JP2016195506A - 回路基板及び電力変換装置 - Google Patents

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隆一 吉田
Ryuichi Yoshida
隆一 吉田
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Abstract

【課題】分圧回路を有する回路基板及び電力変換装置を小型化する。
【解決手段】高圧入力電圧を複数の抵抗3で分圧する分圧回路を有する回路基板1である。複数の抵抗3を、複数の基板2上に分割して設ける。基板2を接続用端子4及び固定用足7を介して階層状に積み重ねる。接続用端子4は、円筒部4aと嵌合部4bとを有する。円筒部4aの一端を下層の基板2上に表面実装し、嵌合部4bを上層の基板2に形成した孔2aに嵌合する。固定用足7は、円筒部7aと鉤部7bとを有する。円筒部7aの一端を上層の基板2の下面に表面実装し、鉤部7bを下層の基板2に形成した長穴2bに挿通した後、鉤部7bを下層の基板2に係止する。
【選択図】図7

Description

本発明は、高電圧の電気信号をプリント配線板上に搭載した抵抗により分圧し、低電圧に分圧して取り出す回路を有する回路基板及び電力変換装置に関する。
600V以下の低圧インバータは、例えば、図23に示すような回路構成を有し、インバータ制御のために直流電圧(P−N)間やIGBTのコレクタ−エミッタ間電圧(例えば、Uc−Ue間)の電圧測定が行われる。例えば、入力電圧が600Vrmsの時、直流電圧(P−N間)は、最高で600V×√2=848Vdc程度で、IGBTのコレクタ−エミッタ間電圧は、IGBTのスイッチングサージを入れても、IGBTの素子耐圧(1200V)以下である。
また、600V以上の高圧インバータの場合、特許文献1の図4のように、入力トランスを使用して、IGBTの素子耐圧(1700V)以下になるように低圧化を行い、直列多重インバータにより高圧出力を行う構成がとられる。この場合、インバータ制御のために必要な電圧計測箇所は、個々のインバータユニット内の直流電圧(特許文献1の図3におけるCの両端)や、出力のインバータ部のIGBTのコレクタ−エミッタ間電圧でも良く、最高でも1600Vdc程度の電圧となる。
しかし、近年、高圧インバータの小型化とコスト低減により入力トランスを無くしたインバータが使用されるようになった。トランスレスの高圧インバータは、様々な方式があるが、例えば、特許文献2の図7のような回路構成を有する。この場合、制御に必要な直流電圧の測定箇所は平滑コンデンサ(Cdc1〜4)部分となり、例えば、入力電圧が6600Vrmsの場合、測定箇所の電圧は9000Vdcもの電圧になってしまう。また、使用するIGBT素子も高耐圧(例えば、4500Vや6500V)のものを使用するため、コレクタ−エミッタ間電圧も従来よりも高電圧となる。
一般的に電圧計測を行う場合、一般的なA/D変換器の入力耐圧である5Vまで低圧化が必要となる。そのため、図24に示すように、抵抗による分圧を行い、低い電圧を取り出して電圧測定を行う。
分圧は、R1とR2の比となるため、測定箇所が高電圧の場合R1を非常に大きな値とする。例えば、A/D変換器の入力電圧を最高5Vにする場合、A/D変換器を正しく動作させるためにある程度の電流をR2に流す必要があるため、1mAをR2に流した時に5Vとなるようにすると、5V÷1mA=5kΩがR2の抵抗値となる。
測定対象の最高電圧が900Vの場合、1mA流れる時のR1とR2の合成抵抗は、900kΩとなり、R1の抵抗値は、900kΩ−5kΩ=895kΩである。また、R1の消費電力は、1mA×1mA×895kΩ=0.895Wになる。
また、測定対象の最高電圧が9000Vの場合、1mA流れる時のR1とR2の合成抵抗は、9000kΩとなり、R1の抵抗値は8995kΩである。また、R1の消費電力は、1mA×1mA×8995kΩ=8.995Wになる。
これらの回路をプリント配線で構成する場合、特に、小型化や製造コストの低減のため、自動実装が可能な表面実装タイプのチップ抵抗が使用される。しかし、一般的なチップ抵抗の定格電圧は200V程度が最高電圧であり、定格電力も1W程度が最高である。また、消費電力は実際にはチップ抵抗の放熱設計の制約上、発熱を抑えるため、定格電力が1Wのチップ抵抗でも0.2W程度に抑える必要がある。
測定対象の最高電圧が900Vの場合は、チップ抵抗を5個直列にすれば1個あたりの最高電圧は180Vになり、消費電力も0.179Wになるため、設計基準を満足することができる。しかし、測定対象の最高電圧が9000Vの場合は、最低でもチップ抵抗を45個直列にする必要がある。1Wタイプのチップ抵抗のサイズは一般的に6.3mm×3.15mmであり、はんだ付けのスペース等を考慮すると、チップ抵抗1個あたりの長さは10mm程度必要となる。よって、チップ抵抗を45個直列にすると長さは450mmも必要になる。
実際には、定格電圧が3000Vの高耐圧のチップ抵抗もあるので、これらを使用して直列するチップ抵抗の数を抑えることができるが、チップ抵抗の電極間が4mm程度のため、一般的なプリント配線板に要求される絶縁距離の基準(例えば、IEC60664−1、以下同じ基準を用いて説明する)に合わせると4mmの沿面距離で可能な最高電圧(800V)以下に抑える必要がある。この場合、チップ抵抗を12個以上直列にすれば、測定対象が9000Vであっても1個あたりの電圧は満足できるが、消費電力が8.995W÷12=0.75Wと大きいので、4個〜5個程度抵抗を並列接続させて1個あたりの消費電力を下げる必要がある。また、個々のチップ抵抗の抵抗値のばらつきや、安全率を考慮すると、実際には14個〜16個の抵抗を直列に接続して、余裕を持たせることとなる。
特開2006−230027号公報 特開2013−102674号公報 特開2007−256222号公報
しかしながら、高圧部の分圧抵抗として多くのチップ抵抗をプリント配線板上に並べると、チップ抵抗が設けられた回路基板が非常に大きなスペースを専有することとなる。例えば、トランスレス高圧インバータは多数のIGBTを使用する構成から、IGBT駆動用のプリント配線板の使用数が多いため、できるだけ小型化することが求められている。トランスレス高圧インバータを小型化する場合、プリント配線板の大きさも小型化する必要がある。
プリント配線板上にチップ抵抗を並べ、このチップ抵抗により高電圧を分圧して電圧を検出する場合、チップ抵抗は、プリント配線板上に一直線上に並べられ直列に接続される(例えば、特許文献3)。例えば、図25に示すように、高圧部抵抗として5個並列した抵抗を16個直列して回路基板が構成される。このように抵抗を16個直列接続する場合、高圧部抵抗の長さは、およそ160mm必要となる。なお、高圧部抵抗は、抵抗の両端に高圧(例えば、500V以上)が発生する抵抗である。一方、低圧部抵抗は、抵抗の両端に低圧(例えば、5V以下)の電圧が発生する抵抗である。以下、高圧入力電圧の最高電圧が9000Vを想定して説明するが、入力電圧の値は、本発明が解決しようとする課題を限定するものではなく、本発明が解決しようとする課題は、任意の入力電圧において生じる課題である。
図25に示す回路の高圧部抵抗をプリント配線板上に一直線に並べると、高圧部抵抗は、図26のような回路基板16となり非常にサイズが大きなものとなる。
また、プリント配線板に部品を両面実装可能な場合、図27のように1列ずつ表裏交互に抵抗を配置する方法で高圧部抵抗を回路基板17の両面に実装し、回路基板17のサイズを小型化することが可能である。つまり、回路基板17にスルーホール18を形成し、スルーホール18を介して回路基板17の表面に設けられた部品電極19と回路基板17の裏面に設けられた部品電極とが接続される(図28参照)。しかし、個々の抵抗間に回路基板17の表と裏とでそれぞれ抵抗1個分の絶縁距離(図中矢印で示す)が必要なため、回路基板17の横方向の全長はあまり短縮できず、高圧部抵抗の小型化は、2/3程度である。さらに、コネクタ等その他の回路部品を考慮するとプリント配線板全体では、3/4程度の小型化となる。
また、図29に示すように、回路基板20の端部にスルーホール21を形成し、スルーホールを介して表裏に設けられた抵抗間を接続して、図25に示した回路を構成することもできる。しかし、この場合、高圧部と低圧部の絶縁距離が問題となる。例えば、高圧入力部(CN1)と低圧部(CN2〜低圧部抵抗)間の最高電圧が9000Vの場合、一般的なプリント配線板の絶縁距離の基準に則ると、8000V以上10000V以下で50mmの最小沿面距離が必要である。さらには、回路基板20端面を経由した沿面距離の考慮も必要である。例えば、図29,30に示すように、折り返した抵抗の高圧入力部(CN1)側の裏面にあたる抵抗3は、抵抗3を10個直列した分、高圧入力部(CN1)より低圧の電位となるため、回路基板20端面を経由した絶縁距離が必要となる。したがって、回路基板20の幅方向の寸法を絶縁距離分、広くとる必要がある。具体的には、一つの抵抗3にかかる電圧は、9000V÷16=562.5Vであるので、高圧側入力部と直列に並列された抵抗3のうち10個目の抵抗3と高圧側入力部(CN1)との電位差は、562.5V×10個=5625Vとなる。つまり、絶縁距離の基準に則ると、5000V以上6300V以下で32mmの沿面距離が必要になるので、(32mm−1.6mm[プリント基板の厚さ])÷2=15.2mm基板端面から部品まで離す必要がある。このように、回路基板20の長さ方向の大きさを小さくするために、回路基板20の両面に抵抗3を設け、基板の一端部において表裏面に設けられた抵抗3を接続した場合、回路基板20の幅方向が大きくなってしまう問題があった。
以上のように、プリント配線板上にチップ抵抗を並べて、高電圧を分圧する回路基板としては、プリント配線板の表裏両面にチップ抵抗を配置した場合でも十分な小型化ができなかった。
上記事情に鑑み、本発明は、分圧回路を有する回路基板及び電力変換装置の小型化に貢献する技術を提供することを目的としている。
上記目的を達成する本発明の回路基板は、直列に接続される複数の分圧用抵抗を有する回路基板であって、前記複数の分圧用抵抗を、複数の基板上に分割して設け、前記基板を、分割された分圧用抵抗を接続する接続用端子を介して階層状に積み重ねたことを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明の電力変換装置は、上記回路基板を有することを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明の接続用端子は、積層された基板間に設けられ、上層の基板上に実装された電子部品と下層の基板上に実装された電子部品とを接続する接続用端子であって、下層の基板上に一端が表面実装される固定部と、該固定部の他端部から突出して設けられ、上層の基板に形成された嵌合孔に嵌挿される嵌合部と、を有することを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明の固定部材は、積層された基板間に設けられ、積層された基板間を固定する固定部材であって、上層の基板の下面に一端が表面実装される固定部と、該固定部の他端部から突出して設けられ、下層の基板に形成された挿通孔に係止される鉤部と、を有することを特徴としている。
以上の発明によれば、分圧回路を有する回路基板及び電力変換装置の小型化に貢献する。
本発明の参考例1に係る回路基板の斜視図である。 本発明の参考例1に係る回路基板の側面図である。 (a)本発明の参考例1に係る回路基板の1階部分の基板の上面パターン図、(b)同基板の下面パターン図である。 本発明の参考例2に係る回路基板の斜視図である。 (a)本発明の参考例2に係る回路基板の1階部分の基板の上面パターン図、(b)同基板の下面パターン図である。 (a)図4の回路基板のX方向矢視図、(b)同回路基板のY方向矢視図である。 本発明の実施形態に係る回路基板の斜視図である。 本発明の実施形態に係る回路基板の側面図である。 (a)接続用端子の上斜視図、(b)接続用端子の下斜視図、(c)接続用端子の側面図である。 (a)固定用足の上斜視図、(b)固定用足の下斜視図、(c)固定用足の側面図である。 (a)1階部分の基板の上面パターン図、(b)抵抗が設けられた同基板の上面図、(c)同基板の下面パターン図、(d)抵抗が設けられた同基板の下面図である。 1階部分の基板の回路を説明する説明図である。 図11の回路基板のA−A断面図である。 図11の回路基板のB−B断面図である。 1階部分の基板の沿面距離を説明する説明図である。 (a)2階部分の基板の上面パターン図、(b)抵抗が設けられた同基板の上面図、(c)同基板の下面パターン図、(d)固定用足が設けられた同基板の下面図である。 (a)4階部分の基板の上面パターン図、(b)抵抗が設けられた同基板の上面図、(c)同基板の下面パターン図、(d)固定用足が設けられた同基板の下面図である。 (a)1階部分の基板と2階部分の基板とが固定される前の状態を示す下斜視図、(b)1階部分の基板と2階部分の基板とが固定された状態を示す下斜視図、(c)1階部分の基板と2階部分の基板とが固定された状態を示す上斜視図である。 (a)2階部分の基板と3階部分の基板とが固定される前の状態を示す下斜視図、(b)2階部分の基板と3階部分の基板とが固定された状態を示す下斜視図、(c)2階部分の基板と3階部分の基板とが固定された状態を示す上斜視図である。 (a)3階部分の基板と4階部分の基板とが固定される前の状態を示す下斜視図、(b)3階部分の基板と4階部分の基板とが固定された状態を示す下斜視図、(c)3階部分の基板と4階部分の基板とが固定された状態を示す上斜視図である。 (a)1階部分の基板と2階部分の基板との間に設けられる固定用足部分における沿面距離を説明する説明図(上斜視図)、(b)同沿面距離を説明する説明図(下斜視図)である。 3階部分の基板と4階部分の基板との間に設けられる固定用足部分における沿面距離を説明する説明図(上斜視図)、(b)同沿面距離を説明する説明図(下斜視図)である。 インバータの回路図である。 電圧計測の回路図である。 高圧の電圧計測の回路図である。 図25の回路図を片面実装する基板のパターン図である。 (a)図25の回路図を両面実装する基板の上面パターン図、(b)同基板の下面パターン図である。 図27の基板のD−D断面図である。 (a)図25の回路図を基板の一端部で折り返して両面実装する基板の上面パターン図、(b)同基板の下面パターン図である。 図29の基板のE−E断面図である。
本発明の実施形態に係る回路基板及び電力変換装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明では、便宜上、低圧出力コネクタを有する基板(プリント配線板)が設けられる方向を下方向、高圧出力コネクタを有する基板が設けられる方向を上方向とするが、上下方向は本発明をなんら限定するものではない。また、実施形態の説明では、高圧入力電圧の最高電圧が9000Vを想定して説明するが、入力電圧の値は、適用する回路基板及び電力変換装置に応じて適宜任意の電圧が入力される。
[参考例1]
本発明に先だって、発明者らは、分圧回路を構成する高圧部抵抗を複数の基板に分割して設け、抵抗が設けられた基板を階層状に積み重ねた回路基板について検討を行った。
図1は、参考例1に係る回路基板8の斜視図である。参考例1に係る回路基板8は、複数の基板9と、基板9上に設けられる抵抗3と、を有する。各基板9上の抵抗3は5並列に接続された抵抗3が直列に接続されている。
図2に示すように、各基板9に設けられた抵抗3は接続用端子10により直列に接続される。つまり、参考例1に係る回路基板8は、高圧入力コネクタ5に5並列の抵抗3が直列に16列接続され、高圧部抵抗を構成している。なお、高圧部抵抗と低圧出力コネクタ6との間には、低圧部抵抗を含む低圧部回路3’が設けられており、低圧部抵抗間にかかる電圧が出力信号として取り出される。
接続用端子10は、角柱10aの両端部からリード10bが突出して構成される。図1に示すように、基板9の接続用端子10の接続部には、リード10bが挿通される孔9aが形成されており、下層の基板9の孔9aに接続用端子10の一端部から突出したリード10bが挿通され、上層の基板9の孔9aに接続用端子10の他端部から突出したリード10bが挿通され、上層の基板9と下層の基板9との間に接続用端子10が設けられることとなる。
また、接続用端子10が設けられた端部と反対側の基板9端部には、接続用端子10と平行に固定用足11が設けられる。固定用足11は、上層の基板9と下層の基板9との間に設けられ、基板9を貫通して設けられる螺子12で固定される。
固定用足11が金属等の導電性材料で形成されている場合、上層の基板9と下層の基板9との間の絶縁距離が問題となる。例えば、図2に示すように、1階部分の基板9と2階部分との基板9との間に設けられた固定用足11接続部では、高圧部抵抗7直列分(例えば、9000V÷16×7個=3937.5V)の電位差があるため、絶縁距離の基準に則ると、沿面距離で20mm必要になる。したがって、L3とL1とを合わせた距離及びL3とL2とを合わせた距離が20mmを満たすようにする必要がある。同様に、2階部分の基板9と3階部分の基板9との固定用足11接続部、及び3階部分の基板9と4階部分との基板9との間に設けられた固定用足11接続部も、高圧部抵抗6直列分(9000V÷16×6個=3375V)の絶縁距離20mmが必要であり、L3とL4とを合わせた距離が20mmを満たすようにする必要がある。さらに、4階部分の基板9と5階部分と基板9との間に設けられた固定用足11接続部もL4とL5とを合わせた距離が20mmの沿面距離を確保する必要がある。つまり、図3に示すように、1階部分の基板9において、固定用足11から10mmの絶縁距離をとる必要があるので、基板9の幅が大きくなってしまう(この例では、基板9の幅が40mmとなっている)。同様に、2階部分乃至5階部分の基板9も、高圧部抵抗を一枚の基板上に配置した場合の基板幅(例えば、30mm)と比較して大きくなってしまう。
また、接続用端子10のリード10bが、上層の基板9の上面及び下層の基板9の下面から突出しているので、基板9間で対向したリード10b部で、絶縁距離の基準を満たす空間距離が必要になる。例えば、図2に示すように、2階部の基板9の上面から突出したリード10bと3階部の基板9の下面から突出したリード10bとの間は、高圧部抵抗6直列分の空間距離が必要となるので、リード10b間の距離を8mm以上になるようにする必要がある。つまり、一般的な接続用端子10のリード10b飛び出し寸法が2mmであることを考慮すると、基板9間の間隔は12mm以上確保する必要が生じる。
[参考例2]
図4は、参考例2に係る回路基板13の斜視図である。参考例2に係る回路基板13は、固定用足14を樹脂等の絶縁性材料により形成し、固定用足14を基板9上に樹脂等の絶縁性材料により形成された螺子15で固定したことが参考例1に係る回路基板8と異なる。よって、参考例1に係る回路基板8と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
図5に示すように、参考例2に係る回路基板13では、固定用足14を絶縁性材料により形成することで、固定用足14の高さ分、沿面距離を広げることができる。したがって、参考例1に係る回路基板8と比較して、回路基板9の幅を小さくすることができる(この例では、30mmとなっている)。同様に、2階部分乃至5階部分の基板9も、基板9幅の縮小化を図ることができる。
しかしながら、図6(a)及び(b)に示すように、基板9の固定用足14との接続部には螺子15が螺合する孔が形成されているので、沿面距離(図中矢印で示す)は、基板9の下面にまで貫通することとなる。その結果、1階部分の基板9と2階部分の基板9との間の積層高さ(及び4階部分の基板9と5階部分の基板9の積層高さ)は、最大で必要とされる沿面距離の分(20mm)必要となり、基板9の積層高さが高くなるおそれがある。また、絶縁性材料からなる螺子15は、ドライバの磁石に引き付けられないので、回路基板13の組立性を損なうおそれがある。
発明者らは、参考例1に係る回路基板8及び参考例2に係る回路基板13により得られた知見に基づいて鋭意検討を行い、本発明の完成に至ったものである。
[実施形態]
図7は、本発明の実施形態に係る回路基板1の斜視図である。図7に示すように、本発明の実施形態に係る回路基板1は、複数の基板2と、基板2上に設けられる抵抗3と、を有する。各基板2上の抵抗3は5並列に接続された抵抗3が直列に接続されている。
図8に示すように、各基板2に設けられた抵抗3は接続用端子4により直列に接続される。つまり、本発明の実施形態に係る回路基板1は、高圧入力コネクタ5に5並列の抵抗3が直列に16列接続され、分圧回路の高圧部抵抗を構成している。なお、高圧部抵抗と低圧出力コネクタ6との間には、低圧部抵抗を含む低圧部回路3’が設けられており、低圧部抵抗間にかかる電圧が出力信号として取り出される。
接続用端子4は、図9に示すように、基板2上に固定される円筒部4aと、円筒部4aの上端部から突出する嵌合部4bとを有する。具体的に説明すると、円筒部4aの底面は、例えば、直径6.0mmであり、基板2の表面に設けられたはんだ付け用のランドにリフロー実装またははんだごてによる手はんだで固定される。よって、円筒部4a(すなわち、接続用端子4)は、はんだ付け可能な材料(例えば、黄銅等)により構成される。また、円筒部4aの高さは、例えば、5mmであり、円筒部4aの高さにより積層された基板2間の積み重ね高さが決定される。嵌合部4bは、円筒部4aが設けられた基板2の上層の基板2に形成された孔2aに嵌挿され、上層の基板2に設けられた抵抗3とはんだ付けで電気的に接続される。例えば、嵌合部4bの直径は2.8mmであり、高さは2mmである。嵌合部4bの高さは、はんだ付けを行う際にフィレットができるように、基板2の厚み(例えば、1.6mm)より少し高くなるように設定される。
また、図7に示すように、各基板2の下面には、固定用足7が設けられており、固定用足7により、積層された基板2間が固定される。
固定用足7は、図10に示すように、基板2の下面に固定される円筒部7aと、円筒部7aの端部に設けられる鉤部7bと、を有する。具体的に説明すると、円筒部7aの端面(すなわち、基板2上に設けられる円筒部7aの端面)の直径は6.0mmであり、基板2の下面に設けられたはんだ付け用のランドにリフロー実装またははんだごてによる手はんだにより固定される。したがって、円筒部7a(すなわち、固定用足7)は、はんだ付け可能な材料(例えば、黄銅等)により構成される。また、円筒部7aの高さは、例えば、5mmであり、円筒部7aの高さにより積層された基板2間の積み重ね高さが決定される。鉤部7bは、円筒部7aの基板2に固定される側と反対側の端面から延在する立設部7cと、立設部7cの端部から円筒部7aの径方向に延在する延在部7dとを有する。基板2間を固定用足7で固定する場合、固定用足7が設けられた基板2の下層の基板2は、固定用足7の延在部7dと円筒部7aとの間に挟みこまれることとなる。すなわち、固定用足7の鉤部7bは、固定用足7が設けられた基板2の下層の基板2に形成された長穴2bに挿通されたのち、この長穴2bの周縁部に係止されることとなる。
積層された個々の基板2について、図11乃至17を参照して、さらに詳細に説明する。
図11(a)は、1階部分の基板2の上面パターン図であり、図11(b)は、1階部分の基板2に抵抗3、接続用端子4及び低圧出力コネクタ6を実装した図である。図11(b)に示すように、1階部分の基板2の上面には、5並列の抵抗3が直列に2列接続されている。また、基板2の上面には、接続用端子4がはんだ付けにより表面実装されており、この接続用端子4により1階部分の基板2上に設けられた抵抗3部と2階部分の基板2上に設けられた抵抗3部とが直列に接続される。また、接続用端子4が設けられた基板2端部と反対側の基板2端部の各角部には、2階部分の基板2の下面に設けられた固定用足7の鉤部7bが挿通される長穴2bがそれぞれ形成される。
図11(c)は、1階部分の基板2の下面パターン図であり、図11(d)は、1階部分の基板2に抵抗3を実装した図である。図11(d)に示すように、1階部分の基板2の下面には、5並列の抵抗3が直列に5列接続される。なお、直列に並べられた抵抗3の高圧側端部近傍の基板2にはスルーホール2cが形成され、このスルーホール2c部において1階部分の基板2の上面に設けられた抵抗3と1階部分の基板2の下面に設けられた抵抗3とが直列に接続される。
このように、1階部分の基板2は、基板2の上面と下面とを使用して、高圧部抵抗の一部を形成している。ここで、1階部分の基板2における、基板2端面を経由した沿面距離について説明する。1階部分の基板2上に設けられた抵抗3間において、最も電位が高い部分は、図11(a)及び(c)のA−A部である。
図12に示すように、例えば、入力電圧が9000Vの場合、A−A部のR4、R5、R6、R7の4直列分の電位差は、9000÷16個×4個=2250Vとなる。したがって、要求される絶縁距離の基準(例えば、IEC60664−1)に則ると、2000V以下で12.5mmの沿面距離を確保する必要がある。図13に示すように、標準的な基板2の板厚は1.6mmであるため、この場合(12.5mm−1.6mm)÷2=5.45mm基板2端より内側に抵抗があれば絶縁距離が確保される。一般的に、基板2に電子部品を実装する装置の能力により、基板2端より5mm程度は部品配置が禁止されている場合が多く、絶縁距離が不要でも基板2端より5mm程度内側に抵抗3を配置する必要があるため、絶縁距離を確保することよる基板2サイズの拡大はほぼないと考えられる。
また、図14に示すように、1階部分の基板2上に設けられた接続用端子4の接続部分でも、同様に、接続用端子4と基板2の下面に設けられた抵抗3との沿面距離が必要である。この場合、図12に示すように、入力電圧が9000Vの場合、B−B部のR2、R3、R4、R5、R6、R7の抵抗6直列分の電位は、9000V÷16×6=3375Vとなる。したがって、絶縁距離の基準に則ると、4000V以下で20mmの沿面距離を確保する必要がある。よって、図14に示すように、入力電圧が9000Vの場合、基板2の下面に設けられた抵抗3と接続用端子4との間は20mm以上の沿面距離が必要となる。さらに、接続用端子4と低圧出力コネクタ6との間も絶縁が必要であり、図15に示すように、入力電圧が9000Vの場合、C−C間の電位差は、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7の抵抗7直列分の電位差であり、9000V÷16×7=3937.5Vとなる。したがって、絶縁距離の基準に則り、4000V以下で20mmの沿面距離を確保する必要がある。よって、入力電圧が9000Vの場合、C−C間は20mm以上の沿面距離が必要となる。
図16を参照して、中間層の基板2(2階部分の基板2及び3階部分の基板2)の構成について詳細に説明する。2階部分の基板2の構成と3階部分の基板2の構成は、同様であるので、中間層の基板2の説明では2階部分の基板2を示して説明する。
図16(a)は、2階部分の基板2の上面パターン図であり、図16(b)は、2階部分の基板2に抵抗3、接続用端子4及び固定用足7を実装した図である。
図16(b)に示すように、2階部分の基板2には、5並列の抵抗3が直列に3列接続され高圧部抵抗の一部を構成している。直列に配列された抵抗3の低圧側端部近傍の基板2には、1階部分の基板2上に設けられた接続用端子4の嵌合部4bが嵌挿される孔2aが形成されており、この孔2aに嵌挿された接続用端子4は、はんだで2階部分の基板2に固定される。また、直列に設けられた抵抗3の高圧側端部近傍の基板2には、2階部分の基板2上に設けられた抵抗3と3階部分の基板2上に設けられた抵抗3とを接続する接続用端子4がはんだ付けにより表面実装される。さらに、接続用端子4が設けられた基板2端部と反対側の基板2端部の各角部には、3階部分の基板2の下面に設けられた固定用足7の鉤部7bが挿通される長穴2bがそれぞれ形成される。
図16(c)は、2階部分の基板2の下面パターン図であり、図16(d)は、2階部分の基板2に固定用足7を実装した図である。図16(d)に示すように、長穴2bが形成された基板2端部の反対側の基板2端部側の下面には固定用足7が表面実装により固定される。固定用足7の下端部には鉤部7bが設けられており、鉤部7bは1階部分の基板2に形成された長穴2bに挿通される。
図17を参照して、4階部分の基板2(すなわち、最上層の基板2)について、詳細に説明する。図17(a)は、4階部分の基板2の上面パターン図であり、図17(b)は、4階部分の基板2に抵抗3、高圧入力コネクタ5及び固定用足7を実装した図である。
図17(b)に示すように、4階部分の基板2上には、5並列の抵抗3が3列接続され高圧部抵抗の一部を構成している。直列に配列された抵抗3の低圧側端部近傍の基板2には、3階部分の基板2上に設けられた接続用端子4の嵌合部4bが嵌挿される孔2aが形成されており、この孔2aに嵌挿された接続用端子4は、はんだにより4階部分の基板2に固定される。また、直列に配列された抵抗3の高圧側端部近傍の基板2上には高圧入力コネクタ5が設けられ、高圧入力コネクタ5は抵抗3と接続される。
図17(c)は、4階部分の基板2の下面パターン図であり、図17(d)は、4階部分の基板2に固定用足7を実装した図である。図17(d)に示すように、4階部分の基板2の孔2aが形成された側と反対側の端部側の下面には固定用足7が表面実装により固定される。固定用足7の下端部には鉤部7bが設けられており、鉤部7bは3階部分の基板2に形成された長穴2bに挿通される。
図18乃至図20を参照して、各基板2の固定方法について説明する。いずれの基板2間の固定方法においても、基板2に形成された長穴2bに上層の基板2に固定された固定用足7の鉤部7bを挿通した後、基板2をスライドさせることで、鉤部7bと下層の基板2とが嵌合し、上層の基板2と下層の基板2とが固定されることとなる。
図18(a)に示すように、1階部分の基板2に形成された長穴2bに2階部分の基板2に固定された固定用足7の鉤部7bを挿通する。次に、図18(b)に示すように、固定用足7の円筒部7aと延在部7dとの間に1階部分の基板2が嵌合するように、1階部分の基板2(及び、2階部分の基板2)をスライドさせて、1階部分の基板2に形成された長穴2bに鉤部7bを係止する。さらに、1階部分の基板2上に設けられた接続用端子4の嵌合部4bを2階部分の基板2に形成された孔2aに嵌合する。最後に、図18(c)に示すように、2階部分の基板2から突出した嵌合部4bをはんだで固定して、1階部分の基板2と2階部分の基板2とを固定する。
2階部分の基板2と3階部分の基板2との固定も同様の方法で行われる。すなわち、図19(a)乃至(c)に示すように、3階部分の基板2の下面に固定された固定用足7の鉤部7bを2階部分の基板2に形成された長穴2bに挿入し、2階部分の基板2(及び、3階部分の基板2)をスライドさせて長穴2bに鉤部7bを係止する。そして、2階部分の基板2に設けられた接続用端子4の嵌合部4bを3階部分の基板2に形成された孔2aに嵌挿し、3階部分の基板2から突出した嵌合部4bをはんだで固定する。
同様に、図20(a)乃至(c)に示すように、4階部分の基板2と3階部分の基板2の固定が行われる。すなわち、4階部分の基板2の下面に固定された固定用足7の鉤部7bを3階部分の基板2に形成された長穴2bに挿入し、3階部分の基板2(及び、4階部分の基板2)をスライドさせて長穴2bに鉤部7bを係止する。そして、3階部分の基板2に設けられた接続用端子4の嵌合部4bを4階部分の基板2に形成された孔2aに嵌挿し、4階部分の基板2から突出した嵌合部4bをはんだで固定する。
以上のような、本発明の回路基板1及び回路基板1を有する電力変換装置によれば、分圧回路の高圧部抵抗を形成する抵抗3を複数の基板2に分割して設け、基板2を接続用端子4を介して階層状に積層することで、高圧部抵抗のサイズを小さくすることができる。その結果、分圧回路を構成する回路基板1及び電力変換装置を小型化することができる。
また、接続用端子4を基板2上に表面実装することで、参考例2に係る回路基板13(図6参照)と異なり、基板2の接続用端子4固定部にスルーホールを形成することなく接続用端子4を基板2上に設けることができる。その結果、1階層の基板2の沿面距離は、基板2端面を迂回した距離とすることができる。このため、1階層の基板2では表裏両面に抵抗3を設けることが可能となり、参考例1に係る回路基板8及び参考例2に係る回路基板13と比較して、基板2のサイズが小型化されるだけでなく、積層される基板2を減らすことが可能になる。
また、固定用足7を基板2の下面に表面実装することで、上層の基板2の表面との沿面距離は、基板2端面を迂回した距離とすることができる。その結果、参考例1に係る回路基板8や参考例2に係る回路基板13のように固定用足11,14を螺子12,15で基板9に固定した場合と比較して沿面距離が長くなるので、基板2サイズを小型化することができる。例えば、図21(a)及び(b)に示すように、中間層の基板2の沿面距離を、基板2端面を迂回した距離とすることができるので、接続用端子4を基板2に表面実装することによる効果に加えて、中間層の基板2サイズを小型化することができる。同様に、図22(a)及び(b)に示すように、最上層(4階部分の基板2)の基板2サイズを小型化することができる。
また、接続用端子4や固定用足7を基板2に表面実装することで、空間距離や円面距離を基板2端面を介した距離とすることができる。その結果、基板2の積み重ね寸法を最小にすることができる。これに対して、参考例1に係る回路基板8や参考例2に係る回路基板13では、接続用端子10のリード10b同士の空間距離や、固定用足11,14を介した上下の基板9間の絶縁距離が必要なため、基板9同士の積み重ね寸法が大きくなるおそれがある。具体的に説明すると、実施形態に係る回路基板1(図8参照)では、積み重ねられた基板2間の距離は5mmである。これに対して、参考例1に係る回路基板8(図2参照)では、積み重ねられた基板2間の間隔は12mm、参考例2に係る回路基板13(図6(b)参照)では、積み重ねられた基板2間の間隔は20mmとなっている。
また、固定用足7の端部に鉤部7bを設けることで、この鉤部7bを下層の基板2に引っ掛けて基板2間を固定することができる。すなわち、基板2の下面に予め固定用足7の固定を行うこと、及び固定用足7の鉤部7bと基板2との係止部においてははんだ付けが不要になること等の理由により、基板2間の固定が容易となる。また、組立時には、接続用端子4の嵌合部4bと基板2とのはんだ付けにより基板2間の固定ができるので、回路基板1及び電力変換装置の組立時間を削減することができる。なお、上層の基板2の固定用足7と下層の基板2との固定をはんだ付けにより行うことも考えられるが、この場合、下層の基板2と固定用足7との固定は、下層の基板2が中間層の場合、基板2同士の内側にはいってしまうためはんだ付けが困難となるおそれがある。
以上、本発明の回路基板及び電力変換装置について、具体的な実施形態を示して詳細に説明したが、本発明の回路基板及び電力変換装置は、実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術範囲に含まれる。
例えば、基板2上に設けられる抵抗3の数や抵抗3の配置形態は、実施形態に限定されるものではなく、適宜分圧に必要な数の抵抗3が直列(または、並列)に設けられることとなる。また、基板2の積層枚数は、4枚に限定されるものではなく、適宜回路基板1の設置スペースに応じて設計変更が可能である。
1,8,13…回路基板
2,9…基板
2a…孔(嵌合孔)、2b…長穴(挿通孔)
3…抵抗(分圧用抵抗)
3’…低圧部回路
4…接続用端子
4a…円筒部(固定部)、4b…嵌合部
5…高圧入力コネクタ
6…低圧出力コネクタ
7…固定用足(固定部材)
7a…円筒部(固定部)、7b…鉤部、7c…立設部、7d…延在部
10…接続用端子
11,14…固定用足
12,15…螺子

Claims (10)

  1. 直列に接続される複数の分圧用抵抗を有する回路基板であって、
    前記複数の分圧用抵抗を、複数の基板上に分割して設け、
    前記基板を、分割された分圧用抵抗を接続する接続用端子を介して階層状に積み重ねた
    ことを特徴とする回路基板。
  2. 前記基板の一方の面に分圧用抵抗を設け、この基板を分圧用抵抗が設けられている面と分圧用抵抗が設けられていない面とが向かい合うように積層し、
    前記基板の分圧用抵抗が設けられていない面に、積層された基板間を固定する固定部材を設け、
    該固定部材の端部に鉤部を設け、
    前記分圧用抵抗が設けられていない基板面と対向して積層された基板に、前記鉤部が挿通する挿通孔を形成し、
    前記鉤部を前記挿通孔に挿通した後、該鉤部に、前記分圧用抵抗が設けられていない面と対向して積層された基板を係止する
    ことを特徴とする請求項1に記載の回路基板。
  3. 前記基板の分圧用抵抗が設けられている面に前記接続用端子を設け、
    前記接続用端子の端部に嵌合部を設け、
    前記基板の分圧用抵抗が設けられている面と対向して積層された基板に、前記接続用端子の嵌合部が嵌合する嵌合孔を形成する
    ことを特徴とする請求項2に記載の回路基板。
  4. 前記分圧用抵抗が設けられていない面と対向して積層された基板であって、前記積層された基板の最も外に配置された基板の両面に分圧用抵抗を設ける
    ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の回路基板。
  5. 前記両面に分圧用抵抗が配置された基板において、基板にスルーホールを形成し、該スルーホールにおいて、表面に配設された分圧用抵抗と裏面に配設された分圧用抵抗とを接続する
    ことを特徴とする請求項4に記載の回路基板。
  6. 前記接続用端子を基板上に表面実装する
    ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の回路基板。
  7. 前記固定部材を基板上に表面実装する
    ことを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の回路基板。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の回路基板を有することを特徴とする電力変換装置。
  9. 積層された基板間に設けられ、上層の基板上に実装された電子部品と下層の基板上に実装された電子部品とを接続する接続用端子であって、
    下層の基板上に一端が表面実装される固定部と、
    該固定部の他端部から突出して設けられ、上層の基板に形成された嵌合孔に嵌挿される嵌合部と、
    を有することを特徴とする接続用端子。
  10. 積層された基板間に設けられ、積層された基板間を固定する固定部材であって、
    上層の基板の下面に一端が表面実装される固定部と、
    該固定部の他端部から突出して設けられ、下層の基板に形成された挿通孔に係止される鉤部と、
    を有することを特徴とする固定部材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018016450A1 (ja) * 2016-07-19 2018-01-25 イサハヤ電子株式会社 コネクタ連結式ゲート並列接続基板及び並列接続コネクタ付ゲート駆動基板
WO2020171348A1 (ko) * 2019-02-19 2020-08-27 네이버랩스 주식회사 전력 시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6130959B1 (ja) * 2016-07-19 2017-05-17 イサハヤ電子株式会社 コネクタ連結式ゲート並列接続基板
WO2018016450A1 (ja) * 2016-07-19 2018-01-25 イサハヤ電子株式会社 コネクタ連結式ゲート並列接続基板及び並列接続コネクタ付ゲート駆動基板
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