JP2015154544A

JP2015154544A - 電力変換器用のコントローラ

Info

Publication number: JP2015154544A
Application number: JP2014025203A
Authority: JP
Inventors: 圭太六浦; Keita Rokuura; 竜哉近藤; Tatsuya Kondo; 佐藤　正一; Shoichi Sato; 正一佐藤
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-08-24
Also published as: US20160324015A1; DE112015000298T5; CN105917567A; WO2015122239A1

Abstract

【課題】基板の小型化が可能な電力変換器用のコントローラの提供。【解決手段】電力変換器用のコントローラは、多層基板と、前記多層基板の一方の面における第１領域に実装されるマイクロコンピューターと、前記多層基板の他方の面における第２領域に実装される電源ＩＣと、前記多層基板に形成され、前記マイクロコンピューターと前記電源ＩＣとを接続する配線とを含み、前記第２領域は、前記多層基板の法線方向に視て前記第１領域内に包含されるように設定され、前記多層基板は、前記多層基板の法線方向に視て前記第２領域内にグランド電位の部位を含む。【選択図】図２

Description

本開示は、電力変換器用のコントローラに関する。

従来から、表示部用のプリント基板の同一の面上の異なる位置に、マイクロコンピューター（以下、単に「マイコン」という）と電源回路とを配置した構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開2011‐096871号公報

しかしながら、上記の特許文献１の記載の構成では、マイコンと電源回路とが基板の同一の面上の異なる位置に配置されるので、基板の小型化が困難である。

そこで、本開示は、基板の小型化が可能な電力変換器用のコントローラの提供を目的とする。

本開示の一局面によれば、多層基板と、
前記多層基板の一方の面における第１領域に実装されるマイクロコンピューターと、
前記多層基板の他方の面における第２領域に実装される電源ＩＣと、
前記多層基板に形成され、前記マイクロコンピューターと前記電源ＩＣとを接続する配線とを含み、
前記第２領域は、前記多層基板の法線方向に視て前記第１領域内に包含されるように設定され、
前記多層基板は、前記多層基板の法線方向に視て前記第２領域内にグランド電位の部位を含む、電力変換器用のコントローラが提供される。

本開示によれば、基板の小型化が可能な電力変換器用のコントローラが得られる。

電力変換器用のコントローラ１の基板５０の一例を示す図である。図１（Ａ）のラインＣ−Ｃに沿った基板５０の断面図である。実装状態の電力変換器用のコントローラ１の一例を概略的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

図１は、電力変換器用のコントローラ１の基板５０の一例を概略的に示す図であり、（Ａ）は、基板５０の一方の面（本例ではＡ面）側を示す図であり、（Ｂ）は、基板５０の他方の面（本例ではＢ面）側を示す図である。図２は、図１（Ａ）のラインＣ−Ｃに沿った基板５０の断面図である。

電力変換器は、例えば、インバータやＤＣ−ＤＣコンバータであってよい。例えばインバータは、モータ駆動用であり、モータは、ハイブリッド車又は電気自動車で使用される走行用モータであってよい。

基板５０のＡ面の電源ＩＣ領域１２には、マイコン用の電源ＩＣ（Integrated Circuit）１０が実装される。また、基板５０のＡ面には、マイコン用電源回路に使用される電子部品（インダクタ１３やコンデンサ１４等）が設けられる。電源ＩＣ１０は、スイッチング素子の駆動を伴うスイッチング電源ＩＣであってよい。

基板５０のＢ面のマイコン設置領域２２には、マイコン２０が実装される。マイコン２０は、ＣＰＵやメモリなどを含む。マイコン２０は、電源ＩＣ１０から電力供給を受ける。即ち、マイコン２０は、電源ＩＣ１０から電力により動作する。マイコン２０は、例えばインバータを制御する機能を有し、それに伴いインバータ制御用プログラムが、マイコン２０のメモリ（例えば、ＲＯＭ）に記憶される。

マイコン設置領域２２は、基板５０の法線方向に視て、電源ＩＣ領域１２を内部に含む（包含する）ように設定される。即ち、マイコン設置領域２２は、基板５０の法線方向に視て、電源ＩＣ領域１２の全体にわたって、電源ＩＣ領域１２に対して重なる。

基板５０には、ボルト挿通穴３０が設けられる。ボルト挿通穴３０は、貫通穴の形態である。ボルト挿通穴３０には、使用時にグランド電位となる導体部が設けられる。ボルト挿通穴３０は、金属製のカラーで形成されてもよいし、導体めっきされた貫通穴の形態であってもよい。

ボルト挿通穴３０は、好ましくは、図１に示すように、マイコン２０の両側（即ちマイコン設置領域２２の両側）に設けられる。

基板５０には、マイコン２０と電源ＩＣ１０とを電気的に接続する配線４０が設けられる。配線４０は、図２に示すように、基板５０上のパターン部４１と、スルーホール４２とを含む。即ち、マイコン２０と電源ＩＣ１０とは、それぞれ、基板５０の異なる面に実装されているので、スルーホール４２を介して電気的に接続される。尚、スルーホール４２は、基板５０内のグランド電位の導体部（ベタパターンを含む）とは電気的に絶縁される。

基板５０は、図２に示すように、多層基板である。図２に示す例では、基板は、第１層５１〜第６層５６を有する６層の基板であるが、層数は任意である。尚、第１層５１〜第６層５６は、信号伝送用の層や、電源供給用の層、グランド接続用の層等を含んでよい。尚、図２においては、基板５０の各層において、斜線によるハッチング部は、導体部分を表す。

基板５０は、使用時にグランド電位となる導体部（以下、「グランド電位部」という）５８を含む。グランド電位部５８は、基板５０の法線方向に視て、電源ＩＣ領域１２に重なるように形成される。グランド電位部５８は、基板５０の各層に形成される。尚、図２に示す例では、第２層５２及び第５層５５におけるグランド電位部５８のそれぞれは、ベタパターン（例えば同のベタパターン）により形成される。グランド電位部５８の形成範囲は、任意であるが、好ましくは、グランド電位部５８による放熱機能及び電磁波のシールド機能が十分に果たされるように決定される。図２に示す例では、他の層５１，５２，５３，５６におけるグランド電位部は、基板５０の法線方向に視て、電源ＩＣ領域１２に重なるが、マイコン設置領域２２よりも小さく形成されている。しかしながら、他の層５１，５２，５３，５６における各グランド電位部のいくつか又は全部は、基板５０の法線方向に視て、マイコン設置領域２２と同じ領域に又はそれよりも大きく形成されてもよい。

図１及び図２に示す電力変換器用のコントローラ１の基板５０によれば、基板５０の両面にマイコン２０と電源ＩＣ１０を実装するので、基板５０の同一面上にこれらを実装する構成よりも基板５０の小型化が可能となる。

ところで、近年、プリント基板の小型化且つ高性能化を実現するため、マイコン用電源回路としては、スイッチング電源ＩＣが使用され、マイコンとしては、高性能ＣＰＵを含むマイコンが使用されている。この場合、電源ＩＣについては、スイッチングによるノイズ及び発熱に対して十分な対策をする必要がある。また、マイコンについては、ＥＭＣ（Electro‐Magnetic Compatibility）及びクロストークに対して十分な対策をする必要がある。

この点、図１及び図２に示す電力変換器用のコントローラ１の基板５０によれば、マイコン２０と電源ＩＣ１０とは、基板５０の法線方向に視て互いに重なるように配置される。これにより、基板５０の法線方向に視てマイコン２０と電源ＩＣ１０との間に、共通のグランド電位部５８を設けることが可能となり、マイコン２０と電源ＩＣ１０のそれぞれの対策を、基板５０内の少ない面積を利用して共通に（効率的に）実現することができる。具体的には、グランド電位部５８は、電源ＩＣ１０の熱を外部に伝達する放熱パッドとして機能することができると共に、マイコン２０からの放射ノイズをシールドする電磁波シールドとして機能することができる。また、グランド電位部５８は、マイコン２０の熱を外部に伝達する放熱パッドとして機能することもできる。

また、図１及び図２に示す電力変換器用のコントローラ１の基板５０によれば、グランド電位部５８は、基板５０の各層に設けられるので、基板５０内の少ない面積を利用して熱容量を効率的に高めることができる。これにより、放熱性を効率的に高めることができる。

また、図１及び図２に示す電力変換器用のコントローラ１の基板５０によれば、マイコン２０と電源ＩＣ１０とは、基板５０の法線方向に視て互いに重なるように配置されるので、短い距離でマイコン２０と電源ＩＣ１０とを接続することが可能となる。即ち、配線４０の距離の短縮化を図ることができる。これは、マイコン２０の周辺に設けられうる周辺機器（図示せず）への電源供給用の配線についても同様である。

また、図１及び図２に示す電力変換器用のコントローラ１の基板５０によれば、マイコン２０と電源ＩＣ１０とは、基板５０の法線方向に視て互いに重なるように配置されるので、マイコン２０及び電源ＩＣ１０の両側にボルト挿通穴３０を配置することができる。ボルト挿通穴３０は、後述の如く、基板５０の固定個所となる。従って、マイコン２０及び電源ＩＣ１０の両側が固定されるので、マイコン２０及び電源ＩＣ１０への振動の伝達を低減することができる。また、ボルト挿通穴３０の近傍に、重量部品であるインダクタ１３やコンデンサ１４を配置することができ、これらの重量部品の振動を抑制することができる。

図３は、実装状態の電力変換器用のコントローラ１の一例を概略的に示す断面図である。図３は、基板５０におけるマイコン２０及び電源ＩＣ１０の両側のボルト挿通穴３０を通る切断面の断面図に対応する。

基板５０は、グランド電位となるケース１００に固定される。基板５０は、ボルト挿通穴３０を通ってケース１００に締め付けられるボルト８０によりケース１００に固定される。ボルト８０は、ボルト挿通穴３０の導体部を介して基板５０のグランド電位部５８と電気的に接続される。これにより、グランド電位部５８は、ケース１００に電気的に接続され、グランド電位となる。

基板５０は、好ましくは、マイコン２０がケース１００に向く向きでケース１００に固定される。これにより、ケース１００は、マイコン２０からの放射ノイズをシールドする電磁波シールドとして機能することができる。これにより、ケース１００及びグランド電位部５８の双方によりマイコン２０からの放射ノイズをシールドすることができ、シールド性能を高めることができる。但し、基板５０は、電源ＩＣ１０がケース１００に向く向きでケース１００に固定されてもよい。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

例えば、上述した実施例では、基板５０は、２本のボルト８０によりケース１００に固定されているが、より多数のボルト８０によりケース１００に固定されてもよい。

また、上述した実施例では、グランド電位部５８は、基板５０の各層に形成されているが、基板５０の一部の層のみに形成されてもよい。但し、この場合も、グランド電位部５８は、放熱機能及び電磁波のシールド機能が十分に果たされるように形成されるのが望ましい。

１コントローラ
１０電源ＩＣ
１２電源ＩＣ領域
１３インダクタ
１４コンデンサ
２０マイコン
２２マイコン設置領域
３０ボルト挿通穴
４０配線
４２スルーホール
５０基板
５８グランド電位部
８０ボルト
１００ケース

Claims

多層基板と、
前記多層基板の一方の面における第１領域に実装されるマイクロコンピューターと、
前記多層基板の他方の面における第２領域に実装される電源ＩＣと、
前記多層基板に形成され、前記マイクロコンピューターと前記電源ＩＣとを接続する配線とを含み、
前記第２領域は、前記多層基板の法線方向に視て前記第１領域内に包含されるように設定され、
前記多層基板は、前記多層基板の法線方向に視て前記第２領域内にグランド電位の部位を含む、電力変換器用のコントローラ。
前記グランド電位の部位は、前記多層基板の各層に形成される、請求項１に記載の電力変換器用のコントローラ。
前記多層基板が固定され、グランド電位となるケースと、
前記ケースに前記多層基板を固定するためのボルトとを含み、
前記多層基板は、前記ボルトの挿通穴を前記第１領域の両側に有し、
前記グランド電位の部位は、前記ボルトに電気的に接続される、請求項１又は２に記載の電力変換器用のコントローラ。
前記多層基板は、前記一方の面が前記ケース側を向く向きで前記ケースに固定される、請求項３に記載の電力変換器用のコントローラ。