JP2014068511A - Electric power conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
特許文献1の電力変換装置では、半導体素子で構成されるパワーモジュール(半導体モジュール)が冷却器の上に配置され、パワーモジュールの上方に制御基板が配置されている。そして、パワーモジュールと制御基板とがL字状の配線導体で接続されている。
In the power conversion device of
上述の従来技術の構成では、パワーモジュールと制御基板との距離が離れる。このため、パワーモジュールと制御基板とを接続する配線の配線距離が長くなる。配線距離が長くなればインダクタンスが大きくなるので、スイッチング時に誤動作を生じる可能性がある。 In the above-described prior art configuration, the distance between the power module and the control board is increased. For this reason, the wiring distance of the wiring which connects a power module and a control board becomes long. If the wiring distance is increased, the inductance is increased, which may cause a malfunction during switching.
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、パワーモジュールと制御基板とを接続する配線の配線距離が長くなってしまうことを防止できる電力変換装置を提供することである。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems. The objective of this invention is providing the power converter device which can prevent that the wiring distance of the wiring which connects a power module and a control board becomes long.
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。 The present invention solves the above problems by the following means.
本発明による電力変換装置のひとつの態様は、少なくとも表面に開口するパワーモジュール配置部が形成された制御基板を含む。そしてさらに、半導体素子で構成され、前記パワーモジュール配置部の中に配置されて前記制御基板によって動作が制御されるパワーモジュールを備える。 One aspect of the power conversion device according to the present invention includes a control board on which a power module arrangement portion that opens at least on the surface is formed. In addition, the power module includes a power module that is configured by a semiconductor element and that is disposed in the power module placement section and whose operation is controlled by the control board.
この態様によれば、パワーモジュールが、制御基板に形成されたパワーモジュール配置部の中に配置されるので、パワーモジュールと制御基板との距離が近づき、パワーモジュールと制御基板とを接続するワイヤを短くできる。これによってスイッチング時の誤動作の可能性を低減できる。 According to this aspect, since the power module is disposed in the power module disposition portion formed on the control board, the distance between the power module and the control board is reduced, and the wire connecting the power module and the control board is provided. Can be shortened. This can reduce the possibility of malfunction during switching.
本発明の実施形態、本発明の利点は、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。 Embodiments of the present invention and advantages of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明による電力変換装置の第1実施形態の要部を示す平面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a main part of a first embodiment of a power conversion device according to the present invention.
電力変換装置1は、たとえば電動車を走行させる駆動モーターの作動制御に用いられる装置である。電力変換装置1は、たとえばモーターの端面に配置され、モーターと一体に構成される。電力変換装置1は、制御基板11と、パワーモジュール12と、を含む。
The
制御基板11は、パワーモジュール12の動作を制御する基板である。図1では、制御基板11は、中央に孔が形成された円形、すなわちドーナツ形に例示されている。制御基板11は、冷却器13の上に配置される。制御基板11には、パワーモジュール12と接続されるP側パッド11p及びN側パッド11nが形成される。このP側パッド11p及びN側パッド11nは、パワーモジュール12を構成する半導体素子のレイアウトに応じて低配線インダクタンスやノイズ干渉を考慮した位置に配置される。すなわち図1の位置は一例に過ぎず、ワイヤ接続方向も図1の方向には限定されない。
The
パワーモジュール12は、駆動モーターの作動を制御する。パワーモジュール12は、半導体素子で構成される。図1には、9個のパワーモジュール12が用いられる場合が例示されている。パワーモジュール12は、制御基板11のP側パッド11p及びN側パッド11nに接続(ワイヤボンディング)される。
The
図2は本発明による電力変換装置の第1実施形態の断面図であり、図2(A)は図1のA−A断面を示し、図2(B)は図1のB−B断面を示す。なお図面の煩雑を避けるために、図1では、パワーモジュール12の上方にあるバスバー等は省略されていた。
2 is a cross-sectional view of the first embodiment of the power conversion device according to the present invention, FIG. 2 (A) shows a cross section taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 2 (B) shows a cross section taken along the line BB in FIG. Show. In order to avoid the complexity of the drawing, the bus bar and the like above the
図2(A)及び図2(B)から明らかなように、制御基板11は、冷却器13の上に配置される。制御基板11には、表面11aから裏面11bまで貫通するように、パワーモジュール配置部11cが形成されている。パワーモジュール12は、パワーモジュール配置部11cの中に配置される。パワーモジュール12は、冷却器13に接面する。制御基板11のパワーモジュール配置部11cは、表面の開口付近がパワーモジュール12に接触する。底付近の内周面は、パワーモジュール12に接触することなく離間するように窪まされている。すなわちパワーモジュール配置部11cは、パワーモジュール12が配置された状態で、開口付近の所定部分(開口近くの上面側の部分)がパワーモジュール12と接触し、段を介して底付近の内周面がパワーモジュールに接触することなく離間するように窪まされて形成される。この窪部11dに、パワーモジュール12を接着して余剰となった接着材(ハンダや接着剤など)が留まる。このような構造であるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことが防止される。またパワーモジュール12を傾きなく保持することができる。
As is clear from FIGS. 2A and 2B, the
パワーモジュール12の上方には、バスバー21及びコンデンサー22が配置される。バスバー21は、ベースプレート21bと、P側バスバー21pと、N側バスバー21nと、を含む。N側バスバー21nは、ベースプレート21bの上に配置される。N側バスバー21nの上面には切り欠き部分が形成されており、その切り欠き部分にP側バスバー21pが配置される。そしてN側バスバー21n及びP側バスバー21pを跨いでコンデンサー22が実装される。N側バスバー21nのバスバーN端子211nは、パワーモジュール12のN端子12nに接続される。P側バスバー21pのバスバーP端子211pは、パワーモジュール12のP端子12pに接続される。なお図2(A)では、N端子12n及びP端子12pが重なって1本に見える。またN側バスバー21n及びP側バスバー21pは、入れ替わって逆に配置されてもよい。適宜変更可能である。
A
またパワーモジュール12は、AC端子12acを介して駆動モーターに接続される。
The
本実施形態によれば、パワーモジュール12は、制御基板11に形成されたパワーモジュール配置部11cの中に配置される。このように構成されることで、パワーモジュール12と制御基板11との距離が近づき、パワーモジュール12と制御基板11(P側パッド11p及びN側パッド11n)とを接続するワイヤを短くできる。
According to the present embodiment, the
これに対して、特許文献1のように、パワーモジュールと制御基板との距離が離れていると、配線の配線距離が長くなる。配線距離が長くなればインダクタンスが大きくなる。インダクタンスが大きくなると、スイッチング時の電圧変化(dv/dt)及び浮遊容量Cによって電流が生じる(C・dv/dt)。この電流とインダクタンス(L)とによってゲート電圧が上昇し(L・di/dt)、上昇したゲート電圧が閾値電圧を超える可能性がある。このような場合に、誤動作を起こす可能性がある。このように、スイッチング時に誤動作を生じる可能性がある。
On the other hand, when the distance between the power module and the control board is large as in
一方、本実施形態の構成によれば、ワイヤが短いので、インダクタンスが小さく、スイッチング時の誤動作が低減されるのである。 On the other hand, according to the configuration of this embodiment, since the wire is short, the inductance is small, and malfunction during switching is reduced.
また特許文献1で用いられていたL字状の配線導体が不要であるので、電力変換装置1をモーターの端面に配置した場合に、モーター出力軸方向長さを短くでき、小型化することができる。
Moreover, since the L-shaped wiring conductor used in
また本実施形態によれば、制御基板11のパワーモジュール配置部11cの表面の開口付近がパワーモジュール12に接触する。仮に、制御基板11のパワーモジュール配置部11cとパワーモジュール12との間に隙間があって、接触することなく離間されていれば、その隙間分だけP側パッド11p及びN側パッド11nもパワーモジュール12から離れてしまう。
Further, according to the present embodiment, the vicinity of the opening on the surface of the power
これに対して、本実施形態のように、制御基板11のパワーモジュール配置部11cの表面の開口付近がパワーモジュール12に接触すれば、P側パッド11p及びN側パッド11nを、一層、パワーモジュール12に近づけることができる。したがって、ワイヤをさらに短くすることができ、インダクタンスがさらに小さくなり、スイッチング時の誤動作が一層低減されるのである。
On the other hand, if the vicinity of the opening on the surface of the power
さらに本実施形態によれば、制御基板11のパワーモジュール配置部11cの底付近の内周面は、パワーモジュール12に接触することなく離間するように窪まされている。このような構成にすれば、この窪部11dに、パワーモジュール12を接着して余剰となった接着材(ハンダや接着剤など)を留めることができる。仮に窪部がなければ、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が制御基板11の下面に漏れて制御基板11が浮いた状態になるおそれがある。このような状態で、パワーモジュール12と制御基板11(P側パッド11p及びN側パッド11n)とをワイヤボンディングしては、ワイヤが長くなり、インダクタンスが大きくなってしまう。これに対して、本実施形態の構成であれば、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を窪部11dに逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板11が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
Furthermore, according to this embodiment, the inner peripheral surface near the bottom of the power
さらにまた本実施形態によれば、パワーモジュール配置部11cは、制御基板11の表面11aから裏面11bまで貫通するように形成されている。そして、パワーモジュール12は、パワーモジュール配置部11cの中に配置されるとともに、冷却器13に接面する。このような構成になっているので、パワーモジュール12が冷却器13で直接冷却され、パワーモジュール12の熱故障の可能性が一層低減される。
Furthermore, according to the present embodiment, the power
また本実施形態によれば、パワーモジュール12と制御基板11(P側パッド11p及びN側パッド11n)とがワイヤボンディングで接続されているので、部品の位置にバラツキがあっても、電気接続が可能である。
Further, according to the present embodiment, since the
(第2実施形態)
図3は本発明による電力変換装置の第2実施形態の断面図であり、図3(A)は第1実施形態の図2(A)に対応し、図3(B)は第1実施形態の図2(B)に対応する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a second embodiment of the power conversion device according to the present invention, FIG. 3 (A) corresponds to FIG. 2 (A) of the first embodiment, and FIG. 3 (B) is the first embodiment. This corresponds to FIG.
なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。 In the following description, parts having the same functions as those described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as appropriate.
本実施形態の冷却器13には、凹部13aが形成されている。パワーモジュール配置部11cの底は、この凹部13aで構成される。凹部13aは、図2(A)及び図2(B)の左右方向でパワーモジュール12よりも大きく形成されている。すなわち、パワーモジュール配置部11cの底付近の内周面13bは、パワーモジュール12に接触することなく離間するように形成される。
The cooler 13 of this embodiment has a
このような構成によっても、パワーモジュール12と内周面13bとの間の隙間に余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板11が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
Even with such a configuration, surplus adhesive (solder, adhesive, etc.) can escape into the gap between the
またパワーモジュール12の底付近の周面からも冷却されやすくなり、すなわちパワーモジュール12から冷却器13までの放熱経路が増加し、放熱性能を向上できるのである。
Moreover, it becomes easy to cool also from the surrounding surface near the bottom of the
(第3実施形態)
図4は本発明による電力変換装置の第3実施形態の断面図であり、図4(A)は第1実施形態の図2(A)に対応し、図4(B)は第1実施形態の図2(B)に対応する。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a third embodiment of the power conversion device according to the present invention. FIG. 4 (A) corresponds to FIG. 2 (A) of the first embodiment, and FIG. 4 (B) is the first embodiment. This corresponds to FIG.
本実施形態では、パワーモジュール配置部11cの底(図4では、冷却器13の上面)に、パワーモジュール12の周縁に沿って溝13cが形成されている。
In the present embodiment, a
このような構成によっても、溝13cに余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、部品が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
Even with such a configuration, surplus adhesive (solder, adhesive, etc.) can escape to the
(第4実施形態)
図5は本発明による電力変換装置の第4実施形態の断面図であり、図5(A)は第1実施形態の図2(A)に対応し、図5(B)は第1実施形態の図2(B)に対応する。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of the power converter according to the present invention. FIG. 5 (A) corresponds to FIG. 2 (A) of the first embodiment, and FIG. 5 (B) is the first embodiment. This corresponds to FIG.
本実施形態では、パワーモジュール配置部11cの内周面は、縦断面で見たときに下方に広がる斜線状である。
In the present embodiment, the inner peripheral surface of the power
このような構成によっても、パワーモジュール12とパワーモジュール配置部11cの内周面との間の隙間に余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板11が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
Even with such a configuration, surplus adhesive (solder, adhesive, etc.) can be released into the gap between the
またパワーモジュール配置部11cの内周面の形成が容易である。
Moreover, formation of the inner peripheral surface of the power
(第5実施形態)
図6は本発明による電力変換装置の第5実施形態の断面図であり、図6(A)は第1実施形態の図2(A)に対応し、図6(B)は第1実施形態の図2(B)に対応する。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view of a fifth embodiment of the power converter according to the present invention. FIG. 6 (A) corresponds to FIG. 2 (A) of the first embodiment, and FIG. 6 (B) is the first embodiment. This corresponds to FIG.
本実施形態では、パワーモジュール配置部11cの内周面は、縦断面で見たときに下方に広がる曲線状である。
In the present embodiment, the inner peripheral surface of the power
このような構成によっても、パワーモジュール12とパワーモジュール配置部11cの内周面との間の隙間に余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板11が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
Even with such a configuration, surplus adhesive (solder, adhesive, etc.) can be released into the gap between the
またパワーモジュール配置部11cの内周面の形成が容易である。
Moreover, formation of the inner peripheral surface of the power
(第6実施形態)
図7は、本発明による電力変換装置の第6実施形態の要部を示す平面図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 7: is a top view which shows the principal part of 6th Embodiment of the power converter device by this invention.
第1実施形態では、パワーモジュール配置部11cは、表面の開口付近が全周でパワーモジュール12に接触していた。これに対して、本実施形態のパワーモジュール配置部11cは、図7に示されるように表面の開口付近の4箇所が凸設されてパワーモジュール12に接触する。
In the first embodiment, the power
図8は本発明による電力変換装置の第6実施形態の断面図であり、図8(A)は第1実施形態の図2(A)に対応し、図8(B)は第1実施形態の図2(B)に対応する。 FIG. 8 is a cross-sectional view of a sixth embodiment of the power conversion device according to the present invention. FIG. 8 (A) corresponds to FIG. 2 (A) of the first embodiment, and FIG. 8 (B) is the first embodiment. This corresponds to FIG.
本実施形態では、図8(B)に示されるように、表面の開口付近の4箇所の凸設部分以外では、パワーモジュール配置部11cとパワーモジュール12との間に隙間がある。したがって、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が多量にあっても、この隙間に余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板11が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8B, there is a gap between the power
(第7実施形態)
図9は、本発明による電力変換装置の第7実施形態の要部を示す平面図である。
(Seventh embodiment)
FIG. 9: is a top view which shows the principal part of 7th Embodiment of the power converter device by this invention.
第1実施形態では、パワーモジュール配置部11cは、中央に孔が形成された円形、すなわちドーナツ形の制御基板11の表面11aから裏面11bまで台形状の四角孔が貫通されて形成されていた。これに対して本実施形態の制御基板11は、外形が切り欠かれた歯車状である。そして、この切り欠きに連続するようにパワーモジュール配置部11cが形成される。
In the first embodiment, the power
図10は本発明による電力変換装置の第7実施形態の断面図であり、図10(A)は第1実施形態の図2(A)に対応し、図10(B)は第1実施形態の図2(B)に対応する。 FIG. 10 is a cross-sectional view of a seventh embodiment of the power converter according to the present invention. FIG. 10 (A) corresponds to FIG. 2 (A) of the first embodiment, and FIG. 10 (B) is the first embodiment. This corresponds to FIG.
本実施形態では、図10(A)に示されるように、パワーモジュール12の外形側(図10(A)では右側)では制御基板11が切り欠かれており、制御基板11がない。したがって、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が多量にあっても、この切り欠き箇所に余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板11が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
In this embodiment, as shown in FIG. 10A, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
たとえば、上記各実施形態においては、パワーモジュール配置部は、制御基板の表面から裏面まで貫通するように形成されたが、これには限られない。制御基板の表面には開口するが裏面までは貫通せず底がある凹形状であってもよい。このような構成であれば、制御基板及びパワーモジュールを予めサブアッセンブリー化させることができる。 For example, in each of the above embodiments, the power module placement unit is formed so as to penetrate from the front surface to the back surface of the control board, but is not limited thereto. The control board may have a concave shape that opens on the front surface but does not penetrate to the back surface and has a bottom. With such a configuration, the control board and the power module can be sub-assembled in advance.
また各部品の形状は、一例に過ぎず、部品の仕様に応じて形状を適宜変更可能である。 Moreover, the shape of each component is only an example, and the shape can be appropriately changed according to the specification of the component.
また上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。 Moreover, the said embodiment can be combined suitably.
1 電力変換装置
11 制御基板
11a 制御基板の表面
11b 制御基板の裏面
11c パワーモジュール配置部
11d 窪部
11p P側パッド
11n N側パッド
12 パワーモジュール
13 冷却器
DESCRIPTION OF
Claims (10)
半導体素子で構成され、前記パワーモジュール配置部の中に配置されて前記制御基板によって動作が制御されるパワーモジュールと、
を含む電力変換装置。 A control board on which a power module arrangement portion that is open at least on the surface is formed;
A power module composed of a semiconductor element, arranged in the power module placement unit and controlled in operation by the control board;
A power conversion device including:
前記パワーモジュール配置部は、少なくとも開口付近の所定部分が前記パワーモジュールと接触するように形成される、
電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The power module placement portion is formed so that at least a predetermined portion near the opening is in contact with the power module.
Power conversion device.
前記制御基板は、パワーモジュール配置部が表面から裏面まで貫通するように形成され、
前記制御基板の裏面に配置される冷却器をさらに含み、
前記パワーモジュールは、前記冷却器に接面する、
電力変換装置。 In the power converter device according to claim 1 or 2,
The control board is formed so that the power module arrangement portion penetrates from the front surface to the back surface,
A cooler disposed on the back surface of the control board;
The power module is in contact with the cooler;
Power conversion device.
前記パワーモジュール配置部は、前記パワーモジュールが配置された状態で、少なくとも底付近の内周面がパワーモジュールに接触することなく離間するように形成される、
電力変換装置。 The power conversion device according to claim 3,
The power module placement portion is formed such that at least the inner peripheral surface near the bottom is separated without contacting the power module in a state where the power module is placed.
Power conversion device.
前記パワーモジュール配置部は、前記パワーモジュールが配置された状態で、少なくとも開口付近の所定部分が前記パワーモジュールと接触し、底に近いほど内周面がパワーモジュールから離間するように形成される、
電力変換装置。 In the power converter device according to claim 3 or 4,
The power module placement portion is formed so that at least a predetermined portion near the opening is in contact with the power module in a state where the power module is placed, and an inner peripheral surface is separated from the power module as it is closer to the bottom.
Power conversion device.
前記パワーモジュール配置部の内周面は、縦断面で見たときに斜線又は曲線である、
電力変換装置。 The power conversion device according to claim 5,
The inner peripheral surface of the power module placement portion is a diagonal line or a curve when viewed in a longitudinal section,
Power conversion device.
前記パワーモジュール配置部は、前記パワーモジュールが配置された状態で、開口付近の所定部分が前記パワーモジュールと接触し、段を介して底付近の内周面がパワーモジュールに接触することなく離間するように形成される、
電力変換装置。 In the power converter device according to claim 3 or 4,
In the power module placement portion, in a state where the power module is placed, a predetermined portion near the opening is in contact with the power module, and an inner peripheral surface near the bottom is separated through a step without contacting the power module. Formed as
Power conversion device.
前記冷却器には、凹部が形成され、
前記パワーモジュール配置部は、底が前記冷却器の凹部で構成され、前記パワーモジュールが配置された状態で、少なくとも底付近の内周面がパワーモジュールに接触することなく離間するように形成される、
電力変換装置。 In the power converter device according to any one of claims 3 to 7,
The cooler is formed with a recess,
The power module placement section is formed such that at least the inner peripheral surface in the vicinity of the bottom is separated without contacting the power module in a state where the bottom is configured by the concave portion of the cooler and the power module is disposed. ,
Power conversion device.
前記パワーモジュール配置部の底には、配置されるパワーモジュールの周縁に沿って溝が形成される、
電力変換装置。 In the power converter device according to any one of claims 1 to 8,
In the bottom of the power module placement portion, a groove is formed along the periphery of the power module to be placed.
Power conversion device.
前記パワーモジュールは、前記制御基板の制御端子にワイヤーボンディング接続される、
電力変換装置。 In the power converter device according to any one of claims 1 to 9,
The power module is connected to a control terminal of the control board by wire bonding,
Power conversion device.
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Cited By (2)
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JP2018190756A (en) * | 2017-04-28 | 2018-11-29 | 日産自動車株式会社 | Component fixing structure of power conversion device |
JP2019091948A (en) * | 2015-03-24 | 2019-06-13 | 株式会社東芝 | Semiconductor device, inverter circuit, drive device, vehicle, and elevator |
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2012
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