JP2008125283A - Power converter system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電力変換装置に関し、特に、電力変換装置の電磁波放射対策に適用して好適なものである。 The present invention relates to a power converter, and is particularly suitable for application to electromagnetic wave radiation countermeasures for a power converter.
商用交流電源などから得られた入力電力を半導体スイッチング素子にて所定の周波数の電力に変換して出力するために、インバータなどの電力変換装置が用いられている。
図4は、従来の電力変換装置の外観構成を示す斜視図である。
図4において、電力変換装置には、スイッチング回路を構成する主回路基板901と制御回路を構成する制御回路基板902とが設けられ、主回路基板901には、半導体スイッチング素子などのスイッチング動作を司る電子部品904が搭載され、制御回路基板902には、スイッチング動作の制御を司る電子部品904が搭載されている。
In order to convert input power obtained from a commercial AC power source into power of a predetermined frequency by a semiconductor switching element and output the power, a power conversion device such as an inverter is used.
FIG. 4 is a perspective view showing an external configuration of a conventional power converter.
In FIG. 4, the power conversion device is provided with a
そして、電力変換装置では、電力変換装置の小型化の要請に答えるために、制御回路基板902が主回路基板901上に近接して配置されることが一般的に行われている。
また、例えば、特許文献1には、主回路基板901から放射される電磁波を遮断するために、主回路基板901と制御回路基板902との間に金属シャーシを配置して主回路基板901と制御回路基板902とを空間的に分離する方法が開示されている。
Further, for example, in Patent Document 1, in order to block electromagnetic waves radiated from the
しかしながら、図4の電力変換装置では、半導体スイッチング素子などのスイッチング動作が行われると、主回路基板901からは電磁波が放射され、外部に漏れ出す電磁波が製品のEMI規格を満たすことができないという問題があった。
また、制御回路基板902が主回路基板901上に近接して配置されると、主回路基板901から制御回路基板902に到達する電磁波の強度が強くなり、制御回路基板902に搭載された制御回路が誤動作を起こしやすくなるという問題があった。
However, in the power conversion device of FIG. 4, when a switching operation such as a semiconductor switching element is performed, electromagnetic waves are radiated from the
Further, when the
また、特許文献1に開示された方法では、主回路基板901から放射される電磁波を遮断するために、電力変換装置全体を金属筐体などで覆う必要があり、コストアップを招くとともに、電力変換装置が大型化するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、半導体スイッチング素子が搭載された主回路基板から放射される電磁波を低減することが可能な電力変換装置を提供することである。
Further, in the method disclosed in Patent Document 1, in order to block electromagnetic waves radiated from the
Accordingly, an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of reducing electromagnetic waves radiated from a main circuit board on which a semiconductor switching element is mounted while suppressing an increase in price and size of the power conversion device. It is to be.
上述した課題を解決するために、請求項1記載の電力変換装置によれば、スイッチング回路が搭載され、第1グランド層が一面に形成された主回路基板と、前記スイッチング回路のスイッチング制御を行う制御回路が搭載され、前記主回路基板上に前記主回路基板と対向するように配置されるとともに、第2グランド層が一面に形成された制御回路基板と、前記主回路基板と前記制御回路基板との間の空間を囲むように配置され、前記スイッチング回路を電磁シールドするシールド空間を前記第1および第2グランド層とともに構成する導体板または導電性シートとを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, according to the power conversion device of the first aspect, the switching circuit is mounted, the main circuit board having the first ground layer formed on one surface, and the switching control of the switching circuit is performed. A control circuit is mounted, is disposed on the main circuit board so as to face the main circuit board, and has a second ground layer formed on one surface, and the main circuit board and the control circuit board A conductive plate or a conductive sheet that is disposed so as to surround a space between the first and second ground layers and constitutes a shield space for electromagnetically shielding the switching circuit together with the first and second ground layers.
これにより、主回路基板と制御回路基板との間の空間を導体板または導電性シートで囲むことで、主回路基板に搭載されたスイッチング回路をシールド空間内に閉じ込めることができ、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、半導体スイッチング素子が搭載された主回路基板から放射される電磁波を低減することが可能となる。
また、請求項2記載の電力変換装置によれば、前記制御回路基板に搭載された制御回路が前記シールド空間の外に配置されていることを特徴とする。
Thereby, by enclosing the space between the main circuit board and the control circuit board with the conductor plate or the conductive sheet, the switching circuit mounted on the main circuit board can be confined in the shield space, and the power conversion device It is possible to reduce electromagnetic waves radiated from the main circuit board on which the semiconductor switching element is mounted while suppressing an increase in price and size.
According to a second aspect of the present invention, the control circuit mounted on the control circuit board is disposed outside the shield space.
これにより、主回路基板に搭載されたスイッチング回路をシールド空間内に閉じ込めた上で、制御回路基板に搭載された制御回路をシールド空間外に配置することができ、制御回路基板が主回路基板上に近接して配置された場合においても、主回路基板から制御回路基板に到達する電磁波の強度を弱くすることが可能となることから、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、制御回路基板に搭載された制御回路の誤動作を防止することができる。 As a result, the switching circuit mounted on the main circuit board can be confined in the shield space, and the control circuit mounted on the control circuit board can be disposed outside the shield space. Even in the case of being placed close to the main circuit board, it is possible to weaken the intensity of the electromagnetic wave reaching the control circuit board, while suppressing the increase in price and size of the power converter, It is possible to prevent malfunction of the control circuit mounted on the control circuit board.
以上説明したように、本発明によれば、第1および第2グランド層をシールド層として利用しつつ、主回路基板に搭載されたスイッチング回路をシールド空間内に閉じ込めることができ、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、半導体スイッチング素子が搭載された主回路基板から放射される電磁波を低減することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the switching circuit mounted on the main circuit board can be confined in the shield space while using the first and second ground layers as the shield layers. It is possible to reduce electromagnetic waves radiated from the main circuit board on which the semiconductor switching element is mounted while suppressing an increase in price and size.
以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。
図1において、電力変換装置には、スイッチング回路を構成する主回路基板101と制御回路を構成する制御回路基板102とが設けられ、主回路基板101および制御回路基板102は筐体401内に収容されている。
Hereinafter, a power converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the power conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the power conversion device includes a
ここで、主回路基板101には、電源供給線102を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換する整流部103および整流部103にて得られた直流電圧をスイッチング動作によって所定の周波数の電圧に変換し、電圧出力線105を介して出力するスイッチング部104が設けられている。なお、スイッチング部104に設けられるスイッチング素子としては、例えば、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ:Insulated Gate Bipolar Transistor)の他、パワーMOSFETやバイポーラトランジスタなどを用いるようにしてもよい。
Here, the
また、制御回路基板202には、メモリ部203に格納されたプログラムに従ってスイッチング動作の制御を行うための演算処理を行うCPU部202、CPU部202を動作させるプログラムを記憶するメモリ部203およびオン/オフ制御や周波数制御を行う信号を通信信号線302を介してスイッチング部104に出力する通信制御部204が設けられている。なお、CPU部202、メモリ部203および通信制御部204の電源は電源線301を介して整流部103から供給することができる。
Further, the
そして、電源供給線102を介して交流電圧が整流部103に入力されると、その交流電圧が整流部103にて直流電圧に変換され、スイッチング部104に送られるとともに、その交流電圧が整流部103にて整流および変圧され、電源線301を介してCPU部202、メモリ部203および通信制御部204に電源電圧として供給される。
そして、CPU部202は、メモリ部203に格納されたプログラムに従ってスイッチング動作の制御を行うための演算処理を行い、通信制御部204を介してオン/オフ制御や周波数制御を行う信号を送出することにより、スイッチング部104のスイッチング制御を行う。そして、スイッチング部104は、CPU部202からの制御に従ってスイッチング動作を行うことにより、整流部103にて得られた直流電圧を所定の周波数の電圧に変換し、電圧出力線105を介して出力する。
When an AC voltage is input to the rectifying
Then, the
図2は、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置の外観構成を示す斜視図である。
図2において、主回路基板101にはグランド層507bが一面に形成され、図1の整流部103およびスイッチング部104を構成する電子部品が搭載されている。また、制御回路基板202にはグランド層507aが一面に形成され、図1のCPU部202、メモリ部203および通信制御部204を構成する電子部品508が搭載されている。そして、制御回路基板202は、主回路基板101上に主回路基板101と対向するように配置されている。なお、主回路基板101には、スイッチング部104で発生した熱を放熱するための放熱フィンを設けるようにしてもよい。
FIG. 2 is a perspective view showing an external configuration of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, a
ここで、制御回路基板202および主回路基板101の一面にグランド層507a、507bをそれぞれ形成する方法としては、制御回路基板202および主回路基板101内にグランド層507a、507bをそれぞれ内層するようにしてもよく、制御回路基板202および主回路基板101の表面または裏面にグランド層507a、507bを形成するようにしてもよい。
Here, as a method of forming the
そして、電力変換装置には、主回路基板101と制御回路基板202との間の空間が側方から取り囲まれるように金属板503〜506が配置され、主回路基板101に搭載されたスイッチング部104を電磁シールドするシールド空間がグランド層507a、507bとともに構成されている。
これにより、グランド層507a、507bをシールド層として利用しつつ、主回路基板101に搭載されたスイッチング部104をシールド空間内に閉じ込めることができ、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、スイッチング部104が搭載された主回路基板101から放射される電磁波を低減することが可能となる。
In the power conversion device, the
As a result, the
なお、制御回路基板202に実装される電子部品508のうち、主回路基板101から放射される電磁波によって誤動作を引き起こしやすいものについては、金属板503〜506およびグランド層507a、507bにて構成されるシールド空間外に配置されるように、制御回路基板202に実装するようにしてもよい。
これにより、主回路基板101に搭載されたスイッチング部104をシールド空間内に閉じ込めた上で、制御回路基板201に搭載されたCPU部202やメモリ部203などをシールド空間外に配置することができ、制御回路基板201が主回路基板101上に近接して配置された場合においても、主回路基板101から制御回路基板201に到達する電磁波の強度を弱くすることが可能となることから、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、制御回路基板201に搭載されたCPU部202やメモリ部203などの誤動作を防止することができる。
Of the
As a result, the
なお、金属板503〜506およびグランド層507a、507bにて構成されるシールド空間のシールド効果を高めるために、金属板503〜506とグランド層507a、507bとを電気的に接続して金属板503〜506とグランド層507a、507bとを等電位に保つようにしてもよいし、金属板503〜506と放熱フィンとを電気的に接続して金属板503〜506と放熱フィンとを等電位に保つようにしてもよい。
In order to enhance the shielding effect of the shield space constituted by the
また、図2の実施形態では、主回路基板101に搭載された電子部品全体を金属板503〜506にて取り囲む方法について説明したが、主回路基板101に搭載された電子部品のうち電磁波を放射する電子部品のみを金属板503〜506にて取り囲むようにしてもよい。
また、図2の実施形態では、主回路基板101に搭載されたスイッチング部104をシールドするために、主回路基板101と制御回路基板201との間の空間が囲まれるように金属板503〜506を配置する方法について説明したが、金属板503〜506の代わりに導電性シートを用いるようにしてもよい。
In the embodiment of FIG. 2, the method of surrounding the entire electronic component mounted on the
In the embodiment of FIG. 2, in order to shield the
図3は、本発明の第2実施形態に係る電力変換装置の外観構成を示す斜視図である。
図3において、この電力変換装置には、図2の金属板503〜506の代わりに、穴609が散点状に配置された金属板603〜606が設けられている。そして、主回路基板101に搭載されたスイッチング部104を電磁シールドするシールド空間がグランド層507a、507bとともに金属板603〜606にて構成されている。なお、金属板603〜606に形成された穴609の径は、スイッチング部104から放射される電磁波が外部に漏れ出さないように設定することができる。
FIG. 3 is a perspective view showing an external configuration of the power conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 3, this power converter is provided with
これにより、グランド層507a、507bをシールド層として利用しつつ、主回路基板101に搭載されたスイッチング部104をシールド空間内に閉じ込めることができ、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、スイッチング部104が搭載された主回路基板101から放射される電磁波を低減することが可能となるとともに、シールド空間と外部との通気性を確保することが可能となり、主回路基板101に搭載されたスイッチング素子の温度上昇を抑えることができる。
なお、図3の実施形態では、シールド空間と外部との通気性を確保するために、金属板603〜606に穴609を設ける方法について説明したが、穴609を設ける代わりにメッシュ構造としてもよい。
As a result, the
In the embodiment of FIG. 3, the method of providing the
101、501、601 主回路基板
102 電源供給線
103 整流部
104 スイッチング部
105 電圧出力線
201、502、602 制御回路基板
202 CPU部
203 メモリ部
204 通信制御部
301 電源線
302 通信信号線
401 筐体
503〜506、603〜606 金属板
507a、507b、607a、607b グランド層
508、608 電子部品
609 穴
101, 501, 601
Claims (2)
前記スイッチング回路のスイッチング制御を行う制御回路が搭載され、前記主回路基板上に前記主回路基板と対向するように配置されるとともに、第2グランド層が一面に形成された制御回路基板と、
前記主回路基板と前記制御回路基板との間の空間を囲むように配置され、前記スイッチング回路を電磁シールドするシールド空間を前記第1および第2グランド層とともに構成する導体板または導電性シートとを備えることを特徴とする電力変換装置。 A main circuit board on which a switching circuit is mounted and the first ground layer is formed on one surface;
A control circuit that performs switching control of the switching circuit, is disposed on the main circuit board so as to face the main circuit board, and has a second ground layer formed on one surface;
A conductor plate or a conductive sheet which is disposed so as to surround a space between the main circuit board and the control circuit board, and which constitutes a shield space for electromagnetically shielding the switching circuit together with the first and second ground layers. A power conversion device comprising:
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