JP2014236610A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インバータの出力部側と冷却面との間の静電容量を小さくしてインバータから車体側へ流れるコモンモード電流を少なくすることができるインバータ装置を提供する。
【解決手段】車載のインバータ装置は、１枚のセラミック基板8上に設けた金属層6に両側アームA、Bのスイッチング素子1、3をそれぞれ実装し、スイッチング素子1、3の冷却面を冷却器の冷却面と向かい合わせに配置する。インバータ装置は、インバータ装置のマイナス側入力部に接続される下側アームBのスイッチング素子3のエミッタ3bをセラミック基板8側に配置するとともに、エミッタ3bをセラミック基板8上の金属層6に半田で接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車体などの接地側へ流れ漏れるコモンモード電流を低減するようにしたインバータ装置に関する。

従来のインバータ装置でノイズを除去するものとしては、特許文献１に記載のものが知られている。
この従来のインバータのノイズ除去装置は、対をなして平行に延伸するバスバーを、それぞれ対をなすコンデンサを介して接地している。コンデンサは、対をなすバスバーに対する対称位置でバスバーと接地端子とに接続されることにより、ノイズ源から接地点までのインダクタンス成分が均衡し、しかも両バスバーからコンデンサを介する接地点までのインピーダンスも小さくなるため、インバータの直流バスラインの高周波ノイズを除去するようにされている。

特開２００５−１２９０８号公報

しかしながら、上記従来のインバータ装置には、以下に説明するような問題がある。
一般的に、インバータ装置のスイッチング素子（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（IGBT）など）の方は、スイッチング動作による損失で熱が発生するので、冷却器で冷却する必要がある。
この場合、冷却器の冷却面は金属製とされてインバータ側の冷却面と半田で接合される。

すなわち、インバータを構成するIGBTのチップはゲート電極がエミッタ側に設けられるため、コレクタ側はエミッタ側とは反対方向に設けられて、通常、全面に半田が付けられてインバータ側の冷却面として、冷却器の冷却面と向かい合わされて接合された状態で筐体内に実装されることになる。この場合、冷却器の冷却面は、インバータの筐体と電気的に接続されるため、冷却器は接地電位となる。

一方、インバータの電極としては、プラス側およびマイナス側の入力部と、出力部とがあるが、この出力部を構成する出力バスバーも大電流が流れるため、ある程度の面積を有するようにされている。
そうすると、この出力バスバーと上記冷却面との間に大きな静電容量を有することになる。

この場合、この出力部、したがって出力バスバーは、IGBTのスイッチングにより電圧が大きく変動する結果、上記従来装置でバスバーがコンデンサを介して接地端子に接続される構成となっているにもかかわらず、出力バスバーにスイッチングによる電源電圧分の変動を生じると、出力バスバーと冷却面との間の静電容量に起因してここからインバータの筐体を通じて車体側に流れるコモンモード電流（漏れ電流）が発生し、ノイズの原因となるといった問題がある。
なお、この出力側からの漏れ電流は、両入力部側からの漏れ電流よりも多い。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、インバータ装置の出力部側と冷却面との間の静電容量を小さくして、インバータ装置から車体などの接地側へ流れるコモンモード電流を少なくすることができるようにしたインバータ装置を提供することにある。

この目的のため本発明によるインバータ装置は、
１枚のセラミック基板上に設けた金属層に両側アームのスイッチング素子をそれぞれ実装し、このスイッチング素子の冷却面を冷却器の冷却面と向かい合わせに配置するインバータ装置において、
インバータ装置のマイナス側入力部に接続される下側アームのスイッチング素子のエミッタをセラミック基板側に配置するとともに、そのエミッタをセラミック基板上の金属層に半田で接続した、
ことを特徴とする。

好ましくは、マイナス側入力部に接続される下側アームのスイッチング素子のゲート電極を、セラミック基板上の金属層に半田で接続した、
ことを特徴とする。

また、好ましくは、マイナス側入力部に接続される下側アームのスイッチング素子のゲート電極が接続されるゲート端子を、セラミック基板に設けた貫通孔を通してセラミック基板の上記スイッチング素子とは反対側に引き出した、
ことを特徴とする。

本発明のインバータ装置にあっては、出力部と冷却器の冷却面とがより大きく離間されるので、出力部と冷却面との間の静電容量を小さくすることができる。したがって、インバータ装置から車体へ流れるコモンモード電流を減らし、これに起因したノイズを抑えることができる。

また、マイナス側入力部に接続される下側アームのスイッチング素子のゲート電極をセラミック基板上の金属層に半田で接続したので、ゲートを確実に引き出すことが可能となる。

また、マイナス側入力部に接続される下側アームのスイッチング素子のゲート電極が接続されるゲート端子を、セラミック基板に設けた貫通孔を通してセラミック基板の上記スイッチング素子とは反対側に引き出したので、ゲートを確実に引き出すことが可能となる。

本発明の実施例１に係るインバータ装置の１相分のレグの構成を示す回路である。 図１の1相分の下方側アームの断面図である。 本発明の実施例に係るインバータ装置の１相分のレグを構成する下側アームの断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。なお、以下の各実施例にあって、実質的に同じ部分には同じ番号を付し、それらの説明を省略する。

本発明の実施例１に係るインバータ装置は、電気自動車やハイブリッド自動車に車載されて、たとえば図示しない３相交流モータを駆動する電流を供給するものである。
図１に、インバータ装置の３相のレグのうち１相分だけのレグを示す。レグは、IGBT１とこれに並列配置した帰還ダイオード（FWD）2とからなる上アームAと、IGBT3とこれに並列配置したFWD4とからなる下アームBと、を有する。これらの上側アームAと下側アームBとからなるレグは、１枚のセラミック基板（図２等に符号8で示す）上に配置される。

上アームAのプラス側はプラス側の入力部Pに接続されるとともにそのマイナス側と下側アームBのプラス側は出力部Oに接続され、下側アームBのマイナス側はマイナス側の入力部Nに接続される。
また、IGBT１とIGBT3の各ゲートは図示しないゲート端子に接続される。
なお、上記のように構成したインバータ装置の各相レグはこの冷却器とともに筐体に入れられて接地側である車体に設定され、電気的に接続された状態となる。この車体には、さらにモータや高電電圧源などが電気的に接続されて接地されている。したがって、インバータ装置からのコモンモード電流は、モータや高電電圧源へのノイズとして影響することになる。

そこで、本実施例では、下側アームBのIGBT3のコレクタ（図２等で符号3cで示す）と冷却面（図２等で符号9で示す）を近くで向かい合わないようにして、それら間の静電容量を小さく抑えるようにして、コモンモード電流を低減するようにする。
以下に、その具体的構成を示して説明する。

実施例１のインバータ装置は、図２に示すように、絶縁性のセラミック基板8の一方の面（同図では下側面）に冷却面9を設けるとともに、セラミック基板8の反対側の面（同図の上側面）には、IGBT3、FWD4 、出力バスバー5、ゲート信号入力部となる金属層6、マイナス側入力部の金属層7、およびプラス側入力バスバー10、が設けられる。なお、上記セラミック基板8の反対側の面には、上記各部品の他、IGBT1、FWD2も設けられるが、これらは同図では見えない。

IGBT3は、このエミッタ3bが、セラミック基板8の反対側の面上に固着したマイナス側入力部となる金属層7に半田で接続され、ゲート電極3aがエミッタ3bから離間した位置でセラミック基板8の反対側の面上に固着したゲート信号入力部となる金属層6に半田で接続される。なお、これらの金属層6、7は、所定のパターンで互いに独立して形成されている。

IGBT3のコレクタ3cは、ゲート3aとエミッタ3bに半導体層3dを介してセラミック基板8より遠ざかる方向（セラミック基板8の反対側で、図１では上方）に設けられる。
そして、コレクタ3cは、セラミック基板8、ゲート電極の金属層6、マイナス側入力部の金属層7から上方へ離間した位置にある出力バスバー5に通電性の連結部材11を介して半田で接続される。なお、連結部材11は、出力バスバー5に一体に形成するようにしてもよい。

一方、FWD4は、このアノード4aがマイナス側入力部の金属層7に半田で接続され、カソード4bが連結部材11を介して出力バスバー5に半田で接続される。
なお、IGBT3とFWD4との間で、かつマイナス側入力部の金属層7と出力バスバー5との間で、これらから離間した位置を通るようにしてプラス側バスバー10がセラミック基板8に固定される。

以上が下側アームBの構造であるが、上アームAの方は、図示しないが、IGBT１のコレクタがセラミック基板8とは反対側にあってプラス側バスバーに半田で接続され、エミッタがセラミック基板8側に配置されて出力バスバー5に半田で接続され、ゲート電極がセラミック基板8の反対側面上のゲート信号入力部となる金属層（金属層6とは別）に半田で接続される。
FWD2は、アノードが同図中上側で出力バスバー10に半田で接続され、カソードがセラミック基板8側でマイナス側入力部の金属層7半田で接続される。

以上のように構成した実施例１のインバータ装置では、出力バスバー5が冷却面9から大きく離間するようになるので、これら間の静電容量Cは非常に小さく（向かい合う面積や距離、またそれらの材質によって異なるものの、10pF以下となる）、出力バスバー5に大きな電圧変動が流れても、インバータ装置から発生するコモンモード電流を小さく抑えることができる。この結果、コモンモード電流に起因したノイズを抑制することができる。
また、この場合、上述のように、IGBTのコレクタ、エミッタ、ゲート電極およびFWDのアノード、カソードからのそれぞれの配線の取り出しはまったく問題がない。
なお、マイナス側入力部の金属層7が冷却面9に近くで向かい合うようになるが、金属層7を流れる電流は出力バスバー5を流れる電流よりかなり小さく、その漏れ電流は少ない。

次に、本発明の実施例２に係るインバータ装置について、図面に基づいて説明する。
実施例２のインバータ装置を図３に示す。このインバータ装置は、ゲート電極3aの位置に対応する位置に、セラミック基板8に貫通孔8aを設けるとともに、このセラミック基板8の冷却面9側の上記位置近傍が一部除去されてゲート端子６'が設けられる。このゲート端子6'は上記貫通孔8aを貫通し、マイナス側入力部の金属層7の一部除去した部分（ゲート端子6'とは非接触）からさらにゲート電極3aに向けて伸ばされ、ここにゲート電極3aが半田で接続される。
その他の構成は、実施例１と同じである。

以上のように構成した実施例２のインバータ装置は、実施例１と同様に、バスバーが冷却面9から大きく離れるので、実施例１と同様の効果を得ることができる。
また、ゲート電極3aが接続されるゲート端子６'を、セラミック基板8の貫通孔8aを通してセラミック基板8のIGBT3等が設けられた面とは反対側の面に引き出すようにしたので、ゲートを確実に引き出すことが可能となる。
出力。

以上、本発明を上記実施例に基づき説明してきたが、本発明は上記実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

A 上側アーム
B 下側アーム
C 静電容量
N マイナス側の入力部
O 出力部
P プラス側の入力部
1 IGBT（スイッチング素子）
2 FWD
3 IGBT（スイッチング素子）
3a ゲート電力
3b エミッタ
3c コレクタ
3d 半導体層
4 FWD
4a アノード
4b カソード
5 出力バスバー
6 ゲート信号入力部となる金属層
6' ゲート端子
7 マイナス入力部となる金属層
8 セラミック基板
9 冷却面
10 プラス側入力バスバー

Claims (3)

1. １枚のセラミック基板上に設けた金属層に両側アームのスイッチング素子をそれぞれ実装し、前記スイッチング素子の冷却面を冷却器の冷却面と向かい合わせに配置する車載のインバータ装置において、
   該インバータ装置のマイナス側入力部に接続される下側アームのスイッチング素子のエミッタを前記セラミック基板側に配置するとともに、前記スイッチング素子のエミッタを前記セラミック基板上の前記金属層に半田で接続した、
   ことを特徴とするインバータ装置。
2. 請求項１に記載のインバータ装置において、
   前記マイナス側入力部に接続される前記下側アームのスイッチング素子は、このゲート電極を、前記セラミック基板上の前記金属層に半田で接続した、
   ことを特徴とするインバータ装置。
3. 請求項１に記載のインバータ装置において、
   前記マイナス側入力部に接続される下側アームのスイッチング素子は、このゲート電極に接続されるゲート端子を、前記セラミック基板に設けた貫通孔を通して前記セラミック基板の前記スイッチング素子とは反対側に引き出した、
   ことを特徴とするインバータ装置。

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