JP2017212446A - パワー整流モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】制約を低減させることができる自動車のパワー整流モジュールを提供する。
【解決手段】自動車のパワー整流モジュール１０が、プリント回路基板１２と、板状の第１のバスバー３０と、第１の一連のパワースイッチ１４，１６，１８，２０とを備え、各パワースイッチが、プリント回路基板１２の上面１３に接続される一連の接続ピン６８、及びバスバーに当てて付けられる金属ベースプレート６７を備える。第１の一連のパワースイッチが、第１のバスバー上に取り付けられ、パワースイッチが概して第１のバスバーの長手方向の縁部３５に沿って整列され、第１のバスバーの長手方向の縁部が、プリント回路基板の第１の長手方向の縁部３４に沿って配置され、第１のバスバーのうち、パワースイッチが取り付けられる部分４２が、プリント回路基板に隣接して配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワー整流モジュールに関し、特に、プリント回路基板上のＭＯＳＦＥＴのパワートランジスタの特定の配置構成に関する。
車両の配電用パワー整流モジュールは、一般的に、パワートランジスタ及び複数のバスバーが設けられるプリント回路基板を備える。パワートランジスタをプリント回路基板の片面にはんだ付けし、複数のバスバーもプリント回路基板上に固定することが知られている。複数のバスバーは、通常、パワートランジスタの反対側のプリント回路面上に固定される。複数のバスバーは、めっきスルーホールによってパワートランジスタと接触しており、それによってパワートランジスタを冷却することができる。しかしながら、プリント回路基板には、一般に嵩張ると共に強い電流を流すパワートランジスタが設けられていなければならないという制約がある。これらの制約は、プリント回路基板表面にパワートランジスタを設置するためだけでなく、プリント回路基板を通過する大電流を支えるべく、トランジスタに必要な放熱のいくらかを補助するためにも、大きなプリント回路基板表面を必要とする。
したがって、これらの問題を解決する新たな解決策を提案することが重要である。
自動車のパワー整流モジュールは、プリント回路基板、第１の板状のバスバー、及び第１の一連のパワースイッチを備えており、各パワースイッチが、プリント回路基板の上面に接続される一連の接続ピンと、バスバーに当てて付けられる金属ベースプレートとを備える。第１の一連のパワースイッチは、第１のバスバー上に取り付けられ、それらのパワースイッチは、概して第１のバスバーの長手方向縁部に沿って整列される。第１のバスバーの長手方向縁部は、プリント回路基板の第１の長手方向縁部に沿って配置されており、第１のバスバーのうちの、パワースイッチが取り付けられる部分は、プリント回路基板に隣接して配置される。
好ましくは、バスバーは、概してプリント回路基板と同一平面内に配置することができる。第１のバスバーは、第１のバスバーと一体に構成された複数の固定用のタブを備えることができ、これらのタブは、バスバーの真直ぐな縁部からプリント回路基板の下面まで延在し、プリント回路基板の下面に固定される。第２の一連のパワースイッチは、第２のバスバー上に取り付けることができ、第２のバスバー及び第２の一連のパワースイッチは、プリント回路基板のもう一方の縁部に沿って、第１のバスバー及び第１の一連のスイッチと同様に配置される。第１のバスバーはプリント回路基板の対向する２つの長手方向縁部の一方側に、第２のバスバーはプリント回路基板の対向する２つの長手方向縁部のもう一方側に、それぞれ配置することができる。パワースイッチは、表面実装部品タイプのものであり得る。
本発明のその他の特徴、目的、及び効果は、添付図面を参照して、非限定的な実施例として挙げた後述する詳細な説明を読むことで明らかとなるであろう。
図１は本発明に係るパワー整流モジュールの模式的な上面図である。 図２は本発明に係るパワー整流モジュールの模式的な下面図である。
図１によれば、自動車のパワー整流モジュール１０は、プリント回路基板１２、８つのパワースイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８、第１のバスバー３０、及び第２のバスバー３２を備える。上記の構成要素を幾何学的に位置付けるために、長手方向軸Ｌ、短手方向軸Ｔ、及び垂直軸Ｖを含む直交基準系が、非限定的に定められる。
プリント回路基板１２は、平面矩形状を呈する。プリント回路基板１２は、長手方向軸Ｌ及び短手方向軸Ｔによって画定された水平面内に位置付けられている。プリント回路基板１２の他の２つの側部３８，４０よりも長い対向する２つ側部は、一方が第１の長手方向縁部３４を、他方が第２の長手方向縁部３６をそれぞれ形成している。
プレート状の形状をした第１のバスバー３０及び第２のバスバー３２は、プリント回路基板１２の２つの長手方向縁部３４，３６の両側に位置付けられている。つまり、２つのバスバー３０，３２は、プリント回路基板１２の上方でも下方でもなく、プリント回路基板１２の表面の外側で、２つの長手方向縁部３４，３６に隣接して位置付けられている。２つのバスバー３０，３２は、概して「Ｌ」状の形状をしている。２つのバスバー３０，３２は、矩形状の長手方向部分４２，４４を備えており、その長手方向部分４２，４４の一方の真直ぐな縁部３５，３７は、プリント回路基板１２の２つの長手方向縁部３４，３６に対して平行して長手方向に延在する。長手方向部分４２，４４は、プリント回路基板１２の２つの長手方向縁部３４，３６と実質的に同じ長さである。また、２つのバスバー３０，３２は、プリント回路基板１２の同じ短手方向側部３８に沿って短手方向に延在する矩形状の第２の部分４６，４８も備える。２つの第２の部分４６，４８の短手方向長さは、互いに同一であると共に互いに接触しないような寸法になっている。２つのバスバー３０，３２は、プリント回路基板１２の長手方向の対称軸Ｓに沿って互いに対して対称的に位置付けられている。バスバー４６，４８の第２の部分は、パワー整流モジュールを車両の配電ネットワークに接続するためにねじ込まれる端子などの電気的な固定手段の挿入を可能にする円形孔５０，５２を備える。２つのバスバー３０，３２は、プリント回路基板１２と同一の水平面内に配置されるのが理想的であるが、２つのバスバー３０，３２を組み合わせる工程は、バスバーを概ねプリント回路基板１２と同一の水平面内に置くことを可能にするだけであることがある。
８つのパワースイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８は、一連の４つのスイッチ１４，１６，１８，２０を一緒にして２組にグループ化される。図１に示されたパワースイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８は、表面実装部品であって、Ｄ２Ｐａｃｋのパッケージタイプのパワースイッチである。
Ｄ２Ｐａｃｋのパッケージは、水平面内に延在して矩形平行六面体の４つの側面５８，６０，６２，６４によって離間している上面５４及び下面を備える矩形平行六面体すなわち直方体のパッケージである。下面には、接続金属ベースプレート６６が設けられており、側面６４の１つには、一連の接続ピン６８が設けられている。典型的には、パワースイッチ１４が、絶縁ゲート型電界効果トランジスタタイプのパワートランジスタ、より一般的にはＭＯＳＦＥＴと称されるパワートランジスタである場合、一連の接続ピン６８は、コントロール・ゲートと称されるピンと、「ソース」と称される数本の電流入出力ピンと、最後に、「ドレイン」と称される電流入出力金属ベースプレート６６とを備える。
各々の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０の接続ピン６８は、接続領域１７におけるプリント回路基板１２の上面１３にはんだ付けされている。第１の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０の接続ピン６８は、垂直軸Ｖ及び長手方向軸Ｌによって画定された鉛直面と平行する各パッケージ側面６４から、接続ピンをプリント回路基板１２上に接続するための接続領域１７まで、短手方向に延在する。第１の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０の接続ピン６８を接続するための接続領域１７は、プリント回路基板１２の長手方向縁部３４から近い距離でプリント回路基板１２の長手方向縁部３４に平行して長手方向に延在しており、各金属ベースプレート６６，６７を、プリント回路基板１２の前記長手方向縁部３４に近接且つ平行して配置されるバスバー４２の長手方向部分上に付けるように取り付けることができるようになっている。したがって、第１の一連の４つのスイッチ１４，１６，１８，２０のベースプレート６７は、プリント回路基板１２の長手方向縁部３４に直接的に隣接して長手方向に配置されたバスバーの部分の上に理想的には互いに一直線に並ぶように取り付けられる。しかしながら、４つのスイッチ１４，１６，１８，２０を組み合わせる工程は、４つのスイッチ１４，１６，１８，２０を概ね整列させて位置付けることを可能にするだけである。第２の一連の４つのスイッチ２２，２４，２６，２８は、プリント回路基板１２の長手方向の対称軸Ｓに沿って第１の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０と対称となるように取り付けられる。
図２は、プリント回路基板１２の下面１５を示している。２つのバスバー３０，３２は、プリント回路基板１２に対して固定するための手段を備える。固定手段は、バスバー３０，３２と一体に構成されたタブ７２，７４，７６である。１つのバスバー３０，３２に３つあるタブ７２，７４，７６は、プリント回路基板１２の下面１５にはんだ付けされている。各バスバー３０，３２のタブ７２，７４，７６は、プリント回路基板１２の長手方向縁部３４，３６の縁で屈曲している。
各バスバー３０，３２は、プリント回路基板１２の長手方向縁部３４，３６の両端７８，８０に固定された２つのタブ７２，７６を備えており、第３のタブ７４は、他の２つのタブ７２，７６からほぼ等距離のところに固定されている。各タブ７２，７４，７６は、プリント回路基板１２の長手方向縁部３４，３６の縁を囲う屈曲部８２と、プリント回路基板１２の下面１５にはんだ付けされた矩形部８４，８６とを備える。長手方向縁部３４，３６の両端７８，８０に固定されたタブ７２，７６の各矩形部８４は、プリント回路基板１２の各短手方向縁部３８，４０からプリント回路基板１２の表面の方に向かって長手方向に延在する。
タブ７２，７４，７６の各矩形部８４，８６は、同じ長さの短手方向側部を備えており、その一方で、長手方向縁部３４，３６の両端７８，８０に固定されたタブ７２，７６の矩形部８４の長手方向側部は、第３のタブ７４の矩形部８６の長手方向側部よりも長い。この差は、プリント回路基板の端部で整流モジュールの剛性を増強する必要があるためである。
このように、パワースイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８の接続ピン６８がプリント回路基板１２上にはんだ付けされ、パワースイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８の金属ベースプレート６６，６７がバスバー３０，３２上にはんだ付けされ、パワースイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８を介してバスバー３０，３２が固定用のタブ７２，７４，７６によってプリント回路基板１２に保持されることによって、バスバー３０，３２は、プリント回路基板１２と実質的に同一平面内に保持される。
操作方式では、プリント回路基板１２は、パワー整流モジュール１０の操作を可能にする電気信号接続領域を備える。典型的には、３つの電気信号がある。２つの電気信号は、各々の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０のコントロール・ゲートに接続された２組の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８のための制御信号である。第３の信号は、典型的には、２組の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８の「ソース」に電気的に接続される強い電流の流入である。
２つのバスバー３０，３２は、それぞれ、２組の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８の「ドレイン」に接続される。このように、各々の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０は、それぞれ独立して「開スイッチ」モードや「閉スイッチ」モードに制御することができる。一連のスイッチ１４，１６，１８，２０が、そのコントロール・ゲート上で「閉スイッチ」コマンドを受け取り、電流が、前記一連のスイッチ１４，１６，１８，２０を通過して、それによって、一連のスイッチ１４，１６，１８，２０のドレイン、すなわち金属ベースプレート６７が取り付けられているバスバー３０上に流れるので、一連のスイッチ１４，１６，１８，２０が閉スイッチモードに制御されると、強い入力電流が、制御された一連のスイッチ１４，１６，１８，２０の「ソース」にまで流れる。２組の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８が「開スイッチ」モードに制御されると、強い入力電流は、２組の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８を通って分配されることになり、それによって、２つのバスバー３０，３２上に分配される。
なお、各々の一連の４つのスイッチ１４，１６，１８，２０は、並列の４つのスイッチの電気アセンブリである。ドレイン同士はバスバー３０上で接続されており、ソース同士はプリント回路基板１２上で接続されており、コントロール・ゲート同士は、プリント回路基板１２上で接続されている。なお、２組の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８のソース同士が接続されているので、２組の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８同士は、共通のソースで接続されている。
上述した整流モジュール１０の配置構成によって、プリント回路基板１２上の制約を低減させることができる。プリント回路基板１２は、片面に部品を備えるだけである。スイッチのベースプレート６６，６７が、プリント回路基板１２の外周付近に配置されるバスバー３０，３２上に直接取り付けられるので、プリント回路基板１２のサイズは低減される。バスバー３０，３２が強い電流を伝導し、各パワースイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８のパッケージを直接冷却できるようにするので、プリント回路基板１２にはパワースイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８の放熱の制約が無い。
バスバー３０，３２がプリント回路基板１２と実質的に同一平面内にある特に有利なレイアウトによって、整流モジュール１０の高さを最小限にすることができ、また、放熱及び整流モジュール１０の固定の制約を最適化することもできる。バスバー３０，３２の対照的なレイアウト、及び２組の一連のパワースイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８の対照的なレイアウトによって、２組の一連のスイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８間のスイッチ１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８を整流するための遅れや、電流の分配不良、及びそれによる２つのバスバー３０，３２の熱の分配不良など、パワー整流の望ましくない電気的な影響を最小限にすることができる。
或いは、整流モジュール１０は、１つの一連のパワースイッチ１４，１６，１８，２０だけを備えることができる。一連のスイッチにおけるスイッチ１４，１６，１８，２０の数は、４つに限定されず、４つ以上でも４つ未満でもよい。２つのバスバー３０，３２がプリント回路基板１２と同一平面内に実質的に配置されない可能性もある。２つのバスバー３０，３２は、互いに独立して、垂直軸Ｖに沿って傾斜することができる。プリント回路基板１２及び２つのバスバー３０，３２は、整流モジュール１０を車両へ組み込むための制約に応じて様々な幾何学的形状を有することができる。バスバーを車両の配電ネットワークに固定するための手段は図１に示されたものと違ってもよい。
１０ パワー整流モジュール（整流モジュール、モジュール）
１ ２ プリント回路基板
１ ３ 上面
１ ４ パワースイッチ（スイッチ）
１ ５ 下面
１ ６ パワースイッチ（スイッチ）
１ ７ 接続領域
１ ８ パワースイッチ（スイッチ）
２ ０ パワースイッチ（スイッチ）
２ ２ パワースイッチ（スイッチ）
２ ４ パワースイッチ（スイッチ）
２ ６ パワースイッチ（スイッチ）
２ ８ パワースイッチ（スイッチ）
３ ０ 第１のバスバー（バスバー）
３ ２ 第２のバスバー（バスバー）
３ ４ 第１の長手方向縁部（第１の長手方向の縁部）
３ ５ 縁部

Claims (6)

  1. プリント回路基板（１２）と、
    板状の第１のバスバー（３０）と、
    第１の一連のパワースイッチ（１４，１６，１８，２０）であって、各パワースイッチ（１４，１６，１８，２０）が、前記プリント回路基板（１２）の上面（１３）に接続される一連の接続ピン（６８）、及び前記バスバー（３０）に当てて付けられる金属ベースプレート（６７）を備える、第１の一連のパワースイッチ（１４，１６，１８，２０）と、
    を備える自動車のパワー整流モジュール（１０）であって、
    前記第１の一連のパワースイッチ（１４，１６，１８，２０）が、前記第１のバスバー（３０）上に取り付けられ、前記パワースイッチ（１４，１６，１８，２０）が概して前記第１のバスバー（３０）の長手方向の縁部（３５）に沿って整列され、前記第１のバスバー（３０）の前記長手方向の縁部（３５）が、前記プリント回路基板（１２）の第１の長手方向の縁部（３４）に沿って配置され、前記第１のバスバー（３０）のうち、前記パワースイッチ（１４，１６，１８，２０）が取り付けられる部分（４２）が、前記プリント回路基板（１２）に隣接して配置されることを特徴とするモジュール（１０）。
  2. 前記バスバー（３０）が、概して、前記プリント回路基板（１２）と同一平面内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のモジュール（１０）。
  3. 前記第１のバスバー（３０）が、前記第１のバスバー（３０）と一体に構成された固定用のタブ（７２，７４，７６）を備え、前記タブ（７２，７４，７６）が、前記バスバー（３０）の真直ぐな前記縁部（３５）から前記プリント回路基板（１２）の下面まで延在し、前記タブ（７２，７４，７６）が、前記プリント回路基板（１２）の前記下面（１５）に固定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のモジュール（１０）。
  4. 前記モジュール（１０）が、第２のバスバー（３２）上に取り付けられる第２の一連のパワースイッチ（２２，２４，２６，２８）を備え、前記第２のバスバー（３２）及び前記第２の一連のパワースイッチ（２２，２４，２６，２８）が、前記プリント回路基板（１２）のもう一方の縁部（３６）に沿って、前記第１のバスバー（３０）及び前記第１の一連のスイッチ（１４，１６，１８，２０）と同様に配置されることを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載のモジュール（１０）。
  5. 前記第１のバスバー（３０）が、前記プリント回路基板（１２）の対向する２つの長手方向の縁部（３４，３６）の一方側に、前記第２のバスバー（３２）が、前記プリント回路基板（１２）の対向する２つの長手方向の縁部（３４，３６）のもう一方側に、それぞれ配置されることを特徴とする、請求項４に記載のモジュール（１０）。
  6. 前記パワースイッチ（１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８）が表面実装部品タイプのものであることを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載のモジュール（１０）。
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