JP2012069997A - Power module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のパワー半導体素子および複数の駆動回路を一体化したパワーモジュールに関する。 The present invention relates to a power module in which a plurality of power semiconductor elements and a plurality of drive circuits are integrated.
従来のパワーモジュール(例えば、特許文献1)では、複数のパワー半導体素子を駆動制御するための複数の制御回路の電源回路において、単一コアと複数の巻線回路からなる単一の電源トランスを採用して、各巻線回路から各制御回路への電力を分配している。 In a conventional power module (for example, Patent Document 1), in a power supply circuit of a plurality of control circuits for driving and controlling a plurality of power semiconductor elements, a single power transformer composed of a single core and a plurality of winding circuits is provided. Adopted to distribute power from each winding circuit to each control circuit.
このようなパワーモジュールでは、正ラインと負ラインとの間に、2個以上のパワー半導体素子を含む直列回路が並列的に接続されている。各パワー半導体素子の駆動タイミングおよび駆動基準電圧は一般に異なるため、各パワー半導体素子に対応した複数の駆動回路を設ける必要がある。従って、パワー半導体素子の個数が増加すると、それに応じて駆動回路の個数も増加することから、電源トランスの巻線回路数も増やす必要がある。その結果、相互絶縁された多数の出力を生成するために多数の出力端子が必要となり、使用するボビンも大型のものが必要となり、電源トランスが大型化するという問題がある。 In such a power module, a series circuit including two or more power semiconductor elements is connected in parallel between a positive line and a negative line. Since the drive timing and drive reference voltage of each power semiconductor element are generally different, it is necessary to provide a plurality of drive circuits corresponding to each power semiconductor element. Therefore, as the number of power semiconductor elements increases, the number of drive circuits also increases accordingly, so the number of winding circuits of the power transformer must be increased. As a result, a large number of output terminals are required to generate a large number of mutually isolated outputs, and a large bobbin is required, resulting in an increase in the size of the power transformer.
大型の巻線トランスを内蔵したパワーモジュールは、巻線トランスの高さに起因してモジュール自体の高さが増加してしまう。また、外部回路と接続するためのパワーモジュール端子をモジュール上部に配置した場合、パワーモジュール端子への接続線が長くなってしまい、電気的特性の悪化を招くことがある。 In a power module incorporating a large winding transformer, the height of the module itself increases due to the height of the winding transformer. Moreover, when the power module terminal for connecting with an external circuit is arrange | positioned at the module upper part, the connection line to a power module terminal becomes long and may cause a deterioration of an electrical property.
また、一般の巻線トランスは、コア、ボビン、絶縁銅線による巻線等で構成されるが、コアや絶縁導線は重量が大きいため、車載用などに用いられるパワーモジュールでは振動によって巻線トランスが破損する可能性がある。 In addition, general winding transformers are composed of cores, bobbins, windings made of insulated copper wires, etc., but the cores and insulated conductors are heavy, so in power modules used for in-vehicle use, etc. May be damaged.
巻線トランスを複数の小型巻線トランスに分散して、各巻線トランスの質量や大きさを抑制する方法も考えられるが、巻線トランスの数が増加すると、最終的には巻線トランスのコストは大幅に増加し、信頼性も低下する傾向にある。 A method of reducing the mass and size of each winding transformer by distributing the winding transformer to multiple small winding transformers is also possible, but if the number of winding transformers increases, the cost of the winding transformer will eventually be increased. Tends to increase significantly and reliability also decreases.
また、巻線トランスの各端子とプリント基板の配線パターンとを半田付け等で接続した場合、半田クラックなどの問題が懸念され、巻線回路数が増えるほど、信頼性が低下することになる。 Further, when each terminal of the winding transformer and the wiring pattern of the printed circuit board are connected by soldering or the like, there is a concern about problems such as solder cracks, and the reliability decreases as the number of winding circuits increases.
さらに、パワーモジュールは、一般に、広い温度範囲で高ヒートサイクル環境で使用されることが多く、巻線トランスの小型化のために細い巻線を使用すると、ヒートサイクルによる巻線の断線故障が生じやすくなる。また、小型巻線トランスは、サイズが小さいため、巻線間の絶縁耐圧を十分に取ることが難しく、高耐圧のパワーモジュールに不向きである。 In addition, power modules are generally used in a high heat cycle environment over a wide temperature range, and if thin windings are used to reduce the size of the winding transformer, disconnection failure of the windings due to heat cycles occurs. It becomes easy. In addition, since the small winding transformer is small in size, it is difficult to obtain a sufficient withstand voltage between the windings, and is not suitable for a high voltage power module.
一方、パワー半導体素子と駆動回路の間で高い絶縁耐圧を確保するために、一般にアイソレーション回路、例えば、ゲート駆動用フォトカプラやゲート駆動用巻線トランスなどを採用している。こうした絶縁トランスを用いた場合についても、上述のような問題が懸念される。 On the other hand, in order to ensure a high withstand voltage between the power semiconductor element and the drive circuit, an isolation circuit such as a gate drive photocoupler or a gate drive winding transformer is generally employed. Even when such an insulating transformer is used, the above-described problems are concerned.
本発明の目的は、上記のような問題点を解決するため、薄型かつ小型軽量で、信頼性が高く、高性能で低コストのパワーモジュールを提供することである。 In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a power module that is thin, small, lightweight, highly reliable, high performance, and low cost.
上記目的を達成するために、本発明に係るパワーモジュールは、複数のパワー半導体素子と、
各パワー半導体素子を個別に駆動するための複数の駆動回路と、
各駆動回路に対して個別に電力を供給するための複数の駆動用電源回路と、
各駆動回路および各駆動用電源回路が搭載されたプリント基板とを備え、
各駆動用電源回路は、電力を伝送するための電源トランスを含み、
該電源トランスは、プリント基板に配置された1次側および2次側コイルパターンと、プリント基板に装着され、1次側および2次側コイルパターンと電磁結合するコア部材とで構成され、
コア部材は、磁性かつ導電性を有する材料で形成され、
プリント基板は、各パワー半導体素子を覆うように配置されたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a power module according to the present invention includes a plurality of power semiconductor elements,
A plurality of drive circuits for individually driving each power semiconductor element;
A plurality of drive power supply circuits for supplying power to each drive circuit individually;
Each drive circuit and a printed circuit board on which each drive power supply circuit is mounted,
Each drive power circuit includes a power transformer for transmitting power,
The power transformer is composed of primary and secondary coil patterns disposed on a printed circuit board, and a core member that is mounted on the printed circuit board and electromagnetically couples with the primary and secondary coil patterns.
The core member is formed of a magnetic and conductive material,
The printed circuit board is arranged to cover each power semiconductor element.
また本発明に係るパワーモジュールは、複数のパワー半導体素子と、
各パワー半導体素子を個別に駆動するための複数の駆動回路と、
各駆動回路が搭載されたプリント基板とを備え、
各駆動回路は、パワー半導体素子の駆動信号を伝送するための絶縁トランスを含み、
該絶縁トランスは、プリント基板に配置された1次側および2次側コイルパターンと、プリント基板に装着され、1次側および2次側コイルパターンと電磁結合するコア部材とで構成され、
各パワー半導体素子および、各パワー半導体素子に対応する各絶縁トランスは、それぞれ最短の距離に対応して配置されたことを特徴とする。
The power module according to the present invention includes a plurality of power semiconductor elements,
A plurality of drive circuits for individually driving each power semiconductor element;
And a printed circuit board on which each drive circuit is mounted,
Each drive circuit includes an insulating transformer for transmitting a drive signal of the power semiconductor element,
The insulating transformer includes a primary side and a secondary side coil pattern disposed on a printed circuit board, and a core member that is mounted on the printed circuit board and electromagnetically couples with the primary side and the secondary side coil pattern.
Each power semiconductor element and each insulation transformer corresponding to each power semiconductor element are arranged corresponding to the shortest distance.
本発明によれば、電源トランスや絶縁トランスの巻線回路をプリント基板のコイルパターンで構成することによって、トランスの薄型化、小型軽量化が図られるとともに、半田付け箇所を削減できるため、耐振動性、耐ヒートサイクル性能、トランス耐圧を改善できる。さらに、パワーモジュールのコストを低減し、電気的特性の劣化を抑え、信頼性を大幅に改善できる。 According to the present invention, the winding circuit of the power transformer and the insulating transformer is configured by the coil pattern of the printed circuit board, so that the transformer can be reduced in thickness, reduced in size and weight, and the number of soldering points can be reduced. , Heat cycle resistance and transformer pressure resistance can be improved. Furthermore, the cost of the power module can be reduced, the deterioration of electrical characteristics can be suppressed, and the reliability can be greatly improved.
また、コア部材は、磁性かつ導電性を有する材料で形成され、プリント基板は、各パワー半導体素子を覆うように配置することによって、輻射ノイズのシールド効果が得られる。 Further, the core member is formed of a magnetic and conductive material, and the printed circuit board is disposed so as to cover each power semiconductor element, thereby obtaining a radiation noise shielding effect.
また、各パワー半導体素子および、各パワー半導体素子に対応する各絶縁トランスは、それぞれ最短の距離に対応して配置することによって、耐ノイズ性に優れ、安定した動作が得られる。 Further, each power semiconductor element and each insulating transformer corresponding to each power semiconductor element are arranged corresponding to the shortest distance, thereby providing excellent noise resistance and stable operation.
実施の形態1.
図1は、本発明に係るパワーモジュールの概略構造を示す分解斜視図である。パワーモジュールは、ベース基板1と、プリント基板30と、ケース部材20などを備える。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic structure of a power module according to the present invention. The power module includes a base substrate 1, a printed
ベース基板1は、放熱性能の優れた電気絶縁層の上に配線パターンが形成され、例えば、アルミニウム基板、セラミック基板などで構成される。ベース基板1には、複数のパワー半導体素子、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)3と、複数のダイオード4と、複数の接続端子13などが搭載される。ベース基板1は、通常、外部のヒートシンク(不図示)に搭載される。
The base substrate 1 has a wiring pattern formed on an electrically insulating layer having excellent heat dissipation performance, and is composed of, for example, an aluminum substrate or a ceramic substrate. On the base substrate 1, a plurality of power semiconductor elements, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 3, a plurality of diodes 4, a plurality of
ケース部材20は、ベース基板1およびプリント基板30を所定の間隔で保持するために、ベース基板1の周囲を取り囲むように設けられる。
The
プリント基板30には、IGBT3を個別に駆動するための複数の駆動回路と、各駆動回路に対して個別に電力を供給するための複数の駆動用電源回路などが搭載され、図1に示すように、例えば、発振回路37、MOSFET38、バイパスコンデンサ39、整流回路41、駆動回路42、電源トランス50など各種回路素子が搭載される。
A plurality of drive circuits for individually driving the IGBT 3 and a plurality of drive power supply circuits for individually supplying power to each drive circuit are mounted on the printed
ベース基板1には、多数の接続端子13が立設しており、プリント基板30をケース部材20に収納した状態でベース基板1の配線パターンとプリント基板30の配線パターンとを電気接続するために用いられる。
A large number of
ケース部材20には、多数のモジュール端子21が配置され、外部回路と電気接続するために用いられる。
A number of
なお、図1では、内部構造を説明するためにプリント基板30を上方に取り外した様子を示しているが、実際のプリント基板30は、ケース部材20の内部に収納されるとともに、ベース基板1とプリント基板30との間の内部空間およびプリント基板30の上面側には樹脂封止材25が注入されて、モジュール全体がモールド封止される。
FIG. 1 shows a state in which the printed
図2は、ベース基板1における回路図の一例を示す。ここでは、三相(U相、V相、W相)の電力入力Pinを三相(R相、S相、T相)の電力出力Poutへ変換するコンバータを例示するが、その他の各種コンバータや各種インバータにも本発明は適用可能である。 FIG. 2 shows an example of a circuit diagram of the base substrate 1. Here, a converter that converts a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) power input Pin into a three-phase (R-phase, S-phase, T-phase) power output Pout is exemplified. The present invention is also applicable to various inverters.
正ラインLpと負ラインLnとの間には、U相をスイッチングするIGBT3a,3gからなる直列回路、V相をスイッチングするIGBT3b,3hからなる直列回路、W相をスイッチングするIGBT3c,3iからなる直列回路、さらに、R相をスイッチングするIGBT3d,3jからなる直列回路、S相をスイッチングするIGBT3e,3kからなる直列回路、T相をスイッチングするIGBT3f,3mからなる直列回路が接続されている。各IGBT3a〜3mには、ダイオード4a〜4mがそれぞれ逆並列接続されている。
Between the positive line Lp and the negative line Ln, a series circuit composed of
電力入力Pinおよび電力出力Poutは、図1に示すモジュール端子21を経由して、外部回路と送受される。
The power input Pin and the power output Pout are transmitted / received to / from an external circuit via the
各IGBT3a〜3mのゲートおよびエミッタは、図1に示す接続端子13に個別に接続されており、プリント基板30に搭載された複数の駆動回路から個々の接続端子13を経由して、駆動信号Sa〜Smが個別に供給される。
The gates and emitters of the
図3は、プリント基板30における回路図の一例を示す。プリント基板30には、各IGBT3a〜3mの駆動信号Sa〜Smを出力するための複数の駆動回路42と、各駆動回路42に対して個別に電力を供給するための複数の駆動用電源回路が搭載される。図3では、駆動信号Sa〜Sfの6系統についての回路図を示し、残りの駆動信号Sg〜Smについては同様な回路構成であるため省略している。
FIG. 3 shows an example of a circuit diagram of the printed
各駆動用電源回路は、電源トランス50と、整流回路41とを備える。各電源トランス50の1次側コイル50aは共通接続され、2次側コイル50bには個別の整流回路41が接続される。各整流回路41は、整流ダイオード41aと、平滑コンデンサ41bとを備える。各整流回路41からの直流電圧は、各駆動回路42に個別に供給される。
Each driving power supply circuit includes a
外部電源の正極Vin+に接続される正ラインと外部電源の負極Vin−に接続される負ラインとの間には、バイパスコンデンサ39と、発振回路37と、各電源トランス50の1次側コイル50aおよびMOSFET38からなる直列回路が接続される。
Between the positive line connected to the positive electrode Vin + of the external power source and the negative line connected to the negative electrode Vin− of the external power source, a
発振回路37は、所定の周期および所定のデューティ比を持つパルスを発生する。MOSFET38は、発振回路37からのパルスに応じて、各電源トランス50の1次側コイル50aに流れる電流をパルス状にスイッチングする。各電源トランス50は、1次側コイル50aと2次側コイル50bの巻線比に応じた電圧に変換し、各整流回路41に供給する。なお、バイパスコンデンサ39は、パルス状の電流がノイズとなって外部へ漏出するのを防止している。
The
各駆動回路42は、光絶縁用のフォトカプラ42aを備え、マイクロプロセッサ等の外部制御回路からの制御信号を受信して、個々の駆動信号Sa〜Smを出力し、接続端子13を経由して各IGBT3a〜3mのゲートおよびエミッタに供給する。。
Each
図4は、電源トランス50として使用可能なシートトランス70の構造の一例を示し、図4(a)は平面図、図4(b)は断面図である。シートトランス70は、プリント基板30の第1面(例えば、表側面)に配置された1次側コイルパターン70aと、プリント基板30の第2面(例えば、裏側面)に配置された2次側コイルパターン70bと、両方のコイルパターン70a,70bと電磁結合するコア71とで構成される。
4A and 4B show an example of the structure of a
プリント基板30には、両方のコイルパターン70a,70bに近接するように、3つの貫通孔31が形成されている。コア71は、例えば、E字状の分割コアに予め二分されており、プリント基板30の両面側から各分割コアを貫通孔31に装着すると、分割コアを一体化したコア71が得られる。
Three through
こうしたシートトランス70を電源トランス50として使用することによって、トランスの薄型化、小型軽量化が図られるため、従来のような大型トランスを使用したパワーモジュールと比べて、モジュール全体の薄型化、小型軽量化が図られる。
By using such a
また、プリント基板30にコイルパターン70a,70bを形成することによって、半田付け箇所を削減できるとともに、極細の電線をボビンに巻回して製作した従来のトランスと比べて、耐振動性、耐ヒートサイクル性能、トランス耐圧を大幅に改善することができる。
In addition, by forming the
また、従来の巻線トランスでは、1次巻線と2次巻線の間の耐電圧を高くすることはボビンの形状的制約等から難しかったが、本発明に係る電源トランス50では、シートトランス70において各コイルパターン70a,70bがプリント基板30の電気絶縁層を介して配置されるため、1次巻線と2次巻線の間の絶縁耐圧を高くできる。
Further, in the conventional winding transformer, it has been difficult to increase the withstand voltage between the primary winding and the secondary winding due to restrictions on the shape of the bobbin, but in the
また、ボビンにコアを嵌合して構成した従来の巻線トランスを小型化する場合には、安価なアウトサートボビンが使えず、やむなく高価なインサートボビンを使う必要があったが、本発明ではボビンも必要とせず、巻線用の線材も必要としないので安価なパワーモジュールを実現できる。 In addition, when downsizing a conventional winding transformer configured by fitting a core to a bobbin, an inexpensive outsert bobbin cannot be used, and an expensive insert bobbin must be used. An inexpensive power module can be realized because no bobbin is required and no wire for winding is required.
また、従来の巻線トランスを複数用いた場合、駆動回路を搭載したプリント基板のパターン面積の割合を大きくすると、プリント基板のリフローはんだ付け時の熱容量が大きくなり、巻線トランスのボビン端子部とボビンに巻かれた巻線のはんだ付け部が再溶融して、はんだ付け品質に悪影響が生じることがあり、そのためプリント基板のパターン面積の割合を大きくとることが困難であった。 Also, when using multiple conventional winding transformers, increasing the pattern area ratio of the printed circuit board on which the drive circuit is mounted increases the heat capacity during reflow soldering of the printed circuit board. The soldering portion of the winding wound around the bobbin may be remelted, and the soldering quality may be adversely affected. For this reason, it is difficult to increase the pattern area ratio of the printed circuit board.
これに対して本発明では、トランスの半田付け箇所がなく、プリント基板のパターン面積の割合を容易に大きくとることができ、大きな面積のグランドパターンを確保することが容易になる。その結果、パワーモジュール内での輻射ノイズを、大きなグランドパターンによって効果的にシールドすることが可能となり、輻射ノイズの抑制が図られる。 On the other hand, in the present invention, there is no soldering portion of the transformer, the ratio of the pattern area of the printed circuit board can be easily increased, and a ground pattern with a large area can be easily secured. As a result, radiation noise in the power module can be effectively shielded by a large ground pattern, and radiation noise can be suppressed.
なお、コイルパターンが配置されるエリアはグランドパターン面積の割合が低下するが、コイルパターン近傍に装着するコアを磁性かつ導電性を有する材料で形成することにより、シールド効果が得られるため、輻射ノイズのシールド効果を維持できる。 The area where the coil pattern is arranged has a lower ground pattern area ratio, but the shielding effect can be obtained by forming the core to be mounted in the vicinity of the coil pattern from a magnetic and conductive material. The shield effect can be maintained.
さらに、本実施形態では、図1に示すように、多数の接続端子13を4か所に分けてベース基板1上に配置している。例えば、図2に示すように、駆動信号Sa〜Scを伝送する接続端子13と、駆動信号Sd〜Sfを伝送する接続端子13と、駆動信号Sg〜Siを伝送する接続端子13と、駆動信号Sj〜Smを伝送する接続端子13を4か所に分散させている。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 1, a large number of
そして、プリント基板30では、駆動信号Sa〜Scを供給する駆動回路42およびこれに関連した駆動用電源回路と、駆動信号Sd〜Sfを供給する駆動回路42およびこれに関連した駆動用電源回路と、駆動信号Sg〜Siを供給する駆動回路42およびこれに関連した駆動用電源回路と、駆動信号Sj〜Smを供給する駆動回路42およびこれに関連した駆動用電源回路を、それぞれ対応する接続端子13の近傍に配置する。
In the printed
こうした配置によって、電源トランス50の2次側コイル50bから各IGBT3a〜3mのゲートおよびエミッタに至るまでの配線距離を可及的に短縮できる。その結果、ノイズが混入しやすい駆動回路42への電源ライン、あるいはゲート発振などの問題が生じやすいゲート駆動ラインが短くなるため、耐ノイズ性に優れ、安定して動作するパワーモジュールを実現できる。
With this arrangement, the wiring distance from the
以上の説明では、各IGBT3a〜3mを駆動する計12個の駆動回路42ごとに、計12個の電源トランス50を配置した例を示したが、負ラインLn側に配置されたIGBT3g〜3mのエミッタは共通接続されており、これらのIGBT3g〜3mの駆動基準電圧は共通になる。従って、IGBT3g〜3mを駆動する計6個の駆動回路42に関する電源トランス50および整流回路41は共用することが可能である。例えば、1個の電源トランス50および1個の整流回路41が2〜6個の駆動回路42へ電力を供給することによって、部品点数の削減が図られる。
In the above description, an example in which a total of twelve
このとき電源容量が不足する場合は、2個以上の電源トランス50を並列接続することも可能である。また、1つの電源トランス50に2つ以上の2次側コイル50bを設けて、2つ以上の駆動回路42へ個別に電力供給することも可能である。なお、2次側コイル50bとして、シートトランス70に複数のコイルパターン70bを設ける場合、プリント基板30の層数を増加させないためにも、2〜3回路の2次側コイルパターン70bが好ましい。
If the power capacity is insufficient at this time, two or
また本実施形態では、パワー半導体素子として、IGBTを使用した例を示したが、代わりにトランジスタ、MOSFET等、他のパワー半導体素子を用いた場合も本発明と同様な効果が得られる、 Moreover, in this embodiment, although the example which used IGBT as a power semiconductor element was shown, the effect similar to this invention is acquired also when other power semiconductor elements, such as a transistor and MOSFET, are used instead,
実施の形態2.
図5は、本発明の第2実施形態に係るパワーモジュールの駆動回路の一例を示す回路図である。本実施形態に係るパワーモジュールの全体構造は、図1に示したものと同様であるため、重複説明を省く。また、ベース基板1における回路図についても、図2に示したものと同様であるため、重複説明を省く。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a power module drive circuit according to the second embodiment of the present invention. The overall structure of the power module according to this embodiment is the same as that shown in FIG. The circuit diagram of the base substrate 1 is also the same as that shown in FIG.
図5を参照して、プリント基板30には、各IGBT3a〜3mの駆動信号Sa〜Smを出力するための複数のゲートトランス60と、各ゲートトランス60を駆動するための複数のゲートトランス駆動回路43とが搭載される。なお、図5では、駆動信号Sa〜Sfの6系統についての回路図を示し、残りの駆動信号Sg〜Smについては同様な回路構成であるため省略している。
Referring to FIG. 5, printed
各ゲートトランス60は、駆動回路側とパワー半導体素子側とを電気絶縁する絶縁トランスとして構成され、1次側コイル60aにはゲートトランス駆動回路43が配置され、2次側コイル60bは各IGBT3a〜3mのゲートおよびエミッタに接続される。
Each
ゲートトランス駆動回路43は、バッファ回路として構成され、マイクロプロセッサ等の外部制御回路からの差動制御信号Vd+,Vd−を増幅し波形整形した後、パルス状電流としてゲートトランス60に供給する。
The gate
本実施形態に係るゲートトランス60についても、図4に示したシートトランス70が使用できる。こうしたシートトランス70をゲートトランス60として使用することによって、トランスの薄型化、小型軽量化が図られるため、従来のような大型トランスを使用したパワーモジュールと比べて、モジュール全体の薄型化、小型軽量化が図られる。
The
また、プリント基板30にコイルパターン70a,70bを形成することによって、半田付け箇所を削減できるとともに、極細の電線をボビンに巻回して製作した従来のトランスと比べて、耐振動性、耐ヒートサイクル性能、トランス耐圧を大幅に改善することができる。
In addition, by forming the
また、実施の形態1と同様に、各ゲートトランス60を、各IGBT3a〜3mに対応した垂直方向近傍に配置することにより、各ゲートトランス60の2次側コイル60bから各IGBT3a〜3mのゲートおよびエミッタに至るまでの配線距離を可及的に短縮できる。その結果、ノイズ混入やゲート発振などの問題が生じやすいゲート駆動ラインが短くなるため、耐ノイズ性に優れ、安定して動作するパワーモジュールを実現できる。
Similarly to the first embodiment, each
実施の形態3.
図6は、シートトランス70の他の例を示し、図6(a)は平面図、図6(b)は断面図である。本実施形態において、プリント基板30は、電気絶縁層、第1導体層、電気絶縁層、第2導体層、電気絶縁層という順に積層された多層基板で構成される。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 shows another example of the
シートトランス70は、プリント基板30の第2導体層に配置された1次側コイルパターン70aと、プリント基板30の第1導体層に配置された2次側コイルパターン70bと、両方のコイルパターン70a,70bと電磁結合するコア71とで構成される。
The
プリント基板30には、両方のコイルパターン70a,70bに近接するように、3つの貫通孔31が形成されている。コア71は、例えば、E字状の分割コアに予め二分されており、プリント基板30の両面側から各分割コアを貫通孔31に装着すると、分割コアを一体化したコア71が得られる。
Three through
こうしたシートトランス70を、図3に示す電源トランス50または図5に示すゲートトランス60として使用することによって、トランスの薄型化、小型軽量化が図られるため、従来のような大型トランスを使用したパワーモジュールと比べて、モジュール全体の薄型化、小型軽量化が図られる。
By using such a
また、プリント基板30にコイルパターン70a,70bを形成することによって、半田付け箇所を削減できるとともに、極細の電線をボビンに巻回して製作した従来のトランスと比べて、耐振動性、耐ヒートサイクル性能、トランス耐圧を大幅に改善することができる。
In addition, by forming the
特に、本実施形態では、コイルパターン70a,70bの両方を多層プリント基板の内層側に配置することによって、コイルパターン70a,70b間だけでなく、コア71とコイルパターン70a,70bとの間にも電気絶縁層が介在するため、コイル間の絶縁耐圧だけでなく、コア−コイル間の絶縁耐圧も高く確保できる。そのため、コア71の近傍に電子部品を配置する際、コア−部品間の沿面距離の確保など特別な絶縁設計を施す必要がなくなり、電子部品の高密度実装、モジュール全体の薄型化、小型軽量化が図られる。
In particular, in this embodiment, by arranging both the
なお図6では、シートトランス70の1次側コイルパターン70aと2次側コイルパターン70bの両方を内層シートコイルとして、プリント基板内層に設けた例を示したが、1次側コイルパターン70aおよび2次側コイルパターン70bの何れか一方を内層シートコイルとして形成し、他方のコイルパターンを基板表面に設けると共に、他方のコイルパターンとコア71との間に電気絶縁用の空隙を設けた構成としても、同様の効果が得られる。
6 shows an example in which both the primary
1 ベース基板、 3,3a〜3m IGBT、 4,4a〜4m ダイオード、
13 接続端子、 20 ケース部材、 21 モジュール端子、
25 樹脂封止材、 30 プリント基板、 31 貫通孔、 37 発振回路、
38 MOSFET、 39 バイパスコンデンサ、 41 整流回路、
42 駆動回路、 43 ゲートトランス駆動回路、 50 電源トランス、
60 ゲートトランス、 70 シートトランス、
70a,70b コイルパターン、 71 コア。
1 base substrate, 3, 3a-3m IGBT, 4, 4a-4m diode,
13 connection terminals, 20 case members, 21 module terminals,
25 resin sealing material, 30 printed circuit board, 31 through hole, 37 oscillation circuit,
38 MOSFET, 39 Bypass capacitor, 41 Rectifier circuit,
42 drive circuit, 43 gate transformer drive circuit, 50 power transformer,
60 gate transformer, 70 sheet transformer,
70a, 70b Coil pattern, 71 cores.
Claims (3)
各パワー半導体素子を個別に駆動するための複数の駆動回路と、
各駆動回路に対して個別に電力を供給するための複数の駆動用電源回路と、
各駆動回路および各駆動用電源回路が搭載されたプリント基板とを備え、
各駆動用電源回路は、電力を伝送するための電源トランスを含み、
該電源トランスは、プリント基板に配置された1次側および2次側コイルパターンと、プリント基板に装着され、1次側および2次側コイルパターンと電磁結合するコア部材とで構成され、
コア部材は、磁性かつ導電性を有する材料で形成され、
プリント基板は、各パワー半導体素子を覆うように配置されたことを特徴とするパワーモジュール。 A plurality of power semiconductor elements;
A plurality of drive circuits for individually driving each power semiconductor element;
A plurality of drive power supply circuits for supplying power to each drive circuit individually;
Each drive circuit and a printed circuit board on which each drive power supply circuit is mounted,
Each drive power circuit includes a power transformer for transmitting power,
The power transformer is composed of primary and secondary coil patterns disposed on a printed circuit board, and a core member that is mounted on the printed circuit board and electromagnetically couples with the primary and secondary coil patterns.
The core member is formed of a magnetic and conductive material,
A printed circuit board is disposed so as to cover each power semiconductor element.
各パワー半導体素子を個別に駆動するための複数の駆動回路と、
各駆動回路が搭載されたプリント基板とを備え、
各駆動回路は、パワー半導体素子の駆動信号を伝送するための絶縁トランスを含み、
該絶縁トランスは、プリント基板に配置された1次側および2次側コイルパターンと、プリント基板に装着され、1次側および2次側コイルパターンと電磁結合するコア部材とで構成され、
各パワー半導体素子および、各パワー半導体素子に対応する各絶縁トランスは、それぞれ最短の距離に対応して配置されたことを特徴とするパワーモジュール。 A plurality of power semiconductor elements;
A plurality of drive circuits for individually driving each power semiconductor element;
And a printed circuit board on which each drive circuit is mounted,
Each drive circuit includes an insulating transformer for transmitting a drive signal of the power semiconductor element,
The insulating transformer includes a primary side and a secondary side coil pattern disposed on a printed circuit board, and a core member that is mounted on the printed circuit board and electromagnetically couples with the primary side and the secondary side coil pattern.
Each power semiconductor element and each insulation transformer corresponding to each power semiconductor element are arranged corresponding to the shortest distance, respectively.
1次側および2次側コイルパターンの両方が、多層プリント基板の内層側に配置されることを特徴とする請求項1または2記載のパワーモジュール。 The printed circuit board is composed of a multilayer printed circuit board,
The power module according to claim 1 or 2, wherein both the primary side and secondary side coil patterns are arranged on the inner layer side of the multilayer printed circuit board.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015216842A (en) * | 2015-07-31 | 2015-12-03 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Power converter |
JP5843299B1 (en) * | 2015-01-13 | 2016-01-13 | 有限会社アイ・アール・ティー | Inverter drive |
JP2017103380A (en) * | 2015-12-03 | 2017-06-08 | ローム株式会社 | Intelligent power module and electric vehicle or hybrid car |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6354706A (en) * | 1986-08-25 | 1988-03-09 | Pfu Ltd | Choke coil and transformer |
JPH02168170A (en) * | 1988-12-22 | 1990-06-28 | Mitsubishi Electric Corp | Noise checking method of electric device |
JP2001156252A (en) * | 1999-11-29 | 2001-06-08 | Hitachi Ltd | Driver for power device |
JP2002015927A (en) * | 2000-06-30 | 2002-01-18 | Murata Mfg Co Ltd | Insulated converter |
JP2002025827A (en) * | 2000-07-11 | 2002-01-25 | Murata Mfg Co Ltd | Coil |
JP2003125588A (en) * | 2001-10-12 | 2003-04-25 | Mitsubishi Electric Corp | Power converter |
JP2004004205A (en) * | 2002-05-30 | 2004-01-08 | Canon Inc | Fixing device and image forming device |
JP2005032912A (en) * | 2003-07-10 | 2005-02-03 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | Power conversion apparatus |
JP2005175064A (en) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Fujitsu Access Ltd | Fixture for sheet coil core |
-
2011
- 2011-12-16 JP JP2011275145A patent/JP5490775B2/en active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6354706A (en) * | 1986-08-25 | 1988-03-09 | Pfu Ltd | Choke coil and transformer |
JPH02168170A (en) * | 1988-12-22 | 1990-06-28 | Mitsubishi Electric Corp | Noise checking method of electric device |
JP2001156252A (en) * | 1999-11-29 | 2001-06-08 | Hitachi Ltd | Driver for power device |
JP2002015927A (en) * | 2000-06-30 | 2002-01-18 | Murata Mfg Co Ltd | Insulated converter |
JP2002025827A (en) * | 2000-07-11 | 2002-01-25 | Murata Mfg Co Ltd | Coil |
JP2003125588A (en) * | 2001-10-12 | 2003-04-25 | Mitsubishi Electric Corp | Power converter |
JP2004004205A (en) * | 2002-05-30 | 2004-01-08 | Canon Inc | Fixing device and image forming device |
JP2005032912A (en) * | 2003-07-10 | 2005-02-03 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | Power conversion apparatus |
JP2005175064A (en) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Fujitsu Access Ltd | Fixture for sheet coil core |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5843299B1 (en) * | 2015-01-13 | 2016-01-13 | 有限会社アイ・アール・ティー | Inverter drive |
JP2016131413A (en) * | 2015-01-13 | 2016-07-21 | 有限会社アイ・アール・ティー | Inverter driving device |
JP2015216842A (en) * | 2015-07-31 | 2015-12-03 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Power converter |
JP2017103380A (en) * | 2015-12-03 | 2017-06-08 | ローム株式会社 | Intelligent power module and electric vehicle or hybrid car |
US10778113B2 (en) | 2015-12-03 | 2020-09-15 | Rohm Co., Ltd. | Intelligent power module, electric vehicle, and hybrid car |
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