
されており、具体的には、酸化アルミニウム、酸化珪
素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に
適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して
泥漿状と成すとともにこれを従来周知のドクターブレー
ド法やカレンダーロール法等のテープ成形技術を採用し
て複数のセラミックグリーンシートを得、次に前記セラ
ミックグリーンシート上にタングステンやモリブデン等
の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加
混合して得た金属ペーストをスクリーン印刷法等の印刷
技術を採用することによって所定パターンに印刷塗布
し、次に前記金属ペーストが所定パターンに印刷塗布さ
れたセラミックグリーンシートを必要に応じて上下に積
層するとともに還元雰囲気中、約1600℃の温度で焼
成し、セラミックグリーンシートと金属ペーストを焼結
一体化させて表面にメタライズ金属層を有する酸化アル
ミニウム質焼結体から成るセラミック基板を形成し、最
後に前記セラミック基板に被着されているメタライズ金
属層上にパワーラインや出力ラインとなる銅等の金属回
路板を間に銀ロウ等のロウ材を挟んで載置させるととも
にこれを還元雰囲気中、約900℃の温度に加熱してロ
ウ材を溶融させ、該溶融したロウ材でメタライズ金属層
と金属回路板とを接合することによって製作されてい
る。
来のインバータ制御モジュールにおいては、2本のパワ
ーライン33a、33bがインダクタンスを有してお
り、2本のパワーライン33a、33b間に20A以上
の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子35
のオン・オフを少しずつずらせて出力ライン34a、3
4b、34cを介して3相モータ等に3相交流電源を供
給する際、前記パワーライン33a、33bのインダク
タンスによってスイッチング素子35のオン・オフ時に
定格電圧より高いサージ電圧が発生してしまい、その結
果、前記サージ電圧によってスイッチング素子35に過
電圧がかかり、スイッチング素子35を破壊してインバ
ータ制御モジュールを安定して信頼性よく作動させるこ
とができないという欠点を有していた。
ワーライン33a、33bを近接配置させるとともに各
々のパワーライン33a、33bに流れる電流の方向を
逆とし、2本のパワーライン33a、33b間に相互イ
ンダクタンスを発生させるとともに該相互インダクタン
スによって2本のパワーライン33a、33bが有する
インダクタンスを低減することが考えられる。
a、33bを近接配置させた場合、パワーライン33
a、33bには20A以上という非常に大きな電流が流
れ600V以上の電圧がかかることから、パワーライン
33a、33b間に放電が発生し、セラミック回路基板
31にショートが発生してインバータ制御モジュールの
作動信頼性を損なうという欠点が誘発されてしまう。
で、その目的はサージ電圧印加によるスイッチング素子
の破壊及び2本のパワーライン間での放電を有効に防止
し、小型で安定して直流電源を3相交流電源に確実、か
つ長期間にわたって変換することができるインバータ制
御モジュールを提供することにある。
モジュールは、セラミック基板と、該セラミック基板の
両主面に対向配置され、流れる電流の方向が逆である2
本のパワーラインと、前記セラミック基板の一方主面に
配置された3本の出力ラインと、前記セラミック基板の
一方主面に形成されているパワーライン及び各出力ライ
ンに搭載されている複数個のスイッチング素子と、前記
パワーライン上のスイッチング素子を各出力ラインに接
続する第1の接続手段及び各出力ライン上に搭載されて
いるスイッチング素子をセラミック基板の他方主面に形
成されているパワーラインに接続する第2の接続手段と
から成り、前記セラミック基板の一方主面に形成されて
いるパワーラインは流れる電流の上流側から下流側にか
けて幅が広く形成されていることを特徴とするものであ
る。
ば、2本のパワーラインを間にセラミック基板を挟んで
対向配置させるとともに各々のパワーラインに流れる電
流の方向を逆としたことから2本のパワーライン間に相
互インダクタンスを効率良く発生させるとともに該相互
インダクタンスによって2本のパワーラインが有するイ
ンダクタンスを大きく低減させることができる。
よれば、セラミック基板の一方主面に形成されたパワー
ラインを流れる電流の電流密度は上流側から下流側にか
けて低くなるが前記パワーラインを流れる電流の上流側
から下流側にかけて幅を広く形成したことから前記パワ
ーラインの面積はパワーラインを流れる電流の上流側か
ら下流側にかけて広くなりパワーラインを流れる電流の
電流密度が上流側から下流側にかけて変化しても前記2
本のパワーライン間に発生する相互インダクタンスを均
等に発生させるとともに該相互インダクタンスによって
2本のパワーラインが有するインダクタンスを一層効果
的に低減させることができ、これによって2本のパワー
ライン間に20A以上の直流電流を供給するとともに各
スイッチング素子のオン・オフを少しずつずらせて出力
ラインより3相モータ等に3相交流電源を供給する際、
スイッチング素子のオン・オフ時に前記2本のパワーラ
インが有するインダクタンスに起因して定格電流より高
いサージ電圧が発生することはなく、その結果、スイッ
チング素子に過電圧がかかり、スイッチング素子が破壊
するのをより効果的に防止してインバータ制御モジュー
ルを安定、かつ信頼性よく作動させることが可能とな
る。
絶縁性に優れたセラミック基板が介在していることから
パワーラインに20A以上という非常に大きな電流を流
し600V以上の電圧がかかったとしてもパワーライン
間に放電が発生し、セラミック回路基板にショートを発
生させることはなく、これによってインバータ制御モジ
ュールの作動を高信頼性となすことが可能となる。
施例に基づき詳細に説明する。図1および図2は、本発
明のインバータ制御モジュールの一実施例を示し、セラ
ミック基板2の両主面に2本のパワーライン3a、3b
を対向配置させるとともに一方主面に3本の出力ライン
4a、4b、4cを配置したセラミック回路基板1とス
イッチング素子5とから構成されており、セラミック基
板2の一方主面に形成されているパワーライン3a及び
各出力ライン4a、4b、4c上にスイッチング素子5
を搭載し、パワーライン3a上のスイッチング素子5を
各出力ライン4a、4b、4cに第1の接続手段6を介
して接続するとともに各出力ライン4a、4b、4c上
に搭載されているスイッチング素子5をセラミック基板
2の他方主面に形成されているパワーライン3bに第2
の接続手段7を介して接続することによって形成されて
いる。
板2はパワーライン3a、3b、出力ライン4a、4
b、4c及びパワーライン3a、出力ライン4a、4
b、4c上に搭載されるスイッチング素子5を支持する
支持部材として作用し、窒化珪素質焼結体、窒化アルミ
ニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、アルミニウム質焼
結体等のセラミック絶縁体で形成されている。
素質焼結体から成る場合、窒化珪素、酸化アルミニウ
ム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム等の原料粉末
に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して
泥漿状となすとともに該泥漿物を従来周知のドクターブ
レード法やカレンダーロール法を採用することによって
セラミックグリーンシート(セラミック生シート)を形
成し、次に前記セラミックグリーンシートに適当な打ち
抜き加工を施し、所定形状となすとともに必要に応じて
複数枚を積層して成形体となし、しかる後、これを窒素
雰囲気等の非酸化性雰囲気中、1600乃至2000℃
の高温で焼成することによって製作される。
1本のパワーライン3aと3本の出力ライン4a、4
b、4cが、他方主面に1本のパワーライン3bが活性
金属ロウ材等の接着材を介してロウ付け取着されてい
る。
される直流電源をスイッチング素子5に供給する作用を
なし、また出力ライン4a、4b、4cはスイッチング
素子5のオン・オフにより変換された3相交流電源を外
部の3相モータ等に供給する作用をなす。
本の出力ライン4a、4b、4cは銅やアルミニウム等
の金属材料から成り、銅やアルミニウム等のインゴット
(塊)に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金
属加工法を施すことによって、例えば、厚さが500μ
mで、所定パターン形状に製作される。
び3本の出力ライン4a、4b、4cのセラミック基板
2への接着は、例えば、銀ロウ材(銀:72重量%、
銅:28重量%)やアルミニウムロウ材(アルミニウ
ム:88重量%、シリコン:12重量%)等にチタンや
タングステン、ハフニウム及び/またはその水素化物の
少なくとも1種を2乃至5重量%添加した活性ロウ材を
使用することによって行なわれ、具体的にはセラミック
基板2の表面に間に活性金属ロウ材を挟んでパワーライ
ン3a、3b及び出力ライン4a、4b、4cを載置さ
せ、次にこれを真空中もしくは中性、還元雰囲気中、所
定温度(銀ロウ材の場合は約900℃、アルミニウムロ
ウ材の場合は約600℃)で加熱処理し、活性金属ロウ
材を溶融せしめるとともにセラミック基板2の表面とパ
ワーライン3a、3b及び出力ライン4a、4b、4c
の下面とを接合させることによって行われる。
ック基板2を窒化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼
結体、炭化珪素質焼結体等の熱伝達率が60W/m・K
以上のセラミック絶縁体で形成しておくとスイッチング
素子5が作動時に多量の熱を発生した際、その熱をセラ
ミック基板2が効率良く吸収するとともに大気中に良好
に放出してスイッチング素子5を常に適温となし、スイ
ッチング素子5を常に安定、かつ正常に作動させること
が可能となる。従って、前記セラミック基板2は窒化珪
素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼
結体等の熱伝達率が60W/m・K以上のセラミック絶
縁体で形成しておくことが好ましい。
ライン4a、4b、4cはこれを無酸素銅で形成してお
くと、該無酸素銅はロウ付けの際に銅の表面が銅中に存
在する酸素により酸化されることなく活性金属ロウ材と
の濡れ性が良好となり、セラミック基板2への活性金属
ロウ材を介しての接合が強固となる。従って、前記パワ
ーライン3a、3b及び出力ライン4a、4b、4cは
これを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
ライン4a、4b、4cはその表面にニッケルから成る
良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材に対する濡れ性が良
好な金属をメッキ法により被着させておくと、パワーラ
イン3a、3b及び出力ライン4a、4b、4cの酸化
腐蝕を有効に防止しつつパワーライン3a、3b及び出
力ライン4a、4b、4cにスイッチング素子5や外部
電源、外部の3相モータ等を半田等のロウ材を介して極
めて強固に接続させることができる。従って、前記前記
パワーライン3a、3b及び出力ライン4a、4b、4
cはその表面にニッケルから成る良導電性で、かつ耐蝕
性及びロウ材に対する濡れ性が良好な金属をメッキ法に
より被着させておくことが好ましい。
ク基板2の一方主面に配置されたパワーライン3a及び
各出力ライン4a、4b、4c上に複数のスイッチング
素子5が搭載されており、かつパワーライン3a上に搭
載されたスイッチング素子5はワイヤ等からなる第1の
接続手段6を介して各出力ライン4a、4b、4cに、
また出力ライン4a、4b、4c上に搭載されたスイッ
チング素子5はワイヤ等からなる第2の接続手段7を介
してセラミック基板2の他方主面に配置されたパワーラ
イン3bに電気的に接続されている。
sulated Gate Bipolor Tran
sistor)等の素子が用いられており、電流のオ
ン、オフを制御し、各スイッチング素子5のオン・オフ
を少しずつずらせることによってパワーライン3a、3
bより供給された直流電源を3相の交流電源に変換し出
力ライン4a、4b、4cに供給する作用をなす。
手段7は、アルミニウムやアルミニウム−珪素合金から
なる、例えば直径が300μmの金属細線(ワイヤ)か
らなり、従来周知の超音波接続法等の接続法を用いるこ
とによって、パワーライン3a上に搭載されたスイッチ
ング素子5と各出力ライン4a、4b、4cに、また出
力ライン4a、4b、4c上に搭載されたスイッチング
素子5とセラミック基板2の他方主面に形成されたパワ
ーライン3bに接続される。
ては、2本のパワーライン3a、3bを間にセラミック
基板2を挟んで対向配置させるとともにパワーライン3
a、3bに流れる電流の方向を逆としておくことが重要
である。
セラミック基板2を挟んで対向配置させるとともにパワ
ーライン3a、3bに流れる電流の方向を逆としておく
と2本のパワーライン3a、3b間に相互インダクタン
スが効率良く発生し、この発生した相互インダクタンス
によって2本のパワーライン3a、3bの各々が有する
インダクタンスを大きく低減させ、その結果、2本のパ
ワーライン3a、3b間に20A以上の直流電源を供給
するとともに各スイッチング素子5のオン・オフを少し
ずつずらせて出力ライン4a、4b、4cより3相モー
タ等に3相交流電源を供給する際、スイッチング素子5
のオン・オフ時に前記2本のパワーライン3a、3bが
有するインダクタンスに起因して定格電圧より高いサー
ジ電圧が発生することはなく、これによってスイッチン
グ素子5に過電圧がかかり、スイッチング素子5が破壊
するのを有効に防止してインバータ制御モジュールを安
定、かつ信頼性よく作動させることが可能となる。
はその間に絶縁性に優れたセラミック基板2が介在して
いることからパワーライン3a、3bに20A以上とい
う非常に大きな電流を流し600V以上の電圧がかかっ
たとしてもパワーライン3a、3b間に放電が発生し、
セラミック回路基板1にショートを発生させることはな
く、これによってインバータ制御モジュールの作動を高
信頼性となすことが可能となる。
2mmを超えると2本のパワーライン3a、3b間に相
互インダクタンスを効率良く発生させるのが困難とな
り、また0.2mm未満となるとセラミック基板2の機
械的強度が劣化してインバータ制御モジュールとしての
信頼性が低下してしまう危険性がある。従って、前記セ
ラミック基板2はその厚みを0.2mm乃至2mmの範
囲としておくことが好ましい。
が10kV/mm未満となると、セラミック基板2の厚
みが、例えば、0.2mmと薄いものとなったときにパ
ワーライン3a、3b間に放電が生じ、セラミック回路
基板1にショートが発生してしまう危険性がある。従っ
て、前記セラミック基板2はその耐電圧を10kV/m
m以上としておくことが好ましい。
おいては、前記セラミック基板2の一方主面に配設され
るパワーライン3aの幅を該パワーライン3aに流れる
電流の上流側から下流側にかけて広く形成しておくこと
が重要である。
れるパワーライン3aの幅を該パワーライン3aに流れ
る電流の上流側から下流側にかけて広く形成しておくと
セラミック基板2の一方主面に形成されたパワーライン
3aを流れる電流の電流密度は上流側から下流側にかけ
て低くなるが前記パワーライン3aを流れる電流の上流
側から下流側にかけて幅を広く形成したことから前記パ
ワーライン3aの面積はパワーライン3aを流れる電流
の上流側から下流側にかけて広くなりパワーライン3a
を流れる電流の電流密度が上流側から下流側にかけて変
化しても前記2本のパワーライン3a、3b間に発生す
る相互インダクタンスを均等に発生させるとともに該相
互インダクタンスによって2本のパワーライン3a、3
bが有するインダクタンスを効果的に低減させることが
でき、これによって2本のパワーライン間3a、3bに
20A以上の直流電流を供給するとともに各スイッチン
グ素子5のオン・オフを少しずつずらせて出力ライン4
a、4b、4cより3相モータ等に3相交流電源を供給
する際、スイッチング素子5のオン・オフ時に前記2本
のパワーライン3a、3bが有するインダクタンスに起
因して定格電流より高いサージ電圧が発生することはな
く、その結果、スイッチング素子5に過電圧がかかり、
スイッチング素子5が破壊するのをより効果的に防止し
てインバータ制御モジュールを安定、かつ信頼性よく作
動させることが可能となる。
配設されるパワーライン3aの上流側の幅をW1(m
m)、下流側の幅をW2(mm)、長さをL(mm)と
した場合、 W2>W1(1+L/50) の関係を満たす寸法としておくとパワーライン3a、3
b間に相互インダクタンスを均等に発生させ、この発生
した相互インダクタンスによって2本のパワーライン3
a、3bの各々が有するインダクタンスをより一層効果
的に低減させ、その結果、2本のパワーライン3a、3
b間に20A以上の直流電源を供給するとともに各スイ
ッチング素子5のオン・オフを少しずつずらせて出力ラ
イン4a、4b、4cより3相モータ等に3相交流電源
を供給する際、スイッチング素子5のオン・オフ時に前
記2本のパワーライン3a、3bが有するインダクタン
スに起因して定格電圧より高いサージ電圧が発生するこ
とはなく、これによってスイッチング素子5に過電圧が
かかり、スイッチング素子5が破壊するのをより有効に
防止してインバータ制御モジュールをより安定、かつよ
り信頼性よく作動させることが可能となる。
によれば、2本のパワーライン3a、3bを外部電源
に、出力ライン4a、4b、4cを3相モータ等に接続
し、外部電源より2本のパワーライン3a、3b間に2
0A以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング
素子5のオン・オフを少しずつずらせながら繰り返し行
なわせることによって出力ライン4a、4b、4cから
3相の交流電源が導出され、これによってインバータ制
御モジュールとして機能する。
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能である。
れば、2本のパワーラインを間にセラミック基板を挟ん
で対向配置させるとともに各々のパワーラインに流れる
電流の方向を逆としたことから2本のパワーライン間に
相互インダクタンスを効率良く発生させるとともに該相
互インダクタンスによって2本のパワーラインが有する
インダクタンスを大きく低減させることができる。
よれば、セラミック基板の一方主面に形成されたパワー
ラインを流れる電流の電流密度は上流側から下流側にか
けて低くなるが前記パワーラインを流れる電流の上流側
から下流側にかけて幅を広く形成したことから前記パワ
ーラインの面積はパワーラインを流れる電流の上流側か
ら下流側にかけて広くなり2本のパワーライン間に発生
する相互インダクタンスを均等に発生させるとともに該
相互インダクタンスによって2本のパワーラインが有す
るインダクタンスを一層効果的に低減させることがで
き、これによって2本のパワーライン間に20A以上の
直流電流を供給するとともに各スイッチング素子のオン
・オフを少しずつずらせて出力ラインより3相モータ等
に3相交流電源を供給する際、スイッチング素子のオン
・オフ時に前記2本のパワーラインが有するインダクタ
ンスに起因して定格電流より高いサージ電圧が発生する
ことはなく、その結果、スイッチング素子に過電圧がか
かり、スイッチング素子が破壊するのをより効果的に防
止してインバータ制御モジュールを安定、かつ信頼性よ
く作動させることが可能となる。
絶縁性に優れたセラミック基板が介在していることから
パワーラインに20A以上という非常に大きな電流を流
し600V以上の電圧がかかったとしてもパワーライン
間に放電が発生し、セラミック回路基板にショートを発
生させることはなく、これによってインバータ制御モジ
ュールの作動を高信頼性となすことが可能となる。
を示す平面図である。
である。
る。
である。
Claims (1)
- 【請求項1】セラミック基板と、該セラミック基板の両
主面に対向配置され、流れる電流の方向が逆である2本
のパワーラインと、前記セラミック基板の一方主面に配
置された3本の出力ラインと、前記セラミック基板の一
方主面に形成されているパワーライン及び各出力ライン
に搭載されている複数個のスイッチング素子と、前記パ
ワーライン上のスイッチング素子を各出力ラインに接続
する第1の接続手段及び各出力ライン上に搭載されてい
るスイッチング素子をセラミック基板の他方主面に形成
されているパワーラインに接続する第2の接続手段とか
ら成り、前記セラミック基板の一方主面に形成されてい
るパワーラインは流れる電流の上流側から下流側にかけ
て幅が広く形成されていることを特徴とするインバータ
制御モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000387858A JP3677449B2 (ja) | 2000-12-20 | 2000-12-20 | インバータ制御モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JP2002190570A true JP2002190570A (ja) | 2002-07-05 |
JP3677449B2 JP3677449B2 (ja) | 2005-08-03 |
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JP (1) | JP3677449B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011172442A (ja) * | 2010-02-22 | 2011-09-01 | Daikin Industries Ltd | 電力変換装置 |
JP5610059B2 (ja) * | 2011-03-17 | 2014-10-22 | 富士通株式会社 | 通話管理装置、通話管理方法、及びプログラム |
-
2000
- 2000-12-20 JP JP2000387858A patent/JP3677449B2/ja not_active Expired - Fee Related
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