JP2004007881A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型でかつ信頼性の高い電力変換装置を得る。
【解決手段】スイッチングにより電力変換を行うスイッチング素子2と、このスイッチング素子を駆動する駆動回路部4と、前記スイッチング素子2に供給する直流電源6の電圧変動を抑制する平滑用コンデンサ8と、前記駆動回路部4に制御信号を出力してスイッチング素子2を制御する制御回路部5を備えた電力変換装置において、前記スイッチング素子2を搭載した絶縁基板と、前記駆動回路部4および前記制御回路部5を搭載した駆動制御回路基板10との間に、金属をベース基材とし前記平滑用コンデンサ8を実装した平滑用コンデンサ基板20を設けた。
【選択図】 図1
【解決手段】スイッチングにより電力変換を行うスイッチング素子2と、このスイッチング素子を駆動する駆動回路部4と、前記スイッチング素子2に供給する直流電源6の電圧変動を抑制する平滑用コンデンサ8と、前記駆動回路部4に制御信号を出力してスイッチング素子2を制御する制御回路部5を備えた電力変換装置において、前記スイッチング素子2を搭載した絶縁基板と、前記駆動回路部4および前記制御回路部5を搭載した駆動制御回路基板10との間に、金属をベース基材とし前記平滑用コンデンサ8を実装した平滑用コンデンサ基板20を設けた。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング動作により電力変換を行うスイッチング素子を備えた電力変換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図1は、直流電源を三相交流に変換して三相交流モータ等の交流負荷を駆動する電力変換装置を示す回路ブロック図である。
この電力変換装置は、スイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3およびスイッチング素子2を駆動する駆動回路部4およびスイッチング素子2を制御する制御回路部5およびスイッチング素子2に供給する直流電源出力を平滑するための平滑用コンデンサ8を有するスイッチングパワーモジュール1で構成される。
【0003】
スイッチング素子2は、直流から三相交流へ電力変換を行うものであり、トランジスタやIGBT,MOSFET等が使用される。
また、フリーホイールダイオード3は三相交流から直流へ電力変換を行うものである。
平滑用コンデンサ8は、スイッチング素子2に供給する直流電源6の電圧変動を抑制し、電圧の跳ね上がり等を平滑するものである。制御回路部5は、スイッチングパワーモジュール1内の駆動回路部4に制御信号を出力してスイッチング素子2を制御するものである。
なお、駆動回路部4および制御回路部5は、三相交流モータ等の交流負荷7を駆動および制御する一般的な回路であるため、詳細図示は省略する。
【0004】
図3は、特開2000−333476で開示されている従来の電力変換装置の内部構成を示す側面図である。
図において、ケース9内のスイッチングパワーモジュール1は、直流入力配線14(P,N)、交流出力配線15(U,V,W)、駆動制御回路基板接続配線16をインサート成型した樹脂部21と、例えば銅で構成されたベース板12と、このベース板12上でスイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3を搭載するセラミック等でできた絶縁基板13と、駆動回路部4と制御回路部5が両面に組み込まれた駆動制御回路基板10と、絶縁基板13と駆動制御回路基板10との間に取り付けられ、平滑用コンデンサ8を実装した平滑用コンデンサ基板20と、絶縁基板13と平滑用コンデンサ基板20との間に、平滑用コンデンサ8を覆い尽くすように充填されたシリコン系ゲルからなるゲル状充填材18とを備えている。
【0005】
この電力変換装置では、電気自動車を例にすると、車両を始動または加速する際には、バッテリである直流電源6の放電出力を直流から三相交流に変換して三相交流モータである交流負荷7を駆動する。
また、車両を回生制動する際には、交流負荷7からの回生電力を三相交流から直流に変換してバッテリである直流電源6に戻す。
【0006】
スイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3は、ベース板12上の導体パターン付きの絶縁基板13に半田等の接着部材で固定されている。
直流入力配線14(P,N)、交流出力配線15(U,V,W)および駆動制御回路基板接続配線16は、ワイヤボンディング等の接続導体17により、スイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3と接続されている。
また、駆動制御回路基板10と駆動制御回路基板接続配線16とは、半田等にて電気的に接続されている。
【0007】
平滑用コンデンサ8は、複数個のセラミックコンデンサが並列接続されて構成されている。これら複数個のセラミックコンデンサは平滑用コンデンサ基板20の絶縁基板13側の面に実装されている。平滑用コンデンサ8は平滑用コンデンサ基板20を樹脂部21に固定するネジ11を介して直流入力配線14(P、N)と電気的に接続されている。
【0008】
平滑用コンデンサ基板20は、汎用的な表面実装型のセラミックコンデンサで構成された平滑用コンデンサ8を実装するとともに、電力変換時にスイッチング素子2から発生する放射ノイズを駆動回路部4および制御回路部5に伝達させないようにする電磁シールド板の役目を持つ。
基板材としては、銅張ガラスエポキシ基板等が使用される。具体的には、平滑用コンデンサ基板20のセラミックコンデンサの実装面と反対の面に銅ベタパターンを作り、電源GND(N)の全面アースにすることで電磁シールド効果を得ている。
【0009】
ゲル状充填材18は、湿気や塵埃などによりスイッチング素子2が故障または誤動作しないように、スイッチング素子2、フリーホイールダイオード3および接続導体17を保護するとともに、平滑用コンデンサ8の自己発熱により発生するジュール熱を冷却部材19に伝熱し、平滑用コンデンサ8を冷却する役目を持っている。
【0010】
ケース9には、空冷,水冷,油冷等でスイッチング素子2を冷却する冷却部材19が取り付けられている。スイッチング素子2から発生するジュール熱は、絶縁基板13およびベース16を介して冷却部材19に放熱されて、スイッチング素子2は冷却される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の電力変換装置では、電磁シールド板としての役目を持つ平滑用コンデンサ基板20は、銅張ガラスエポキシ基板等であり、平滑用コンデンサ基板20の一面に銅箔が広くパターン形成された、いわゆる銅ベタパターンが電磁シールド効果を出すことになるが、この銅ベタパターンの厚みは厚くても百数十μm程度であり、また、その形状も平板に限られるため、十分な電磁シールド効果を出すことができなかった。
また、本来、ゲル状充填材18は、スイッチング素子2,フリーホイールダイオード3および接続導体17を覆っていればよいのであるが、上記構成の電力変換装置では、平滑用コンデンサ8の冷却を行うため、平滑用コンデンサ8を覆い尽くせるよう、ゲル状充填材18を余分に入れる必要があった。
【0012】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、小型でかつ信頼性の高い電力変換装置を得ることを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
第1の発明に係る電力変換装置では、スイッチング動作により電力変換を行うスイッチング素子と、このスイッチング素子を駆動する駆動回路部と、前記スイッチング素子に供給される電源電圧の変動を抑制する平滑用コンデンサと、前記駆動回路部に制御信号を出力してスイッチング素子を制御する制御回路部を備えた電力変換装置において、前記スイッチング素子を搭載した絶縁基板と、前記駆動回路部および前記制御回路部を搭載した駆動制御回路基板との間に、金属をベース基材とし前記平滑用コンデンサを実装した平滑用コンデンサ基板を設けたものである。
【0014】
第2の発明に係る電力変換装置では、第1の発明において、前記平滑用コンデンサ基板のベース基材である金属部を接地電位とし、前記駆動回路部および前記制御回路部を前記スイッチング素子のスイッチングノイズから保護するようにしたものである。
【0015】
第3の発明に係る電力変換装置では、第1の発明において、前記平滑用コンデンサ基板のベース基材である金属部を平滑用コンデンサの発する熱を放熱するための放熱部材としたものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
この発明による実施の形態1に係る電力変換装置を図1および図2について説明する。なお、先に説明した従来技術と同一または相当部は同一符号を付して説明する。
この電力変換装置は、スイッチング素子2を有するスイッチングパワーモジュール1を備えている。スイッチングパワーモジュール1は、直流から三相交流へ電力変換を行うトランジスタやIGBT,MOSFET等のスイッチング素子2と、三相交流から直流へ電力変換を行うフリーホイールダイオード3と、スイッチング素子2を駆動する駆動回路部4と、スイッチング素子2に供給する直流電源6の電圧変動を抑制し、電圧の跳ね上がり等を平滑する平滑用コンデンサ8と、駆動回路部4に制御信号を出力してスイッチング素子2を制御する制御回路部5とを備えている。
なお、駆動回路部4および制御回路部5は、三相交流モータ等の交流負荷7を駆動および制御する一般的な回路であるため、詳細図示は省略する。
【0017】
図2は、図1の電力変換装置の内部構成を示す図である。
図において、ケース9内のスイッチングパワーモジュール1は、直流入力配線14(P,N)、交流出力配線15(U,V,W)、駆動制御回路基板接続配線16をインサート成型した樹脂部21と、例えば銅材で構成されたベース板12と、このベース板12上でスイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3を搭載するセラミック等でできた絶縁基板13と、駆動回路部4と制御回路部5が両面に組み込まれた駆動制御回路基板10と、絶縁基板13と駆動制御回路基板10との間に取り付けられ、金属をベース基材とした金属基板を使用し、セラミックコンデンサからなる平滑用コンデンサ8を実装した平滑用コンデンサ基板20と、絶縁基板13と平滑用コンデンサ基板20との間に充填されたシリコン系ゲルからなるゲル状充填材18とを備えている。
【0018】
この電力変換装置では、電気自動車を例にすると、車両を始動または加速する際には、バッテリである直流電源6の放電出力を直流から三相交流に変換して三相交流モータである交流負荷7を駆動する。
また、車両を回生制動する際には、交流負荷7からの回生電力を三相交流から直流に変換してバッテリである直流電源6に戻す。
【0019】
スイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3は、ベース板12上の導体パターン付きの絶縁基板13に半田等の接着部材で固定されている。直流入力配線14(P,N)、交流出力配線15(U,V,W)および駆動制御回路基板接続配線16は、ワイヤボンディング等の接続導体17により、スイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3と接続されている。
また、駆動制御回路基板10と駆動制御回路基板接続配線16とは、半田等にて電気的に接続されている。
【0020】
平滑用コンデンサ8は、複数個のセラミックコンデンサが並列接続されて構成されている。これら複数個のセラミックコンデンサは平滑用コンデンサ基板20の絶縁基板13側の面に実装されている。平滑用コンデンサ8は平滑用コンデンサ基板20を樹脂部21に固定するネジ11を介して直流入力配線14(P,N)と電気的に接続されている。
【0021】
平滑用コンデンサ基板20には、金属をベース基板とした金属基板が使用され、汎用的な表面実装型のセラミックコンデンサで構成された平滑用コンデンサ8を実装し、平滑用コンデンサ8の自己発熱により発生するジュール熱を放熱し、平滑用コンデンサ8を冷却するとともに、電力変換時にスイッチング素子2から発生する放射ノイズを駆動回路部4および制御回路部5に伝達させないようにする電磁シールド板の役目を持つ。
具体的には、平滑用コンデンサ基板20のセラミックコンデンサの実装面と反対の面に、アルミや銅等でできた金属板が貼り付けられており、電源GND(N)の全面アースにすることで電磁シールド効果を得ている。
【0022】
なお、ネジ11を介して直流入力配線14のP側と接続される個所の金属部と、電源GND(N)で全面アースされた金属部とは、所定の絶縁距離が確保されている。
従来の技術では、平滑用コンデンサ基板20には銅張ガラスエポキシ基板等を使用しており、銅ベタパターンが電磁シールド効果および若干の冷却効果を出すことになるが、この銅ベタパターンの厚みは厚くても百数十μm程度であり、また、その形状も平板に限られるため、十分な電磁シールド効果および冷却効果を出すことができなかった。
この発明では、平滑用コンデンサ基板20には、金属をベース基板とした金属基板を使用しているため、金属板の材質、厚みおよび形状を自由に決定することができ、強力な電磁シールド効果および冷却効果を出すことができる。また、銅張ガラスエポキシ基板等に比べ、剛性が高いため、耐振性も向上する。
【0023】
ゲル状充填材18は、湿気や塵埃などによりスイッチング素子2が故障または誤動作しないように、スイッチング素子2、フリーホイールダイオード3および接続導体17を保護する役目を持っている。
【0024】
ケース9には、空冷、水冷、油冷等でスイッチング素子2を冷却する冷却部材19が取り付けられている。
スイッチング素子2から発生するジュール熱は、絶縁基板13およびベース16を介して冷却部材19に放熱されて、スイッチング素子2は冷却される。
【0025】
以上説明したように、この発明による実施の形態に係る電力変換装置によれば、スイッチング動作により電力変換を行うスイッチング素子2と、このスイッチング素子2を駆動する駆動回路部4と、前記スイッチング素子2に供給する電源の電圧変動を抑制する平滑用コンデンサ8と、前記駆動回路部4に制御信号を出力してスイッチング素子2を制御する制御回路部5とを備え、前記平滑用コンデンサ8にセラミックコンデンサを使用しているとともに、前記スイッチング素子2を搭載した絶縁基板13と、前記駆動回路部4および前記制御回路部5を搭載した駆動制御回路基板10との間に、前記平滑用コンデンサ8を実装した平滑用コンデンサ基板20を設け、この平滑用コンデンサ基板20に、金属をベース基材とした金属基板を使用しているため、銅張ガラスエポキシ基板等に比べ、剛性が高く、耐振性が向上する。
【0026】
また、この発明による実施の形態に係る電力変換装置によれば、平滑用コンデンサ基板20のベース基材である金属部を全面アースしており、また、金属部の材質,厚みおよび形状を自由に決定することができるため、駆動回路部4および制御回路部5をスイッチング素子2のスイッチングノイズから強力に保護することができる。
【0027】
また、この発明による実施の形態に係る電力変換装置によれば、平滑用コンデンサ基板20のベース基材である金属部が平滑用コンデンサ8の発する熱を放熱するための放熱板になっており、また、金属部の材質,厚みおよび形状を自由に決定することができるため、平滑用コンデンサ8を強力に冷却することができる。
【0028】
【発明の効果】
第1の発明によれば、スイッチング素子を搭載した絶縁基板と、駆動回路部および制御回路部を搭載した駆動制御回路基板との間に、金属をベース基材とし平滑用コンデンサを実装した平滑用コンデンサ基板を設けることにより、小型でかつ信頼性の高い電力変換装置を得ることができる。
【0029】
第2の発明によれば、第1の発明において、平滑用コンデンサ基板のベース基材である金属部を接地することにより、駆動回路部および制御回路部がスイッチング素子のスイッチングノイズから的確に保護される小型でかつ信頼性の高い電力変換装置を得ることができる。
【0030】
第3の発明によれば、第1の発明において、平滑用コンデンサ基板のベース基材である金属部を放熱部材とすることにより、平滑用コンデンサ基板の冷却を的確に行える小型でかつ信頼性の高い電力変換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による実施の形態1における電力変換装置の回路構成をを示すブロック図である。
【図2】この発明による実施の形態1における電力変換装置の内部構造を示す側面図である。
【図3】従来技術による電力変換装置の内部構造を示す側面図である。
【符号の説明】
1 スイッチングパワーモジュール、2 スイッチング素子、3 フリーホイールダイオード、4 駆動回路部、5 制御回路部、6 直流電源、7 交流負荷、8 平滑用コンデンサ、9 ケース、10 駆動制御回路基板、11 ネジ、12 ベース板、13 絶縁基板、14 直流入力配線、15 交流出力配線、16 駆動制御回路基板接続配線、17 接続導体、18 ゲル状充填材、19 冷却部材、20 平滑用コンデンサ基板、21 樹脂部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング動作により電力変換を行うスイッチング素子を備えた電力変換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図1は、直流電源を三相交流に変換して三相交流モータ等の交流負荷を駆動する電力変換装置を示す回路ブロック図である。
この電力変換装置は、スイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3およびスイッチング素子2を駆動する駆動回路部4およびスイッチング素子2を制御する制御回路部5およびスイッチング素子2に供給する直流電源出力を平滑するための平滑用コンデンサ8を有するスイッチングパワーモジュール1で構成される。
【0003】
スイッチング素子2は、直流から三相交流へ電力変換を行うものであり、トランジスタやIGBT,MOSFET等が使用される。
また、フリーホイールダイオード3は三相交流から直流へ電力変換を行うものである。
平滑用コンデンサ8は、スイッチング素子2に供給する直流電源6の電圧変動を抑制し、電圧の跳ね上がり等を平滑するものである。制御回路部5は、スイッチングパワーモジュール1内の駆動回路部4に制御信号を出力してスイッチング素子2を制御するものである。
なお、駆動回路部4および制御回路部5は、三相交流モータ等の交流負荷7を駆動および制御する一般的な回路であるため、詳細図示は省略する。
【0004】
図3は、特開2000−333476で開示されている従来の電力変換装置の内部構成を示す側面図である。
図において、ケース9内のスイッチングパワーモジュール1は、直流入力配線14(P,N)、交流出力配線15(U,V,W)、駆動制御回路基板接続配線16をインサート成型した樹脂部21と、例えば銅で構成されたベース板12と、このベース板12上でスイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3を搭載するセラミック等でできた絶縁基板13と、駆動回路部4と制御回路部5が両面に組み込まれた駆動制御回路基板10と、絶縁基板13と駆動制御回路基板10との間に取り付けられ、平滑用コンデンサ8を実装した平滑用コンデンサ基板20と、絶縁基板13と平滑用コンデンサ基板20との間に、平滑用コンデンサ8を覆い尽くすように充填されたシリコン系ゲルからなるゲル状充填材18とを備えている。
【0005】
この電力変換装置では、電気自動車を例にすると、車両を始動または加速する際には、バッテリである直流電源6の放電出力を直流から三相交流に変換して三相交流モータである交流負荷7を駆動する。
また、車両を回生制動する際には、交流負荷7からの回生電力を三相交流から直流に変換してバッテリである直流電源6に戻す。
【0006】
スイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3は、ベース板12上の導体パターン付きの絶縁基板13に半田等の接着部材で固定されている。
直流入力配線14(P,N)、交流出力配線15(U,V,W)および駆動制御回路基板接続配線16は、ワイヤボンディング等の接続導体17により、スイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3と接続されている。
また、駆動制御回路基板10と駆動制御回路基板接続配線16とは、半田等にて電気的に接続されている。
【0007】
平滑用コンデンサ8は、複数個のセラミックコンデンサが並列接続されて構成されている。これら複数個のセラミックコンデンサは平滑用コンデンサ基板20の絶縁基板13側の面に実装されている。平滑用コンデンサ8は平滑用コンデンサ基板20を樹脂部21に固定するネジ11を介して直流入力配線14(P、N)と電気的に接続されている。
【0008】
平滑用コンデンサ基板20は、汎用的な表面実装型のセラミックコンデンサで構成された平滑用コンデンサ8を実装するとともに、電力変換時にスイッチング素子2から発生する放射ノイズを駆動回路部4および制御回路部5に伝達させないようにする電磁シールド板の役目を持つ。
基板材としては、銅張ガラスエポキシ基板等が使用される。具体的には、平滑用コンデンサ基板20のセラミックコンデンサの実装面と反対の面に銅ベタパターンを作り、電源GND(N)の全面アースにすることで電磁シールド効果を得ている。
【0009】
ゲル状充填材18は、湿気や塵埃などによりスイッチング素子2が故障または誤動作しないように、スイッチング素子2、フリーホイールダイオード3および接続導体17を保護するとともに、平滑用コンデンサ8の自己発熱により発生するジュール熱を冷却部材19に伝熱し、平滑用コンデンサ8を冷却する役目を持っている。
【0010】
ケース9には、空冷,水冷,油冷等でスイッチング素子2を冷却する冷却部材19が取り付けられている。スイッチング素子2から発生するジュール熱は、絶縁基板13およびベース16を介して冷却部材19に放熱されて、スイッチング素子2は冷却される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の電力変換装置では、電磁シールド板としての役目を持つ平滑用コンデンサ基板20は、銅張ガラスエポキシ基板等であり、平滑用コンデンサ基板20の一面に銅箔が広くパターン形成された、いわゆる銅ベタパターンが電磁シールド効果を出すことになるが、この銅ベタパターンの厚みは厚くても百数十μm程度であり、また、その形状も平板に限られるため、十分な電磁シールド効果を出すことができなかった。
また、本来、ゲル状充填材18は、スイッチング素子2,フリーホイールダイオード3および接続導体17を覆っていればよいのであるが、上記構成の電力変換装置では、平滑用コンデンサ8の冷却を行うため、平滑用コンデンサ8を覆い尽くせるよう、ゲル状充填材18を余分に入れる必要があった。
【0012】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、小型でかつ信頼性の高い電力変換装置を得ることを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
第1の発明に係る電力変換装置では、スイッチング動作により電力変換を行うスイッチング素子と、このスイッチング素子を駆動する駆動回路部と、前記スイッチング素子に供給される電源電圧の変動を抑制する平滑用コンデンサと、前記駆動回路部に制御信号を出力してスイッチング素子を制御する制御回路部を備えた電力変換装置において、前記スイッチング素子を搭載した絶縁基板と、前記駆動回路部および前記制御回路部を搭載した駆動制御回路基板との間に、金属をベース基材とし前記平滑用コンデンサを実装した平滑用コンデンサ基板を設けたものである。
【0014】
第2の発明に係る電力変換装置では、第1の発明において、前記平滑用コンデンサ基板のベース基材である金属部を接地電位とし、前記駆動回路部および前記制御回路部を前記スイッチング素子のスイッチングノイズから保護するようにしたものである。
【0015】
第3の発明に係る電力変換装置では、第1の発明において、前記平滑用コンデンサ基板のベース基材である金属部を平滑用コンデンサの発する熱を放熱するための放熱部材としたものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
この発明による実施の形態1に係る電力変換装置を図1および図2について説明する。なお、先に説明した従来技術と同一または相当部は同一符号を付して説明する。
この電力変換装置は、スイッチング素子2を有するスイッチングパワーモジュール1を備えている。スイッチングパワーモジュール1は、直流から三相交流へ電力変換を行うトランジスタやIGBT,MOSFET等のスイッチング素子2と、三相交流から直流へ電力変換を行うフリーホイールダイオード3と、スイッチング素子2を駆動する駆動回路部4と、スイッチング素子2に供給する直流電源6の電圧変動を抑制し、電圧の跳ね上がり等を平滑する平滑用コンデンサ8と、駆動回路部4に制御信号を出力してスイッチング素子2を制御する制御回路部5とを備えている。
なお、駆動回路部4および制御回路部5は、三相交流モータ等の交流負荷7を駆動および制御する一般的な回路であるため、詳細図示は省略する。
【0017】
図2は、図1の電力変換装置の内部構成を示す図である。
図において、ケース9内のスイッチングパワーモジュール1は、直流入力配線14(P,N)、交流出力配線15(U,V,W)、駆動制御回路基板接続配線16をインサート成型した樹脂部21と、例えば銅材で構成されたベース板12と、このベース板12上でスイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3を搭載するセラミック等でできた絶縁基板13と、駆動回路部4と制御回路部5が両面に組み込まれた駆動制御回路基板10と、絶縁基板13と駆動制御回路基板10との間に取り付けられ、金属をベース基材とした金属基板を使用し、セラミックコンデンサからなる平滑用コンデンサ8を実装した平滑用コンデンサ基板20と、絶縁基板13と平滑用コンデンサ基板20との間に充填されたシリコン系ゲルからなるゲル状充填材18とを備えている。
【0018】
この電力変換装置では、電気自動車を例にすると、車両を始動または加速する際には、バッテリである直流電源6の放電出力を直流から三相交流に変換して三相交流モータである交流負荷7を駆動する。
また、車両を回生制動する際には、交流負荷7からの回生電力を三相交流から直流に変換してバッテリである直流電源6に戻す。
【0019】
スイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3は、ベース板12上の導体パターン付きの絶縁基板13に半田等の接着部材で固定されている。直流入力配線14(P,N)、交流出力配線15(U,V,W)および駆動制御回路基板接続配線16は、ワイヤボンディング等の接続導体17により、スイッチング素子2およびフリーホイールダイオード3と接続されている。
また、駆動制御回路基板10と駆動制御回路基板接続配線16とは、半田等にて電気的に接続されている。
【0020】
平滑用コンデンサ8は、複数個のセラミックコンデンサが並列接続されて構成されている。これら複数個のセラミックコンデンサは平滑用コンデンサ基板20の絶縁基板13側の面に実装されている。平滑用コンデンサ8は平滑用コンデンサ基板20を樹脂部21に固定するネジ11を介して直流入力配線14(P,N)と電気的に接続されている。
【0021】
平滑用コンデンサ基板20には、金属をベース基板とした金属基板が使用され、汎用的な表面実装型のセラミックコンデンサで構成された平滑用コンデンサ8を実装し、平滑用コンデンサ8の自己発熱により発生するジュール熱を放熱し、平滑用コンデンサ8を冷却するとともに、電力変換時にスイッチング素子2から発生する放射ノイズを駆動回路部4および制御回路部5に伝達させないようにする電磁シールド板の役目を持つ。
具体的には、平滑用コンデンサ基板20のセラミックコンデンサの実装面と反対の面に、アルミや銅等でできた金属板が貼り付けられており、電源GND(N)の全面アースにすることで電磁シールド効果を得ている。
【0022】
なお、ネジ11を介して直流入力配線14のP側と接続される個所の金属部と、電源GND(N)で全面アースされた金属部とは、所定の絶縁距離が確保されている。
従来の技術では、平滑用コンデンサ基板20には銅張ガラスエポキシ基板等を使用しており、銅ベタパターンが電磁シールド効果および若干の冷却効果を出すことになるが、この銅ベタパターンの厚みは厚くても百数十μm程度であり、また、その形状も平板に限られるため、十分な電磁シールド効果および冷却効果を出すことができなかった。
この発明では、平滑用コンデンサ基板20には、金属をベース基板とした金属基板を使用しているため、金属板の材質、厚みおよび形状を自由に決定することができ、強力な電磁シールド効果および冷却効果を出すことができる。また、銅張ガラスエポキシ基板等に比べ、剛性が高いため、耐振性も向上する。
【0023】
ゲル状充填材18は、湿気や塵埃などによりスイッチング素子2が故障または誤動作しないように、スイッチング素子2、フリーホイールダイオード3および接続導体17を保護する役目を持っている。
【0024】
ケース9には、空冷、水冷、油冷等でスイッチング素子2を冷却する冷却部材19が取り付けられている。
スイッチング素子2から発生するジュール熱は、絶縁基板13およびベース16を介して冷却部材19に放熱されて、スイッチング素子2は冷却される。
【0025】
以上説明したように、この発明による実施の形態に係る電力変換装置によれば、スイッチング動作により電力変換を行うスイッチング素子2と、このスイッチング素子2を駆動する駆動回路部4と、前記スイッチング素子2に供給する電源の電圧変動を抑制する平滑用コンデンサ8と、前記駆動回路部4に制御信号を出力してスイッチング素子2を制御する制御回路部5とを備え、前記平滑用コンデンサ8にセラミックコンデンサを使用しているとともに、前記スイッチング素子2を搭載した絶縁基板13と、前記駆動回路部4および前記制御回路部5を搭載した駆動制御回路基板10との間に、前記平滑用コンデンサ8を実装した平滑用コンデンサ基板20を設け、この平滑用コンデンサ基板20に、金属をベース基材とした金属基板を使用しているため、銅張ガラスエポキシ基板等に比べ、剛性が高く、耐振性が向上する。
【0026】
また、この発明による実施の形態に係る電力変換装置によれば、平滑用コンデンサ基板20のベース基材である金属部を全面アースしており、また、金属部の材質,厚みおよび形状を自由に決定することができるため、駆動回路部4および制御回路部5をスイッチング素子2のスイッチングノイズから強力に保護することができる。
【0027】
また、この発明による実施の形態に係る電力変換装置によれば、平滑用コンデンサ基板20のベース基材である金属部が平滑用コンデンサ8の発する熱を放熱するための放熱板になっており、また、金属部の材質,厚みおよび形状を自由に決定することができるため、平滑用コンデンサ8を強力に冷却することができる。
【0028】
【発明の効果】
第1の発明によれば、スイッチング素子を搭載した絶縁基板と、駆動回路部および制御回路部を搭載した駆動制御回路基板との間に、金属をベース基材とし平滑用コンデンサを実装した平滑用コンデンサ基板を設けることにより、小型でかつ信頼性の高い電力変換装置を得ることができる。
【0029】
第2の発明によれば、第1の発明において、平滑用コンデンサ基板のベース基材である金属部を接地することにより、駆動回路部および制御回路部がスイッチング素子のスイッチングノイズから的確に保護される小型でかつ信頼性の高い電力変換装置を得ることができる。
【0030】
第3の発明によれば、第1の発明において、平滑用コンデンサ基板のベース基材である金属部を放熱部材とすることにより、平滑用コンデンサ基板の冷却を的確に行える小型でかつ信頼性の高い電力変換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による実施の形態1における電力変換装置の回路構成をを示すブロック図である。
【図2】この発明による実施の形態1における電力変換装置の内部構造を示す側面図である。
【図3】従来技術による電力変換装置の内部構造を示す側面図である。
【符号の説明】
1 スイッチングパワーモジュール、2 スイッチング素子、3 フリーホイールダイオード、4 駆動回路部、5 制御回路部、6 直流電源、7 交流負荷、8 平滑用コンデンサ、9 ケース、10 駆動制御回路基板、11 ネジ、12 ベース板、13 絶縁基板、14 直流入力配線、15 交流出力配線、16 駆動制御回路基板接続配線、17 接続導体、18 ゲル状充填材、19 冷却部材、20 平滑用コンデンサ基板、21 樹脂部。
Claims (3)
- スイッチング動作により電力変換を行うスイッチング素子と、このスイッチング素子を駆動する駆動回路部と、前記スイッチング素子に供給される電源電圧の変動を抑制する平滑用コンデンサと、前記駆動回路部に制御信号を出力してスイッチング素子を制御する制御回路部を備えた電力変換装置において、前記スイッチング素子を搭載した絶縁基板と、前記駆動回路部および前記制御回路部を搭載した駆動制御回路基板との間に、金属をベース基材とし前記平滑用コンデンサを実装した平滑用コンデンサ基板を設けたことを特徴とする電力変換装置。
- 前記平滑用コンデンサ基板のベース基材である金属部を接地電位とし、前記駆動回路部および前記制御回路部を前記スイッチング素子のスイッチングノイズから保護するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記平滑用コンデンサ基板のベース基材である金属部を平滑用コンデンサの発する熱を放熱するための放熱部材としたことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
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JP2006230064A (ja) * | 2005-02-16 | 2006-08-31 | Toyota Motor Corp | 電力変換ユニット |
JP2010074935A (ja) * | 2008-09-18 | 2010-04-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | インバータ装置 |
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2002
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