JP2006230064A - Power conversion unit - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換を行う電力変換ユニットに関し、特に、スイッチング素子と、スイッチング素子を駆動する駆動回路とが筐体内に収納されている電力変換ユニットに関する。 The present invention relates to a power conversion unit that performs power conversion, and particularly relates to a power conversion unit in which a switching element and a drive circuit that drives the switching element are housed in a casing.
この種の電力変換ユニットの関連技術が下記特許文献1に開示されている。特許文献1においては、IGBT等のスイッチング素子を複数有するインバータ回路と、各スイッチング素子を駆動する駆動回路とが同一の筐体内に収納されている。スイッチング素子の冷却を行うための冷媒の流路は、スイッチング素子が搭載された絶縁基板の直下に設けられており、冷媒の流路の両端部で絶縁基板と筐体とが接合されている。これによって、スイッチング素子と冷媒との間における熱抵抗の低減を図っている。 The related art of this type of power conversion unit is disclosed in Patent Document 1 below. In Patent Document 1, an inverter circuit having a plurality of switching elements such as IGBTs and a drive circuit for driving each switching element are housed in the same casing. The coolant flow path for cooling the switching element is provided immediately below the insulating substrate on which the switching element is mounted, and the insulating substrate and the housing are joined at both ends of the coolant flow path. As a result, the thermal resistance between the switching element and the refrigerant is reduced.
その他の関連技術として、下記特許文献2の電気車の制御装置が開示されている。 As another related technique, a control device for an electric vehicle disclosed in Patent Document 2 below is disclosed.
スイッチング素子の駆動の際には、スイッチングノイズが発生しやすい。特許文献1の電力変換ユニットにおいては、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とが同一の筐体内に収納されている。そのため、駆動回路を構成する電子部品がこのスイッチングノイズの影響を受けやすくなり、電力変換ユニットの耐ノイズ性能が低下してしまうという問題点がある。 Switching noise is likely to occur when the switching element is driven. In the power conversion unit of Patent Document 1, a switching element and a drive circuit that drives the switching element are housed in the same casing. For this reason, there is a problem that the electronic components constituting the drive circuit are easily affected by the switching noise, and the noise resistance performance of the power conversion unit is lowered.
本発明は、耐ノイズ性能を向上させることができる電力変換ユニットを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the power conversion unit which can improve noise-proof performance.
本発明に係る電力変換ユニットは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。 The power conversion unit according to the present invention employs the following means in order to achieve the above-described object.
本発明に係る電力変換ユニットは、スイッチング素子と、駆動信号をスイッチング素子へ出力することでスイッチング素子を駆動する駆動回路とがシールド用筐体内に収納されており、駆動信号によりスイッチング素子を駆動することで電力変換を行う電力変換ユニットであって、スイッチング素子と駆動回路とが、異なるシールド用筐体内に別々に収納されていることを要旨とする。 In the power conversion unit according to the present invention, the switching element and the drive circuit that drives the switching element by outputting the drive signal to the switching element are housed in the shielding housing, and the switching element is driven by the drive signal. Thus, the power conversion unit performs power conversion, and the gist is that the switching element and the drive circuit are separately housed in different shielding cases.
本発明に係る電力変換ユニットにおいて、スイッチング素子が収納されたシールド用筐体と駆動回路が収納されたシールド用筐体とは、スイッチング素子が実装された面と駆動回路が実装された面との間に除熱手段を挟んだ状態で接合されているものとすることもできる。この本発明に係る電力変換ユニットにおいて、前記除熱手段として、スイッチング素子が実装された面と駆動回路が実装された面との間に冷媒が流れる冷媒流路が形成されているものとすることもできる。 In the power conversion unit according to the present invention, the shielding housing in which the switching element is housed and the shielding housing in which the driving circuit is housed are a surface on which the switching element is mounted and a surface on which the driving circuit is mounted. It can also be joined with the heat removal means sandwiched between them. In the power conversion unit according to the present invention, as the heat removal means, a refrigerant flow path through which a refrigerant flows is formed between the surface on which the switching element is mounted and the surface on which the drive circuit is mounted. You can also.
本発明に係る電力変換ユニットにおいて、電力変換ユニットは、第1電源と負荷との間で電力変換を行い、駆動回路は、第1電源と別に設けられた第2電源からの供給電力により動作するものとすることもできる。 In the power conversion unit according to the present invention, the power conversion unit performs power conversion between the first power source and the load, and the drive circuit operates with power supplied from a second power source provided separately from the first power source. It can also be.
本発明によれば、駆動回路を構成する電子部品がスイッチング素子にて発生するスイッチングノイズの影響を受けるのを抑止することができるので、電力変換ユニットの耐ノイズ性能を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the electronic components constituting the drive circuit from being affected by the switching noise generated in the switching element, so that the noise resistance performance of the power conversion unit can be improved.
以下、本発明を実施するための形態(以下実施形態という)を図面に従って説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1〜3は、本発明の実施形態に係る電力変換ユニットの概略構成を示す図であり、図1は回路構成図を示し、図2は内部構成の概略図を示し、図3は分解斜視図を示す。本実施形態に係る電力変換ユニット10においては、以下に説明するリアクトル12、DC/DCコンバータ用のパワー素子モジュール14、インバータ用のパワー素子モジュール16、平滑コンデンサ18、駆動回路20、及び電子制御装置(ECU)22が筐体内に収納されている。なお、本実施形態に係る電力変換ユニット10は、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載されるものである。
1 to 3 are diagrams showing a schematic configuration of a power conversion unit according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a circuit configuration diagram, FIG. 2 is a schematic diagram of an internal configuration, and FIG. 3 is an exploded perspective view. The figure is shown. In the
図1に示すように、DC/DCコンバータ用のパワー素子モジュール14は、直列接続された2つのスイッチング素子14−1,14−2を含んでいる。リアクトル12は、その一端がスイッチング素子14−1,14−2の直列接続点に接続されており、その他端が負荷駆動用電源として設けられた高圧バッテリ26の正側端子に接続されている。各スイッチング素子14−1,14−2のスイッチング動作により、高圧バッテリ26からの直流電圧を昇圧して平滑コンデンサ18へ出力することができる。さらに、平滑コンデンサ18の電荷を用いて高圧バッテリ26を充電することもできる。このように、スイッチング素子14−1,14−2及びリアクトル12により、DC/DCコンバータを構成することができる。
As shown in FIG. 1, the
インバータ用のパワー素子モジュール16は、6つのスイッチング素子16−1〜16−6を含んでおり、各スイッチング素子16−1〜16−6のスイッチング動作により、DC/DCコンバータからの直流電流を交流電流(3相交流)に変換して負荷である電動機30へ出力することができる。さらに、電動機30の交流電流を直流電流に変換してDC/DCコンバータへ出力することもできる。
The
電子制御装置22は、電動機30の駆動制御を行うために、各スイッチング素子14−1,14−2,16−1〜16−6のスイッチング動作を制御する制御信号を駆動回路20へ出力する。駆動回路20は、電子制御装置22からの制御信号に基づいて生成した駆動信号を各スイッチング素子14−1,14−2,16−1〜16−6へ出力することで、各スイッチング素子14−1,14−2,16−1〜16−6をスイッチング駆動する。例えば各スイッチング素子14−1,14−2,16−1〜16−6がIGBTである場合は、駆動回路20は駆動信号を各IGBTのゲートへ出力する。以上のように、本実施形態に係る電力変換ユニット10においては、駆動回路20からの駆動信号により各スイッチング素子14−1,14−2,16−1〜16−6をスイッチング駆動することで、高圧バッテリ26と電動機30との間で電力変換を行うことができる。
The
ここでの駆動回路20及び電子制御装置22は、高圧バッテリ26と別に設けられ出力電圧が高圧バッテリ26より低く設定された低圧バッテリ28からの供給電力により動作する。そして、駆動回路20から出力される駆動信号は、フォトカプラ等の電気的分離手段(図示せず)により低圧バッテリ28に対して電気的に絶縁されている。これによって、高圧バッテリ26と低圧バッテリ28とが電気的に絶縁されている。
The
図2に示すように、リアクトル12、DC/DCコンバータ用のパワー素子モジュール14(スイッチング素子14−1,14−2)、インバータ用のパワー素子モジュール16(スイッチング素子16−1〜16−6)、及び平滑コンデンサ18は、筐体24−1内に収納されている。リアクトル12及びパワー素子モジュール14,16は、筐体24−1内における第1実装面34−1に実装されている。また、平滑コンデンサ18は、第1実装面34−1と対向配置された第2実装面34−2に実装されている。高圧バッテリ26に接続された配線36は、筐体24−1に形成された貫通孔を通ってリアクトル12に接続されており、インバータ用のパワー素子モジュール16に接続された配線38は、筐体24−1に形成された貫通孔を通って電動機30に接続されている。
As shown in FIG. 2, a
筐体24−1内に収納された各スイッチング素子14−1,14−2,16−1〜16−6のスイッチング駆動の際には、スイッチングノイズが発生しやすい。駆動回路20及び電子制御装置22を筐体24−1内に収納した場合は、駆動回路20及び電子制御装置22を構成する電子部品がこのスイッチングノイズの影響を受けやすくなる。
When the switching elements 14-1, 14-2, 16-1 to 16-6 housed in the casing 24-1 are switched, switching noise is likely to occur. When the
そこで、本実施形態においては、図2の内部構成図に示すように、駆動回路20及び電子制御装置22は、筐体24−1と別に設けられた筐体24−2内に収納されている。低圧バッテリ28に接続されたワイヤーハーネス40は、筐体24−1に形成された貫通孔を通って電子制御装置22に接続されていることで、低圧バッテリ28からの電力が電子制御装置22に供給される。さらに、低圧バッテリ28からの電力は、駆動回路20にも供給される。駆動回路20及び電子制御装置22は、筐体24−2内における第3実装面34−3に実装されており、筐体24−1と筐体24−2とが、第1実装面34−1(リアクトル12及びパワー素子モジュール14,16)と第3実装面34−3(駆動回路20及び電子制御装置22)とを互いに背中合わせにした状態で接合されている。筐体24−1と筐体24−2との接合部には貫通孔が形成されており、筐体24−1内のパワー素子モジュール14,16と筐体24−2内の駆動回路20とがこの貫通孔を通るワイヤーハーネス42により接続されている。
Therefore, in the present embodiment, as shown in the internal configuration diagram of FIG. 2, the
さらに、本実施形態においては、図3の分解斜視図に示すように、筐体24−1における第1実装面34−1の裏面に、冷却水等の冷媒が流れる冷媒流路32が形成されている。そして、筐体24−1と筐体24−2とが、第1実装面34と第3実装面34−3との間に冷媒流路32を挟んだ状態で接合されている。これによって、筐体24−1,24−2内の各電子部品にて発生した熱を取り除く除熱手段としての冷媒流路32が、第1実装面34と第3実装面34−3との間に形成される。なお、図3では、電気配線の図示を省略している。また、筐体24−2における第3実装面34−3の裏面の方に冷媒流路32を形成してもよい。
Furthermore, in the present embodiment, as shown in the exploded perspective view of FIG. 3, a
図2,3では、駆動回路20及び電子制御装置22のそれぞれを基板の両面に構成することを想定して、駆動回路20及び電子制御装置22を第3実装面34−3との間に空間を設けた状態で搭載している場合を示している。ただし、駆動回路20及び電子制御装置22のそれぞれを基板の片面に構成する場合は、駆動回路20及び電子制御装置22を第3実装面34−3に密着させた状態で搭載することもできる。また、筐体24−1,24−2は、金属などの導電材料で構成されていることで、内部に収納した電子部品を外部に対してシールドするシールド用筐体の機能も果たしている。そして、ワイヤーハーネス42が通る貫通孔の直径は、ノイズの漏洩を極力抑制するために小さく設定することが好ましく、例えば50mm以下とすることが好ましい。
2 and 3, assuming that each of the
以上説明したように、本実施形態においては、スイッチング素子14−1,14−2,16−1〜16−6を含むパワー素子モジュール14,16と、駆動信号を各スイッチング素子14−1,14−2,16−1〜16−6へ出力する駆動回路20とが、異なるシールド用の筐体24−1,24−2内に別々に分離されて収納されている。これによって、駆動回路20を構成する電子部品が各スイッチング素子14−1,14−2,16−1〜16−6にて発生するスイッチングノイズの影響を受けるのを抑止することができる。さらに、パワー素子モジュール14,16と電子制御装置22とが異なるシールド用の筐体24−1,24−2内に別々に分離されて収納されていることで、電子制御装置22を構成する電子部品がスイッチングノイズの影響を受けるのを抑止することができる。したがって、本実施形態によれば、簡単な構成で電力変換ユニット10の耐ノイズ性能を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、本実施形態においては、筐体24−1の第1実装面34と筐体24−2の第3実装面34−3との間に冷媒が流れる冷媒流路32が形成されている。この冷媒流路32によって、第1実装面34−1に搭載されたパワー素子モジュール14,16及びリアクトル12の冷却を行うだけでなく、第3実装面34−3に搭載された駆動回路20及び電子制御装置22の冷却も行うことができる。したがって、別々の筐体24−1,24−2に分けられて収納された各電子部品の冷却を効率よく行うことができる。
In the present embodiment, the
なお、特許文献2には、インバータを含む強電装置とマイコン回路を含む弱電装置とを別筐体に分離して収納することが開示されている。しかし、特許文献2においては、駆動信号をインバータへ出力する駆動回路は、インバータが収納された筐体と同一の筐体に収納されている。したがって、パワー素子モジュール14,16と駆動回路20とを別筐体24−1,24−2に分離して収納した本実施形態に係る電力変換ユニット10は、特許文献2と構成が異なる。さらに、インバータと駆動回路とを同一筐体内に収納した特許文献2には、駆動回路を構成する電子部品が各スイッチング素子にて発生するスイッチングノイズの影響を受けるのを抑止しようとする思想についても開示されていない。
Patent Document 2 discloses that a high-power device including an inverter and a low-power device including a microcomputer circuit are stored separately in separate housings. However, in Patent Document 2, the drive circuit that outputs the drive signal to the inverter is housed in the same housing as the housing in which the inverter is housed. Therefore, the
以上の本実施形態の説明においては、パワー素子モジュール14を含むDC/DCコンバータ及びパワー素子モジュール16を含むインバータの両方が電力変換ユニット10(筐体24−1)内に収納されている場合について説明した。ただし、本実施形態においては、DC/DCコンバータ及びインバータのいずれか一方が電力変換ユニット10内に収納されていてもよい。
In the above description of the present embodiment, the case where both the DC / DC converter including the
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.
10 電力変換ユニット、12 リアクトル、14,16 パワー素子モジュール、18 平滑コンデンサ、20 駆動回路、22 電子制御装置、24−1,24−2 筐体、26 高圧バッテリ、28 低圧バッテリ、30 電動機、32 冷媒流路。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
スイッチング素子と駆動回路とが、異なるシールド用筐体内に別々に収納されていることを特徴とする電力変換ユニット。 A switching element and a drive circuit for driving the switching element by outputting a driving signal to the switching element are housed in a shielding housing, and the power conversion unit performs power conversion by driving the switching element by the driving signal. Because
A power conversion unit, wherein the switching element and the drive circuit are separately housed in different shielding cases.
スイッチング素子が収納されたシールド用筐体と駆動回路が収納されたシールド用筐体とは、スイッチング素子が実装された面と駆動回路が実装された面との間に除熱手段を挟んだ状態で接合されていることを特徴とする電力変換ユニット。 The power conversion unit according to claim 1,
The shielding housing in which the switching element is housed and the shielding housing in which the driving circuit is housed are in a state in which a heat removal means is sandwiched between the surface on which the switching element is mounted and the surface on which the driving circuit is mounted. The power conversion unit characterized by being joined by.
前記除熱手段として、スイッチング素子が実装された面と駆動回路が実装された面との間に冷媒が流れる冷媒流路が形成されていることを特徴とする電力変換ユニット。 The power conversion unit according to claim 2,
A power conversion unit, wherein a refrigerant flow path through which a refrigerant flows is formed between the surface on which the switching element is mounted and the surface on which the drive circuit is mounted as the heat removal means.
電力変換ユニットは、第1電源と負荷との間で電力変換を行い、
駆動回路は、第1電源と別に設けられた第2電源からの供給電力により動作することを特徴とする電力変換ユニット。
The power conversion unit according to any one of claims 1 to 3,
The power conversion unit performs power conversion between the first power source and the load,
The drive circuit operates with power supplied from a second power source provided separately from the first power source.
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