JP2010172147A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換装置1は、複数の半導体モジュール3を回路基板2に配列して、回転電機を制御する電力変換回路を形成してなる。各半導体モジュール3は、その一方側に、電源又は回転電機に接続されるパワー端子33を配設すると共に、その他方側に、制御回路に接続される制御端子34を配設してなる。複数の半導体モジュール3は、回路基板2の一方の表面側における平面方向Fの一方側F1と他方側F2とに並列に並ぶ状態で配列してある。複数の半導体モジュール3は、回路基板2において、パワー端子33を回路基板2の平面方向Fにおける外側に向けると共に制御端子34を回路基板2の平面方向Fにおける内側に向けた状態で配列してある。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1のインバータ装置においては、昇圧用のリアクトル、各相用スイッチングユニット、昇圧用スイッチングユニット、昇圧前平滑用コンデンサ、及び昇圧後平滑用コンデンサを含む複数の回路構成部品の中の一部を、冷却プレートの一方の面に当接させ、残りを冷却プレートの他方の面に当接させて配置している。そして、インバータ装置の各回路構成部品を効率的に冷却し、各回路構成部品を1つにまとめて効率的に配置している。
上記半導体モジュールは、その一方側に、電源又は上記回転電機に接続されるパワー端子を配設すると共に、その他方側に、制御回路に接続される制御端子を配設してなり、
上記複数の半導体モジュールは、上記回路基板の一方の表面側における平面方向の一方側と他方側とに並列に並ぶ状態で配列してあり、かつ上記パワー端子を上記回路基板の上記平面方向における外側に向けると共に上記制御端子を上記回路基板の上記平面方向における内側に向けた状態で配列してあることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
なお、平面方向とは、回路基板の表面側において、この表面に平行な二次元の平面の方向のことをいう。
本発明において、上記半導体モジュールにおいて、電源に接続されるパワー端子とは、電源に直接接続されることのみを意味せず、平滑コンデンサ等を介して電源に接続されることも意味する。例えば、電源の電圧を昇圧する昇圧回路を用いる場合には、パワー端子は、昇圧後の平滑コンデンサを介して電源に接続することができる。
この場合には、回路基板の一方の表面側に対して複数の半導体モジュールを効率よく整列させて配置することができ、電力変換装置をコンパクトに形成することができる。
なお、上記半導体モジュールの本体部とは、スイッチング素子をモールド樹脂によってモールド成形した部分のことをいい、上記パワー端子及び制御端子がモールド樹脂から引き出された部分を除く部分のことをいう。
この場合には、電力変換装置によって2つの回転電機を制御する際に、制御回路の誤動作を防止及びパワー端子の接続組付性の向上を図ると共に、2つのブリッジ回路を構成する半導体モジュールを効率よく整列させて配置することができ、電力変換装置をコンパクトに形成することができる。
この場合には、電力変換装置において電源電圧の昇圧を行って2つの回転電機を制御する際に、回路基板の一方の表面側に対して、インバータ用モジュールと昇圧用モジュールとを効率よく整列させて配置することができ、電力変換装置をコンパクトに形成することができる。
この場合には、冷却器によって、半導体モジュールから回路基板の側及びその反対側の少なくとも一方に向けて放出されるノイズを遮蔽することができ、電力変換装置における低ノイズ化をより効果的に図ることができる。
本例の電力変換装置1は、図1〜図3に示すごとく、スイッチング素子31をモールド樹脂32によって覆って形成した複数の半導体モジュール3を回路基板2に配列してなり、図5に示すごとく、スイッチング素子31によって回転電機5A、5Bを制御する電力変換回路6を形成してなる。同図に示すごとく、各半導体モジュール3は、その一方側に、昇圧後平滑コンデンサ64又は回転電機5A、5Bに接続されるパワー端子33を配設すると共に、その他方側に、スイッチング素子を駆動するドライブ回路やECU(電子制御ユニット)等の制御回路に接続される制御端子34を配設してなる。
図1に示すごとく、複数の半導体モジュール3は、回路基板2の一方の表面側Eにおける平面方向Fの一方側F1と他方側F2とに並列に並ぶ状態で配列してある。また、複数の半導体モジュール3は、回路基板2において、パワー端子33を回路基板2の平面方向Fにおける外側に向けると共に制御端子34を回路基板2の平面方向Fにおける内側に向けた状態で配列してある。ここで、平面方向Fとは、回路基板2の表面側Eにおいて、この表面に平行な二次元の平面の方向のことをいう。
図5に示すごとく、本例の電力変換装置1は、ハイブリッド自動車又は電気自動車において車両駆動用(車両走行用)の回転電機(モータジェネレータ)5A、5Bを制御するために用いる。本例の電力変換装置1は、自動車に配設した車両駆動用の2つの回転電機5A、5Bを制御するよう構成してある。
本例の電力変換回路6は、回転電機5A、5Bを制御するインバータ回路6Aと、インバータ回路6Aへ供給する電圧を昇圧する昇圧回路6Bとからなる。回路基板2の一方の表面側Eにおいては、インバータ回路6Aを構成する半導体モジュール3であるインバータ用モジュール3A、3Bと、昇圧回路6Bを構成する半導体モジュール3である昇圧用モジュール3C、3Dとが配列してある。回路基板2の一方の表面側Eにおいては、回路基板2の平面方向Fにおける一方側F1に配列した3つの第1インバータ用モジュール3Aのスイッチング素子31によって、一方の回転電機5Aを制御する第1ブリッジ回路6A(1)が形成してあり、回路基板2の平面方向Fにおける他方側F2に配列した3つの第2インバータ用モジュール3Bのスイッチング素子31によって、他方の回転電機5Bを制御する第2ブリッジ回路6A(2)が形成してある。
そして、回路基板2の一方の表面側Eにおいては、平面方向Fの一方側F1において、3つの第1インバータ用モジュール3Aと1つの第1昇圧用モジュール3Cとが1列に整列して配設してあり、平面方向Fの他方側F2において、3つの第2インバータ用モジュール3Bと1つの第2昇圧用モジュール3Dとが1列に整列して配設してある。
なお、各モジュール3A〜Dの本体部とは、スイッチング素子31をモールド樹脂32によってモールド成形した部分のことをいい、パワー端子33及び制御端子34がモールド樹脂32から引き出された部分を除く部分のことをいう。
そして、各パワー端子33は、昇圧後平滑コンデンサ64のプラス側もしくはマイナス側、又は回転電機5A、5Bのコイル(本例では3相のステータにおけるコイル)に、バスバー等を介して接続される。また、各半導体モジュール3における制御端子34は、回路基板2に配線される。
具体的には、本例の複数の半導体モジュール3としてのインバータ用モジュール3A、3B及び昇圧用モジュール3C、3Dは、回路基板2の一方の表面側Eにおける一方側F1と他方側F2とに並列に並ぶ状態で、回路基板2の一方の表面側Eにおける平面方向Fの一方側F1と他方側F2とに対称に配列してある。そして、一方側F1及び他方側F2の両側におけるインバータ用モジュール3A、3B及び昇圧用モジュール3C、3Dについて、各パワー端子33を回路基板2の平面方向Fにおける外側に向けると共に、各制御端子34を回路基板2の平面方向Fにおける内側に向けている。
そのため、パワー端子33に流れる大電流が、制御端子34にノイズ電流として重畳してしまうことを抑制することができ、制御端子34に接続した制御回路の誤動作を防止することができる。また、制御端子34に比べて断面積が大きいパワー端子33を、互いに反対の方向として平面方向Fにおける外側に向けることができ、昇圧後平滑コンデンサ64又は回転電機5A、5Bに対するパワー端子33の接続組付性を向上させることができる。なお、このパワー端子33は、バスバー等を介して昇圧後平滑コンデンサ64又は回転電機5A、5Bに接続することができる。
さらに、本例においては、冷却器41によって、半導体モジュール3から回路基板2の側及びその反対側に向けて放出されるノイズを遮蔽することができ、電力変換装置1における低ノイズ化をより効果的に図ることができる。
2 回路基板
3 半導体モジュール
3A、3B インバータ用モジュール
3C、3D 昇圧用モジュール
31 スイッチング素子
33 パワー端子
34 制御端子
41 冷却器
5A、5B 回転電機
6 電力変換回路
6A インバータ回路
6B 昇圧回路
61 電源
E 一方の表面側
F 平面方向
F1 一方側
F2 他方側
Claims (5)
- スイッチング素子をモールド樹脂によって覆って形成した複数の半導体モジュールを回路基板に配列してなり、上記スイッチング素子によって回転電機を制御する電力変換回路を形成してなる電力変換装置において、
上記半導体モジュールは、その一方側に、電源又は上記回転電機に接続されるパワー端子を配設すると共に、その他方側に、制御回路に接続される制御端子を配設してなり、
上記複数の半導体モジュールは、上記回路基板の一方の表面側における平面方向の一方側と他方側とに並列に並ぶ状態で配列してあり、かつ上記パワー端子を上記回路基板の上記平面方向における外側に向けると共に上記制御端子を上記回路基板の上記平面方向における内側に向けた状態で配列してあることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1において、上記回路基板の上記平面方向の一方側に配列した複数の半導体モジュールの本体部と、上記回路基板の上記平面方向の他方側に配列した複数の半導体モジュールの本体部とは、上記回路基板の上記平面方向の一方側と他方側とに対称に配列してあることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1又は2において、上記半導体モジュールにおける上記スイッチング素子は、2つの上記回転電機を別々に制御するために2つのブリッジ回路を構成しており、
一方の回転電機を制御する第1ブリッジ回路を構成する半導体モジュールが、上記回路基板の上記平面方向の一方側に配列してあり、
他方の回転電機を制御する第2ブリッジ回路を構成する半導体モジュールが、上記回路基板の上記平面方向の他方側に配列してあることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項3において、上記電力変換回路は、上記回転電機を制御するインバータ回路と、該インバータ回路へ供給する電圧を昇圧する昇圧回路とからなり、
上記インバータ回路を構成する上記半導体モジュールであるインバータ用モジュールは、上記第1ブリッジ回路と上記第2ブリッジ回路とを形成しており、
上記昇圧回路を構成する上記半導体モジュールである昇圧用モジュールは、上記回路基板の上記平面方向の一方側において、上記第1ブリッジ回路を構成する上記インバータ用モジュールと並ぶ第1昇圧用モジュールと、上記回路基板の上記平面方向の他方側において、上記第2ブリッジ回路を構成する上記インバータ用モジュールと並ぶ第2昇圧用モジュールとからなることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項において、上記複数の半導体モジュールの両表面の少なくとも一方には、金属材料からなる筒形状のフレーム内に冷媒を通過させる冷媒通路を形成してなる冷却器が配置してあることを特徴とする電力変換装置。
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