JP2019174187A - 電子回路装置 - Google Patents

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JP2019174187A JP2018060444A JP2018060444A JP2019174187A JP 2019174187 A JP2019174187 A JP 2019174187A JP 2018060444 A JP2018060444 A JP 2018060444A JP 2018060444 A JP2018060444 A JP 2018060444A JP 2019174187 A JP2019174187 A JP 2019174187A
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Abstract

【課題】シャント抵抗が発生する磁場による検出電流への影響を抑制し、検出される電流値の精度を向上させた電子回路装置を提供する。【解決手段】本電子回路装置(10)は、基板(11)と、抵抗体(21)と、抵抗体(21)の対向する端部に第1電極(22)及び第2電極(23)を備える、基板(11)上に取り付けられたシャント抵抗(20)と、第1電極(22)に接続される第1回路パターン(12)と、第2電極(23)に接続される第2回路パターン(13)と、第1電極(22)から導出される第1電流検出パターン(14)と、第2電極(23)から導出される第2電流検出パターン(15)と、第1電流検出パターン(14)及び第2電流検出パターン(15)とシャント抵抗(20)の抵抗体(21)との間に介在される磁気シールド板(30)と、を有する。【選択図】 図2

Description

本開示は、シャント抵抗が組み込まれた電子回路装置に関する。
従来、インバータ装置などにおいては、平板状の面実装タイプのシャント抵抗が組み込まれた電流検出回路を備えた電子回路装置が用いられている。この電子回路装置では、小電力用のシャント抵抗の場合は一般的に基板を介して放熱されるが、インバータ装置の電流容量が大きくなるとシャント抵抗の発熱量が大きくなる。このため、一般的にはシャント抵抗の基板とは反対側の面に放熱器が取り付けられ、放熱器を介して放熱されていた。その代表的なものとして、特許文献1に記載された電子回路装置を挙げることができる。
特許第5029170号公報
ところが、特許文献1に記載の電子回路装置では、シャント抵抗に電流が流されることにより磁場が生起され、この磁場が、シャント抵抗を電流検出回路に接続する2個の電流検出パターン間に形成されるループ部分と鎖交して、検出される電流値に影響を与えていた。特許文献1は、この点に関しては何ら考慮されていなかった。
本開示は、シャント抵抗が発生する磁場による検出電流への影響を抑制し、検出される電流値の精度を向上させた電子回路装置を提供することを目的とする。
第1の観点に係る電子回路装置は、基板と、抵抗体と、前記抵抗体の対向する端部に第1電極及び第2電極を備える、前記基板上に取り付けられたシャント抵抗と、前記第1電極に直接又は端子を介し接続される、前記基板上に形成された第1回路パターンと、前記第2電極に直接又は端子を介し接続される、前記基板上に形成された第2回路パターンと、前記第1電極から直接または端子を介し導出される、前記基板上に形成された第1電流検出パターンと、前記第2電極から直接または端子介し導出される、前記基板上に形成された第2電流検出パターンと、前記第1電流検出パターン及び前記第2電流検出パターンと前記抵抗体との間に介在される磁気シールド板と、を有する。
この構成によれば、シャント抵抗に電流が流されることにより発生する磁束は、磁気シールド板を流れる。これにより、第1電流検出パターンと第2電流検出パターンとの間に形成されるループ部分と鎖交する磁束が抑制される。この結果、シャント抵抗が発生する磁場による検出電流への影響が抑制され、検出される電流値の精度を向上させることができる。
第2の観点に係る電子回路装置によれば、前記磁気シールド板は、前記抵抗体と対向する対向部と、前記第1電極から前記第2電極へ向かう方向と直交する方向であって、かつ、前記対向部から前記第1電流検出パターン及び第2電流検出パターンが導出される側へ延びる延伸部と、を有する。
この構成によれば、シャント抵抗に電流が流されることにより発生する磁束は、延伸部を流れるので、第1電流検出パターンと第2電流検出パターンとの間に形成されるループ部分と鎖交する磁束が効果的に低減され、検出される電流値の精度をより向上させることができる。
第3の観点に係る電子回路装置によれば、前記磁気シールド板は、前記対向部が前記シャント抵抗と熱伝導性を有するように接触して取り付けられている。
この構成によれば、磁気シールド板を放熱器として兼用することができる。
第4の観点に係る電子回路装置によれば、前記磁気シールド板は、前記基板との間に空隙を有するように取り付けられている。
この構成によれば、磁気シールド板を放熱器として兼用することができるとともに、放熱効果を向上させることができる。
第5の観点に係る電子回路装置によれば、前記磁気シールド板は、前記基板、前記第1電流検出パターン、及び、前記第2電流検出パターンのうちの少なくとも何れか一つと熱伝導性を有するように接触して取り付けられている。
この構成によれば、磁気シールド板を、シャント抵抗と基板との間に装着されるヒートスプレッダとして兼用することができ、シャント抵抗からの発熱を、基板を介して効果的に放熱することができる。
実施の形態に係る電子回路装置を備えた電力変換装置の概略構成を示す回路図。 同電子回路装置の概略構成を示す斜視図。 同電子回路装置の平面図。 図3におけるA−A断面図。 図3におけるB−B断面図。 同電子回路装置の作用説明図であって、(a)は従来電子回路装置の作用を説明するための斜視図、(b)は同従来電子回路装置の作用を説明するための断面図、(c)は本実施の形態に係る電子回路装置の作用を説明するための断面図。 変形例に係る電子回路装置の概略構成を示す断面図。 他の変形例に係る電子回路装置の概略構成を示す断面図。 更なる他の変形例に係る電子回路装置の概略構成を示す断面図。
以下、実施の形態に係る電子回路装置について説明する。なお、本開示は、以下に記載する例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
まず、図1を参照して、本実施の形態に係る電子回路装置10を備えた電力変換装置1の概略構成について説明する。
電力変換装置1は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部2と、コンバータ部2で変換された直流電圧を三相交流電圧に変換するためのインバータ部3とを備えている。コンバータ部2は図示しない交流電源に、インバータ部3は負荷としてのモータ4に、それぞれ接続されている。モータ4は、埋込磁石同期モータであり、空気調和機用圧縮機の駆動に用いられる。
コンバータ部2は、整流回路であり、交流電源(図示しない)からの入力交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ部2は、第1配線W1及び第2配線W2によりインバータ部3と電気的に接続されている。特に図示しないが、コンバータ部2には複数のスイッチング素子が設けられていて、このスイッチング素子のスイッチング動作によって交流電圧から直流電圧への整流動作が行われるように構成されている。
インバータ部3は、複数(6個)のスイッチング素子5を有していて、このスイッチング素子5のスイッチング動作によって、コンバータ部2から出力される直流電圧を三相交流電圧へ変換するように構成されている。
インバータ部3は、具体的には、6個のスイッチング素子5を有していて、それらが三相ブリッジ結線されている。つまり、インバータ部3は、互いに直列に接続された2つのスイッチング素子5からなるスイッチングレグ7が並列に接続されていて、各スイッチングレグ7の中間点がモータ4の三相に接続されている。
各スイッチング素子5は、例えば図1に示すようなIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)によって構成されている。
スイッチング素子5は、スイッチング動作できるものであれば、ユニポーラ型トランジスタのMOSFETなどであってもよい。なお、上記各スイッチング素子5には、それぞれ、ダイオード6が逆並列に設けられている。
電力変換装置1には、コンバータ部2とインバータ部3との接続部分である第1配線W1にシャント抵抗20を含む電子回路装置10が設けられている。
電子回路装置10は、シャント抵抗20を流れる電流を電流検出回路8によって検出し、その出力信号をコントローラ9に送ることにより、インバータ部3に接続されたモータ4に流れる電流を検出している。
コントローラ9は、電流検出回路8で検出された電流値に基づいて、インバータ部3の各スイッチング素子5の動作制御を行うための制御信号(PWM信号)を出力するように構成されている。
次に、電子回路装置10の詳細な構成について説明する。
図2に示すように、電子回路装置10は、モータ4に流れる電流を検出するためのシャント抵抗20の他に、基板11、第1回路パターン12、第2回路パターン13、第1電流検出パターン14、第2電流検出パターン15、磁気シールド板30等を有している。
シャント抵抗20は、薄膜状に形成された抵抗体21と、第1回路パターン12に接続される第1電極22と第2回路パターン13に接続される第2電極23とを有する。
抵抗体21は、例えばアルミナなどのセラミックス材料などの剛性の高い材料によって形成された抵抗基材により補強されている。
図3〜図5に示すように、第1電極22及び第2電極23は、抵抗体21の両端部から基板11に向かって突出するように形成されている。第1電極22は半田付けなどにより第1回路パターン12に接続され、第2電極23も同様に半田付けなどにより第2回路パターン13に接続されている。
図3に示すように、第1電極22は、第1電極22から第2電極23に向かう方向と直角の方向の、第2回路パターン13側端部の中央部に第1端子24を備えている。そして、この第1端子24を介し第1電流検出パターン14が第1電極22から導出されている。また、第2電極23は、第1電極22から第2電極23に向かう方向と直角の方向の、第1回路パターン12側端部の中央部に第2端子25を備えている。そして、この第2端子25を介し第2電流検出パターン15が第2電極23から導出されている。なお、第1電極22から第2電極23に向かう方向は、この実施の形態においては、シャント抵抗20における電流の流れ方向Sである、より具体的には、抵抗体21における電流の流れ方向Sである。
基板11は、CEM−3(Composite epoxy material-3)と称されているガラス布ガラス不織布複合基材エポキシ樹脂銅張積層板やFR−4(Flame retardant-4)と称されている耐熱性ガラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板などの材料からなり、平板状に形成されている。
図1に示すように、第1回路パターン12は、インバータ部3からシャント抵抗20へ電流を流すための回路パターンである。第1回路パターン12は、シャント抵抗20における抵抗体21の第1電極22とインバータ部3との間に位置する第1配線W1(図1参照)の一部を構成している。第1回路パターン12は、銅、アルミニウム又はこれらの合金などの導電性材料からなる。
第2回路パターン13は、シャント抵抗20からコンバータ部2へ電流を流すための回路パターンである。第2回路パターン13は、シャント抵抗20における抵抗体21の第2電極23とコンバータ部2との間に位置する第1配線W1(図1参照)の一部を構成している。第2回路パターン13は、第1回路パターン12と同様の導電性材料からなり、かつ第1回路パターン12と略同じ大きさの長方形状を有する。
図1に示すように、第1電流検出パターン14及び第2電流検出パターン15は、シャント抵抗20の電流を検出するためのものである。第1電流検出パターン14は、第1端子24を介し第1電極22と電流検出回路8とを接続する回路を形成している。第2電流検出パターン15は、第2端子25を介し第2電極23と電流検出回路8とを接続する回路を形成している。第1電流検出パターン14及び第2電流検出パターン15は、一定間隔を保持しつつ第1電極22から第2電極23に向かう方向と直角の方向(この実施の形態においては、抵抗体21における電流の流れ方向Sと直交する方向を意味する)に延出されている。
磁気シールド板30は、磁気シールド効果に加え、放熱効果の得られることを目的としたものである。このために、図4及び図5に示すように、シャント抵抗20の基板11側の表面に、シャント抵抗20との熱伝導性が良好となるように密着して取り付けられている。シャント抵抗20の基板11側表面への取付は、シャント抵抗20との熱伝導性を良好とするために、熱伝導性の良好な接着剤により取り付けることが好ましい。磁気シールド板30は、パーマロイ、ニッケル、鉄等の高い透磁率を持つ磁性材料でできるだけ大きい熱伝導性を持つ材料により形成されている。
図2に示すように、磁気シールド板30の形状は、平板状の矩形であって、短辺方向の寸法は、シャント抵抗20における第1電極22と第2電極23との間の平らな部分の寸法に等しく、この短辺に直角の方向を長辺としている。したがって、磁気シールド板30は、シャント抵抗20の基板11側の表面に密着して取り付けられた状態において、抵抗体21と対向する対向部31と、第1電極22から第2電極23へ向かう方向に対し直交する方向に延びる第1延伸部32及び第2延伸部33を有する。第1延伸部32は、本実施の形態では対向部31から第1電流検出パターン14及び第2電流検出パターン15が導出される側へ延びる延伸部であり、第2延伸部33は、対向部31から第1延伸部32の反対側に延びる延伸部である。
(作用)
本電子回路装置10のように磁気シールド板30を備えていない場合は、図6(a)に示すようにシャント抵抗20に電流が流されることにより磁場が発生する。そして、図6(b)に示すように、磁場が第1電流検出パターン14と第2電流検出パターン15との間に形成されるループ部分と鎖交する。このため、電流検出回路8で検出される電流値に影響を与える。
ところが、図6(c)に示すように、本電子回路装置10では、第1電流検出パターン14及び第2電流検出パターン15とシャント抵抗20の抵抗体21との間に磁気シールド板30を備えているため、磁束が磁気シールド板30に流れる。このため、磁束が第1電流検出パターン14と第2電流検出パターン15との間に形成されるループ部分と鎖交することが防止され、これにより電流検出回路8で検出される電流値への影響が回避される。
また、シャント抵抗20に電流が流されることによりジュール熱が発生するが、この熱は、磁気シールド板30に伝熱され、磁気シールド板30の表面から周囲空気中に放熱される。特に、磁気シールド板30の基板11側に隙間が形成されているので、空気の対流効果が発生し良好に放熱される。また、磁気シールド板30は、抵抗体21に対向する対向部31から電流の流れ方向Sに対し直交する方向に延びる第1延伸部32及び第2延伸部33を有するので、放熱面積が大きくなり、放熱量が大きくなっている。
(実施の形態の効果)
本電子回路装置10は、以上のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
(1)第1電流検出パターン14及び第2電流検出パターン15と抵抗体21との間に磁気シールド板30が介在するように形成されているので、シャント抵抗20に電流が流されることにより発生する磁束は、第1電流検出パターン14と第2電流検出パターン15との間に形成されるループ部分と鎖交せずに磁気シールド板30を通る。これにより、第1電流検出パターン14と第2電流検出パターン15との間に形成されるループ部分と鎖交する磁束が抑制され、シャント抵抗20が発生する磁場による検出電流への影響が抑制される。この結果、電流検出回路8により検出される電流値の精度が向上する。
(2)また、本電子回路装置10によれば、磁気シールド板30の対向部31がシャント抵抗20に熱伝導性を有するように接触して取り付けられているので、シャント抵抗20にて発生する熱を磁気シールド板30を介して放熱させることができる。したがって、磁気シールド板30をシャント抵抗20の放熱器として兼用させることができ、シャント抵抗20からの熱の放熱を向上させることができる。
(3)特に、磁気シールド板30は、対向部31から第1電極22から第2電極へ向かう方向に対し直交する方向であって、第1電流検出パターン14及び第2電流検出パターン15が導出される側へ延びる第1延伸部32を有するので、磁気シールド効果と放熱効果の双方を奏することができる。
(4)また、磁気シールド板30は、シャント抵抗20の基板11側の表面に熱伝導性を有するように接着されているので、磁気シールド板30を放熱器として兼用することができるとともに、放熱効果を向上させることができる。
(5)また、対向部31から第1電極22から第2電極へ向かう方向に対し直交する方向に延びる第1延伸部32と第2延伸部33を有するので、放熱面積を大きくすることができ、放熱効果をより向上させることができる。
(6)また、磁気シールド板30は、基板11との間に空隙を有するように取り付けられているので、磁気シールド板30の基板側の放熱効果が促進され、磁気シールド板30の放熱効果をより一層向上させることができる。
(変形例)
前記実施の形態に関する説明は、本開示に従う電子回路装置10が取り得る形態の例示であり、その形態に制限されるものではない。本開示に従う電子回路装置10は、前記実施の形態以外に、例えば以下に示される変形例、及び相互に矛盾しない少なくとも二つの変形例を組み合わせた形態としてもよい。
・先の実施の形態に記載したシャント抵抗20は、一例であって、市販されている種々のタイプのものを使用することができる。例えば、前記実施の形態においては、第1回路パターン12が第1電極22に対し、そして、第2回路パターン13が第2電極23に対しそれぞれ直接接続されていた。しかし、市販のシャント抵抗にあっては、第1回路パターン12及び第2回路パターン13を、第1電極22及び第2電極23に対し直接的に連結された端子を介し、又は導体により連結された端子を介し、第1電極22及び第2電極23に接続するようにしたタイプのものがある。シャント抵抗20はこのようなものでもよい。
・同様に、前記実施の形態におけるシャント抵抗20は、第1電流検出パターン14が第1電極22に対し直接的に連結された第1端子24を介し第1電極22に接続され、そして、第2電流検出パターン15が第2電極23に対し直接的に連結された第2端子25を介し第2電極23に接続されていた。しかしながら、市販のシャント抵抗20にあっては、第1電流検出パターン14及び第2電流検出パターン15に対し直接第1電極22及び第2電極23に接続するタイプのものもある。シャント抵抗20はこのようなものでもよい。
・また、市販のシャント抵抗20にあっては、第1端子24と第1電極22との間、及び第2端子25と第2電極23との間がそれぞれ位置的に離されており、それぞれの端子と電極との間が導体で接続されるタイプのものがある。シャント抵抗20はこのようなものでもよい。また、市販のシャント抵抗20にあっては、このように端子が離れた位置に設けられたものであって、第1端子24が第1電極22と第2電極23との間における電流検出回路8側の辺に設けられ、第2端子25が第1電極22と第2電極23との間における反電流検出回路8側の辺に設けられるものがある。シャント抵抗20としてはこのようなものでもよい。なお、この場合、第1電流検出パターン14と第2電流検出パターン15との導出方向が揃わずに反対方向となるが、これは許容される。
・このように第1電流検出パターン14と第2電流検出パターン15との導出方向が反対方向となるシャント抵抗20の場合、第1電流検出パターン14と第2電流検出パターン15とはシャント抵抗20に接続される近傍部分は反対方向に導出されることになる。したがって、この場合の磁気シールド板30は、磁気シールド効果を奏するためには第1延伸部32と第2延伸部33の双方が必要となる。この場合、第2延伸部33は、第1延伸部32と同様に放熱効果と磁気シールド効果の双方を担うことになる。
・しかしながら、前記実施の形態においては、第1電流検出パターン14及び第2電流検出パターン15が導出される方向は一方向である。したがって、前記実施の形態において、磁気シールド板30は、第1電流検出パターン14及び第2電流検出パターン15が導出される側へ延びる第1延伸部32のみとしてもよい。この場合でも、磁気シールド板30を磁気シールド効果と放熱効果の双方を奏することができる。
・また、前記実施の形態におけるシャント抵抗20は、第1電極22及び第2電極23が抵抗体21の両端部に対し抵抗体21の材料とは別の電極材料により形成されていたが、同一材料により抵抗体21と第1電極22及び第2電極23とが区別なく一体的に形成されたものでもよい。
・磁気シールド板30は、前記実施の形態においては平板状とされていたが、図7のごとく両端に傾斜部を有する磁気シールド板30として、磁気シールド効果及び放熱効果を向上させたものとしてもよい。
・また、磁気シールド板30は、磁気シールド効果をより確実化とするために、図8のごとく、シャント抵抗20を囲繞する形状の磁気シールド板30としてもよい。この場合において、特に図示はされていないが、このような磁気シールド板30による放熱効果を上げるために、シャント抵抗20を囲繞する形状の磁気シールド板30とシャント抵抗20との伝熱効果を向上させる機構を設けることが好ましい。
・また、シャント抵抗20は、第1電極22及び第2電極23が抵抗体21の両端部にから基板11に向かって突出する形状に形成されていた。これは、磁気シールド板30の放熱効果の向上を図るために、シャント抵抗20の基板11側の表面に密着して取り付けられる磁気シールド板30と基板11との間に空隙を作ろうとしたものである。したがって、この構成に限定されるものではなく、例えば、シャント抵抗20と基板11との間にスペーサを設ける、磁気シールド板30に突出部を設けるなどして、シャント抵抗20を基板11から浮上させるようにしてもよい。
・磁気シールド板30は、図9に示すように、シャント抵抗20と基板11との間に装着させるヒートスプレッダに兼用させるようにしてもよい。すなわち、この場合は、磁気シールド板30における反シャント抵抗20側の面を基板11、第1電流検出パターン14及び第2電流検出パターン15のうちの少なくとも何れか一つに対し熱伝導性接着剤35を使用するなどして熱伝導性を有するように接触して取り付ければよい。なお、磁気シールド板30におけるシャント抵抗20側の面をシャント抵抗20に対し熱伝導性接着剤36を使用して接触させるのが好ましいが、輻射等によってもシャント抵抗20の発熱を磁気シールド板30に伝達することができるので、必ずしも磁気シールド板30をシャント抵抗20に接触させなくてもよい。
・このように磁気シールド板30をヒートスプレッダに兼用させる場合にあって、第1電流検出パターン14及び第2電流検出パターン15は、基板11におけるシャント抵抗20側に必ずしも設けられていなくてもよい。すなわち、基板11における反シャント抵抗20側の表面に向けてもよい。
・前記実施の形態においては、空気調和機の圧縮機用の駆動回路に適用されるものであったが、このような用途に限らない。例えば、家庭用発電装置、電動工具などにおけるフィードバック制御などの種々の用途において適用可能である。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
S 電流の流れ方向
W1 第1配線
W2 第2配線
1 電力変換装置
2 コンバータ部
3 インバータ部
4 モータ
5 スイッチング素子
6 ダイオード
7 スイッチングレグ
8 電流検出回路
9 コントローラ
10 電子回路装置
11 基板
12 第1回路パターン
13 第2回路パターン
14 第1電流検出パターン
15 第2電流検出パターン
20 シャント抵抗
21 抵抗体
22 第1電極
23 第2電極
24 第1端子
25 第2端子
30 磁気シールド板
31 対向部
32 第1延伸部
33 第2延伸部
35 熱伝導性接着剤
36 熱伝導性接着剤

Claims (5)

  1. 基板(11)と、
    抵抗体(21)と、前記抵抗体(21)の対向する端部に第1電極(22)及び第2電極(23)を備える、前記基板(11)上に取り付けられたシャント抵抗(20)と、
    前記第1電極(22)に直接又は端子を介し接続される、前記基板(11)上に形成された第1回路パターン(12)と、
    前記第2電極(23)に直接又は端子を介し接続される、前記基板(11)上に形成された第2回路パターン(13)と、
    前記第1電極(22)から直接または端子を介し導出される、前記基板(11)上に形成された第1電流検出パターン(14)と、
    前記第2電極(23)から直接または端子介し導出される、前記基板(11)上に形成された第2電流検出パターン(15)と、
    前記第1電流検出パターン(14)及び前記第2電流検出パターン(15)と前記抵抗体(21)との間に介在される磁気シールド板(30)と、を有する
    電子回路装置。
  2. 請求項1記載の電子回路装置であって、
    前記磁気シールド板(30)は、前記抵抗体(21)と対向する対向部(31)と、前記第1電極(22)から前記第2電極(23)へ向かう方向と直交する方向であって、かつ、前記対向部(31)から前記第1電流検出パターン(14)及び第2電流検出パターン(15)が導出される側へ延びる延伸部(32)と、を有する
    電子回路装置。
  3. 請求項2記載の電子回路装置であって、
    前記磁気シールド板(30)は、前記対向部(31)が前記シャント抵抗(20)と熱伝導性を有するように接触して取り付けられている
    電子回路装置。
  4. 請求項3記載の電子回路装置であって、
    前記磁気シールド板(30)は、前記基板(11)との間に空隙を有するように取り付けられている
    電子回路装置。
  5. 請求項2又は請求項3記載の電子回路装置であって、
    前記磁気シールド板(30)は、前記基板(11)、前記第1電流検出パターン(14)、及び、前記第2電流検出パターン(15)のうちの少なくとも何れか一つと熱伝導性を有するように接触して取り付けられている
    電子回路装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115315763A (zh) * 2020-04-09 2022-11-08 Koa株式会社 检流电阻器以及电流检测装置

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