JP2023008013A - 電力変換装置、及び遮断機構 - Google Patents

電力変換装置、及び遮断機構 Download PDF

Info

Publication number
JP2023008013A
JP2023008013A JP2021111231A JP2021111231A JP2023008013A JP 2023008013 A JP2023008013 A JP 2023008013A JP 2021111231 A JP2021111231 A JP 2021111231A JP 2021111231 A JP2021111231 A JP 2021111231A JP 2023008013 A JP2023008013 A JP 2023008013A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
multilayer substrate
fixed
fuse
fixing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021111231A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7142751B1 (ja
Inventor
勝志 中田
Masashi Nakata
健太 藤井
Kenta Fujii
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2021111231A priority Critical patent/JP7142751B1/ja
Priority to CN202210719919.0A priority patent/CN115588962A/zh
Priority to US17/850,496 priority patent/US11735906B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7142751B1 publication Critical patent/JP7142751B1/ja
Publication of JP2023008013A publication Critical patent/JP2023008013A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fuses (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

【課題】過電流の遮断機構を、基板の回路パターンで構成する場合に、直流電流を遮断できると共に、溶断時に溶断物などが他の回路に飛散することを抑制できる電力変換装置及び遮断機構を提供する。【解決手段】支持部材は、支持本体部、支持本体部から前記多層基板側に突出し、多層基板が固定された固定突出部、及び支持本体部から多層基板側に突出し、多層基板の一方側の基板面を支持する支持突出部を有する支持部材と、を有し、ヒューズパターンは、多層基板の内層に設けられ、支持突出部は、多層基板の基板面の法線方向に見て、ヒューズパターンの溶断部の少なくとも一部と重複している。【選択図】図２

Description

本願は、電力変換装置、及び遮断機構に関するものである。
電力変換装置では、バッテリから電力が供給された状態で、電力用半導体素子又はスナバ回路を構成するコンデンサ等の電子部品が短絡故障すると、過大な電流が流れる。このような過電流が継続すると、大電流の通電により電力変換装置が損傷する。
そこで、従来は、過電流が流れた場合、電流ヒューズ（管ヒューズ）を溶断することにより電気部品等の損傷を防止していた。管ヒューズは、機器の短絡電流の流れる箇所に設置され、機器の定格電流よりも大きい電流値で溶断するものが使用されている。
このような管ヒューズとは異なり、基板パターンの一部を他よりも細い配線パターンで形成し、電気部品又は閉回路の短絡時に、この細い配線パターン部分を溶断させて、電流を遮断する構成としたものがある（例えば、特許文献１）。
特開２０００－３６６２号公報
しかしながら、特許文献１の技術では、商用電源を対象としている。商用電源は交流電流であるため、電流の零点が存在する。よって、細い配線パターン部分が溶断した後、アーク放電が生じても、電流が零点になると、アーク放電が消滅し、電流が遮断される。しかし、直流電流の場合、電流の零点が存在しないため、細い配線パターン部分が溶断した後、アーク放電が継続的に発生し、電流が流れ続ける。
また、特許文献１の技術では、基板の外層に細い配線パターン部分が設けられているため、溶断時に溶断物が他の回路に飛散し、電気部品を破損する恐れがある。
そこで、本願は、過電流の遮断機構を、基板の回路パターンで構成する場合に、直流電流を遮断できると共に、溶断時に溶断物などが他の回路に飛散することを抑制できる電力変換装置及び遮断機構を提供すること目的する。
本願に係る電力変換装置は、
半導体素子と、
過剰な電流が流れたときに電流を遮断する遮断機構と、
前記半導体素子と前記遮断機構とを接続する配線部材と、を備え、
前記遮断機構は、
過電流の通電時に溶断するヒューズパターンを含む複数の導電性パターンと複数の絶縁部材とが積層された多層基板と、
支持本体部、前記支持本体部から前記多層基板側に突出し、前記多層基板が固定された固定突出部、及び前記支持本体部から前記多層基板側に突出し、前記多層基板の一方側の基板面を支持する支持突出部を有する支持部材と、を有し、
前記ヒューズパターンは、前記多層基板の内層に設けられ、
前記支持突出部は、前記多層基板の基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンの溶断部の少なくとも一部と重複しているものである。
本願に係る遮断機構は、過剰な電流が流れたときに電流を遮断する遮断機構であって、
過電流の通電時に溶断するヒューズパターンを含む複数の導電性パターンと複数の絶縁部材とが積層された多層基板と、
支持本体部、前記支持本体部から前記多層基板側に突出し、前記多層基板が固定された固定突出部、及び前記支持本体部から前記多層基板側に突出し、前記多層基板の一方側の基板面を支持する支持突出部を有する支持部材と、を備え、
前記ヒューズパターンは、前記多層基板の内層に設けられ、
前記支持突出部は、前記多層基板の基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンの溶断部の少なくとも一部と重複しているものである。
本願に係る電力変換装置及び遮断機構によれば、過電流によりヒューズパターンが溶断した後、アーク放電が発生する場合がある。ヒューズパターンは、内層に配置されており、周囲が多層基板の絶縁部材により取り囲まれている。よって、アーク放電が、絶縁部材内の空間に制限され、アーク放電の断面積が大きくならない。また、多層基板の絶縁部材がアーク放電にさらされることにより、絶縁部材から分解ガスが発生し、その分解ガスによって、絶縁部材内の空間断面積よりもアーク放電の断面積が小さくなる（アブレーション効果）。その結果、アーク放電の断面積に反比例するアーク放電の抵抗値が高くなり、アーク放電電圧が高くなる。よって、溶断後発生したアーク放電電流を次第に減少させ、直流電流を遮断することができる。また、ヒューズパターンは、内層に設けられているので、ヒューズパターンの溶断物等が、他の回路に飛散することを抑制できる。
ヒューズパターンが溶断する際、多層基板の内部で高いエネルギーが生じるため、ヒューズパターンと絶縁部材とが剥離して、溶断部が設けられた空間が拡大し、アーク放電の断面積が大きくなり、アーク放電を遮断できなくなる懸念がある。溶断時に力が生じる溶断部が設けられた多層基板の部分を、支持突出部により、一方側の基板面の側から押さえることができ、溶断時に生じた力により、多層基板が剥離することを効果的に抑制することができる。また、固定突出部及び支持突出部を設けているので、多層基板を支持本体部から離間させて支持することができ、溶断時及び未溶断時において、ヒューズパターン等と支持部材との絶縁性を確保し易くなる。また、支持突出部により、溶断部が設けられた多層基板の部分を集中的に支持することができる。
実施の形態１に係る電力変換装置の概略的な回路図である。 実施の形態１に係る多層基板の各層の平面図である。 実施の形態１に係る図２のＡ－Ａ断面位置における多層基板の断面図である。 実施の形態１に係る図２のＢ－Ｂ断面位置における多層基板の断面図である。 実施の形態１に係る短絡電流を説明する回路図である。 実施の形態１に係る外層のヒューズ部と内層のヒューズ部とのアーク放電電圧の特性を説明する図である。 実施の形態２に係る多層基板の各層の平面図である。 実施の形態２に係る図７のＡ－Ａ断面位置における多層基板の断面図である。 実施の形態２に係る図７のＢ－Ｂ断面位置における多層基板の断面図である。 実施の形態３に係る図２のＡ－Ａ断面位置における多層基板の断面図である。 実施の形態４に係る遮断機構の平面図である。 実施の形態４に係る図１１のＡ－Ａ断面位置における多層基板の断面図である。 実施の形態４に係る図１１のＢ－Ｂ断面位置における多層基板の断面図である。 実施の形態４に係る図１１のＣ－Ｃ断面位置における多層基板の断面図である。 実施の形態５に係る遮断機構の平面図である。 実施の形態５に係る図１５のＡ－Ａ断面位置における多層基板の断面図である。 実施の形態５に係る図１５のＢ－Ｂ断面位置における多層基板の断面図である。 転用例に係る遮断機構の平面図である。 転用例に係るヒューズ部の形状の平面図である。 転用例に係る図２のＡ－Ａ断面位置における多層基板の断面図である。 転用例に係る図２のＡ－Ａ断面位置における多層基板の断面図である。 転用例に係る図２のＡ－Ａ断面位置における多層基板の断面図である。
１．実施の形態１
実施の形態１に係る電力変換装置について図面を参照して説明する。電力変換装置は、第１外部接続端子１と第２外部接続端子２との間で電力変換を行う。電力変換装置は、半導体素子３と、過剰な電流が流れたときに電流を遮断する遮断機構３０と、半導体素子３と遮断機構３０とを接続する配線部材２５と、を備えている。
１－１．電力変換装置の基本構成
図１は、電力変換装置の回路図である。電力変換装置は、第１外部接続端子１と第２外部接続端子２との間で、電力変換を行う。本実施の形態では、電力変換装置は、絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータとされている。第１外部接続端子１には、第１側直流電源２０（本例では、バッテリ）が接続されており、第２外部接続端子２には、電気負荷１２及び第２側直流電源１３（本例では、バッテリ）が接続されている。第１外部接続端子１の電圧Ｖｉｎは、第２外部接続端子２の電圧Ｖｏｕｔよりも高くなっている。
第１外部接続端子１の高電位側端子１Ｈと低電位側端子１Ｌとの間には、配線部材２５を介して、半導体素子３により構成される半導体回路５が接続されている。半導体素子３は、スイッチング素子３とされている。なお、半導体素子３として、ダイオードが用いられてもよい。半導体回路５は、高電位側のスイッチング素子３ａＨと低電位側のスイッチング素子３ａＬとが直列に接続された第１直列回路と、高電位側のスイッチング素子３ｂＨと低電位側のスイッチング素子３ｂＬとが直列に接続された第２直列回路と、を備えている。第１直列回路の高電位側及び低電位側のスイッチング素子３ａＨ、３ａＬの接続点が、配線部材２５を介して、トランス７の一次巻線７ａの一方の端子に接続され、第２直列回路の高電位側及び低電位側のスイッチング素子３ｂＨ、３ｂＬの接続点が、配線部材２５を介して、トランス７の一次巻線７ａの他方の端子に接続されている。半導体回路５は、樹脂封止されたモジュール状に形成されている。
スイッチング素子３として、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられている。なお、スイッチング素子３には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の他の種類のスイッチング素子が用いられてもよい。
各スイッチング素子３のゲート端子は、制御装置（不図示）に接続されており、制御装置は、各スイッチング素子３をＰＷＭ制御（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によりオンオフ駆動し、電力変換装置に所望の電力変換を行わせる。
トランス７は、一次巻線７ａと、二次巻線７ｂと、一次巻線７ａ及び二次巻線７ｂが巻装される鉄心７ｃとを備えている。
二次巻線７ｂの一端が、整流用のダイオード８及び配線部材２５を介して、リアクトル１０の一端に接続されている。二次巻線７ｂの他端が、整流用のダイオード９及び配線部材２５を介して、リアクトル１０の一端に接続されている。リアクトル１０の他端は、配線部材２５を介して、第２外部接続端子２の高電位側端子２Ｈに接続されている。二次巻線７ｂのセンタータップ（中間点）が、配線部材２５を介して、第２外部接続端子２の低電位側端子２Ｌに接続されている。第２外部接続端子２の高電位側端子２Ｈと低電位側端子２Ｌとの間に、平滑コンデンサ１１が接続されている。
電力変換装置の基本的な動作について、簡単に説明する。制御装置のオンオフ制御により、第１モード、第２モード、第３モード、第４モードの順に繰り返し切り替えられる。
第１モードでは、第１直列回路の高電位側のスイッチング素子３ａＨ及び第２直列回路の低電位側のスイッチング素子３ｂＬがオンされ、第１直列回路の低電位側のスイッチング素子３ａＬ及び第２直列回路の高低電位側のスイッチング素子３ｂＨがオフされる。このとき、一次巻線７ａを流れる電流は、高電位側端子１Ｈ→スイッチング素子３ａＨ→一次巻線７ａ→スイッチング素子３ｂＬ→低電位側端子１Ｌの経路で流れる。トランス７は、一次巻線７ａから二次巻線７ｂに電力を伝達する。二次巻線７ｂを流れる電流は、低電位側端子２Ｌ→二次巻線７ｂ→ダイオード８、９→リアクトル１０→高電位側端子２Ｈの経路で流れる。
第２モードでは、４つのスイッチング素子３ａＨ、３ａＬ、３ｂＨ、３ｂＬがすべてオフされる。このとき、一次巻線７ａには電流が流れず、二次巻線７ｂに電力が伝達されない。ただし、２次側では、リアクトル１０の自己誘導により、リアクトル１０→高電位側端子２Ｈ→低電位側端子２Ｌ→二次巻線７ｂ→ダイオード８、９→リアクトル１０の経路で電流が流れる。このとき、トランス７の２次側には電圧が発生しないため、リアクトル１０に流れる電流ＩＬは減少する。
第３モードでは、第１直列回路の高電位側のスイッチング素子３ａＨ及び第２直列回路の低電位側のスイッチング素子３ｂＬがオフされ、第１直列回路の低電位側のスイッチング素子３ａＬ及び第２直列回路の高低電位側のスイッチング素子３ｂＨがオンされる。このとき、一次巻線７ａを流れる電流は、高電位側端子１Ｈ→スイッチング素子３ｂＨ→一次巻線７ａ→スイッチング素子３ａＬ→低電位側端子１Ｌの経路で流れる。トランス７は、一次巻線７ａから二次巻線７ｂに電力を伝達する。二次巻線７ｂを流れる電流は、低電位側端子２Ｌ→二次巻線７ｂ→ダイオード８、９→リアクトル１０→高電位側端子２Ｈの経路で流れる。
第４モードでは、４つのスイッチング素子３ａＨ、３ａＬ、３ｂＨ、３ｂＬがすべてオフされる。このとき、一次巻線７ａには電流が流れず、二次巻線７ｂに電力が伝達されない。ただし、２次側では、リアクトル１０の自己誘導により、リアクトル１０→高電位側端子２Ｈ→低電位側端子２Ｌ→二次巻線７ｂ→ダイオード８、９→リアクトル１０の経路で電流が流れる。このとき、トランス７の２次側には電圧が発生しないため、リアクトル１０に流れる電流ＩＬは減少する。なお、各モードにおいて、リアクトル１０を流れる電流の交流成分は、平滑コンデンサ１１に流れ、平滑化される。
制御装置は、各モードの期間を変化させることで、スイッチング素子のオンデューティを変化させ、第２外部接続端子２の出力電圧を制御する。
ここで、第１モード及び第３モードにおいて、トランス７の一次巻線７ａの電圧をＶ１とし、一次巻線７ａの巻数をＮ１とし、一次巻線７ａを流れる電流をＩ１とし、二次巻線７ｂの電圧をＶ２とし、二次巻線７ｂの巻数をＮ２とし、二次巻線７ｂの電流をＩ２とすると、次式の関係が成り立つ。
Ｎ１／Ｎ２＝Ｖ１／Ｖ２＝Ｉ２／Ｉ１ ・・・（１）
ここで、Ｎ１／Ｎ２は、トランス７の巻数比と呼ばれる。一次巻線７ａには、第１外部接続端子１の電圧Ｖｉｎが印加されるため、Ｖ１＝Ｖｉｎである。従って、式（１）より、次式が得られる。
Ｖ２＝Ｖｉｎ／（Ｎ１／Ｎ２） ・・・（２）
式（２）に示すように、トランス７の二次巻線７ｂの電圧Ｖ２には、一次巻線７ａに印加された第１外部接続端子１の電圧Ｖｉｎを、巻数比Ｎ１／Ｎ２で除算した電圧が発生する。このとき、リアクトル１０の両端には、二次巻線７ｂの電圧Ｖ２と第２外部接続端子２の電圧Ｖｏｕｔとの差分の電圧（＝｜Ｖ２－Ｖｏｕｔ｜）が印加される。そのため、第１モード及び第３モードにおいて、リアクトル１０の電流ＩＬが増加する。この際、トランス７の一次巻線７ａには、リアクトル１０の電流ＩＬを、巻数比で除算した電流が流れる（＝ＩＬ／（Ｎ１／Ｎ２））。
一方、第２モード及び第４モードでは、全てのスイッチング素子がオフされるので、一次巻線７ａには、第１外部接続端子１の電圧Ｖｉｎが印加されなくなり、Ｖ１＝０になる。一次巻線７ａには電流が流れず、Ｉ１＝０になる。
このとき、リアクトル１０には、第２外部接続端子２の電圧Ｖｏｕｔが印加される。そのため、第２モード及び第４モードにおいて、リアクトル１０の電流ＩＬが減少する。また、二次巻線７ｂには、センタータップから、リアクトル１０に流れる電流ＩＬと同値の電流が流入し、Ｉ２＝ＩＬになる。また、トランス７の二次巻線７ｂには電圧は発生せず、Ｖ２＝０になる。
１－２．遮断機構３０
本実施の形態では、遮断機構３０は、第１外部接続端子１の高電位側端子１Ｈと、半導体回路５の高電位側とを接続する配線部材２５上に直列に接続されている。遮断機構３０は、例えば、スイッチング素子３が短絡故障し、第１外部接続端子１の高電位側端子１Ｈと低電位側端子１Ｌとの間が短絡され、短絡電流が流れる場合に、電流を遮断する。
＜多層基板＞
遮断機構３０は、過電流の通電時に溶断するヒューズパターン３１を含む複数の導電性パターンと複数の絶縁部材とが積層された多層基板を有している。
本実施の形態では、遮断機構３０は、６層の多層基板により構成されている。ここで、層は、導電性パターンが形成される層を意味し、多層基板の一方の外側及び他方の外側の層である外層を含む。図２に、各層の平面図を示し、図３に、図２のＡ－Ａ断面位置で切断した断面図を示し、図４に、図２のＢ－Ｂ断面位置で切断した断面図を示す。
多層基板は、絶縁部材としての基材１９と導電性パターンとが交互に隙間なく積層されている。多層基板は、例えばプリント基板である。すなわち、内層の導電性パターンは、周囲を基材１９等の絶縁性部材に囲まれ、２枚の基材１９の間に密閉されている。なお、基材１９の表面に溝が形成され、溝に導電性パターンが嵌め込まれてもよい。
本実施の形態では、５枚の基材１９が、積層されている。外層側又は中間層の１枚の基材の両面の層に導電性のパターンが設けられ、残りの４枚の基材１９の一方の面の層に導電性のパターンが設けられている。各基材１９は、矩形板状に形成されている。
基材１９は、電気的絶縁性を有する任意の材料により形成されている。基材１９は、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などで形成されている。もしくは基材１９は、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）もしくは、ポリイミド（ＰＩ）のフィルム、又はアラミド（全芳香族ポリアミド）繊維から形成される紙などで形成されている。また、基材１９は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミック材料により形成されていてもよい。基材１９は、各層に形成される導電性パターンの層間を絶縁できればよい。
＜第１及び第２端子パターン＞
図２及び図３に示すように、各層（各基材１９の表面）において、第１端子パターン２１と第２端子パターン２２とが間隔を空けて設けられている。基板面の法線方向に見て、各層の第１端子パターン２１は、互いに重複する位置に配置されている。基板面の法線方向に見て、各層の第２端子パターン２２は、互いに重複する位置に配置されている。第１及び第２端子パターン２１、２２は、銅箔により形成され、本例では、矩形板状に形成されている。
各層の第１端子パターン２１は、各基材１９を貫通する導電性の円筒状のスルーホール１６により同電位になるように接続されており、本例では、５つのスルーホール１６が設けられている。各層の第２端子パターン２２は、各基材１９を貫通する導電性の円筒状のスルーホール１６により同電位になるように接続されており、本例では、５つのスルーホール１６が設けられている。
第１端子パターン２１は、図示しない配線部材２５（例えば、配線パターン又はハーネス）を介して、第１外部接続端子１の高電位側端子１Ｈに接続されている。第２端子パターン２２は、図示しない配線部材２５（例えば、配線パターン又はハーネス）を介して、半導体回路５の高電位側に接続されている。なお、遮断機構３０には、方向性はないので、第１端子パターン２１が、半導体回路５の高電位側に接続されてもよく、第２端子パターン２２が、第１外部接続端子１の高電位側端子１Ｈに接続されてもよい。
＜ヒューズパターン＞
ヒューズパターン３１は、内層に設けられている。ヒューズパターン３１は、第１端子パターン２１と第２端子パターン２２との間に接続されている。
本実施の形態では、ヒューズパターン３１は、第３層に設けられている。ヒューズパターン３１は、銅箔により形成されている。ヒューズパターン３１は、第１端子パターン２１に接続された第１端子側基部３３と、第２端子パターン２２に接続された第２端子側基部３４と、第１端子側基部３３と第２端子側基部３４との間を接続するヒューズ部３５と、を備えている。ヒューズ部３５は、多層基板内に密閉されている。
ヒューズ部３５は、第１端子側基部３３及び第２端子側基部３４よりも断面積が小さくなっている。ヒューズ部３５は、過電流が流れたときに溶断する溶断部である。ヒューズ部３５は、長さ及び断面積の一方又は双方が調整され、抵抗値［Ω］が調整されている。
＜飛散防止パターン＞
飛散防止パターン４０は、ヒューズパターン３１が設けられた層と異なる層に設けられ、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１の溶断部（本例では、ヒューズ部３５）の少なくとも一部と重複している。
本実施の形態では、複数（本例では２つ）の飛散防止パターン４０が、互いに異なる層に設けられている。第１の飛散防止パターン４０ａは、ヒューズパターン３１が設けられた層よりも他方側の層に設けられ、第２の飛散防止パターン４０ｂは、ヒューズパターン３１が設けられた層よりも一方側の層に設けられている。第１の飛散防止パターン４０ａは、他方側の外層である第１層に設けられ、第２の飛散防止パターン４０ｂは、一方側の外層である第６層に設けられている。
各飛散防止パターン４０は、基板面の法線方向に見て、ヒューズ部３５と重複する本体部４１と、本体部４１を支持部材５０側に連結するための連結部４２とを有している。連結部４２は、本体部４１から横方向の一方側Ｘ１に延出している。連結部４２は、本体部４１と同様の銅箔により形成されている。
第１及び第２の飛散防止パターン４０ａ、４０ｂの本体部４１は、溶断部であるヒューズ部３５の全体を覆う、矩形板状に形成されている。よって、第１及び第２の飛散防止パターン４０ａ、４０ｂは、基板面の法線方向に見て、ヒューズ部３５の全体と重複している。第１及び第２の飛散防止パターン４０ａ、４０ｂは、銅箔により形成されている。第１及び第２の飛散防止パターン４０ａ、４０ｂは、ヒューズパターン３１に電気的に接続されておらず、異電位である。
＜連結パターン及びスルーホール＞
多層基板は、基板面の法線方向に見て互いに重複する位置に、各層に設けられた導電性の連結パターン４３と、各層の連結パターン４３を貫通し、互いに導通する筒状のスルーホール４５と、を有している。スルーホール４５は、多層基板を貫通し、一方側の基板面及び他方側の基板面に開口している。各飛散防止パターン４０は、各飛散防止パターン４０と同じ層に設けられた連結パターン４３と接続されている。各飛散防止パターン４０は、連結パターン４３と電気的及び熱的に接続されている。
本実施の形態では、各層に第１の連結パターン４３ａ及び第２の連結パターン４３ｂが設けられている。各層の第１の連結パターン４３ａは、基板面の法線方向に見て互いに重複する位置に配置されている。各層の第１の連結パターン４３ａを貫通する第１のスルーホール４５ａが設けられている。各層の第２の連結パターン４３ｂは、基板面の法線方向に見て互いに重複する位置に配置されている。各層の第２の連結パターン４３ｂを貫通する第２のスルーホール４５ｂが設けられている。
第１及び第２の連結パターン４３ａ、４３ｂは、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１に対して横方向の一方側Ｘ１に配置されている。ここで、横方向Ｘは、ヒューズパターン３１の延出方向Ｙに直交する方向である。
第１の連結パターン４３ａは、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１における延出方向Ｙの中央部よりも、延出方向の一方側Ｙ１に寄って配置されている。第２の連結パターン４３ｂは、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１における延出方向Ｙの中央部よりも、延出方向の他方側Ｙ２に寄って配置されている。なお、溶断部であるヒューズ部３５は、ヒューズパターン３１の中央部に設けられている。
各層において、第１端子パターン２１の横方向の一方側Ｘ１に間隔を空けて、第１の連結パターン４３ａが設けられている。各層において、第２端子パターン２２の横方向の一方側Ｘ１に間隔を空けて、第２の連結パターン４３ｂが設けられている。各層の第１の連結パターン４３ａは、基板面の法線方向に見て、互いに重複する位置に配置され、各第１の連結パターン４３ａ及び各基材１９を貫通する導電性の円筒状の第１のスルーホール４５ａ（本例では、１つ）により同電位になるように接続されている。各層の第２の連結パターン４３ｂは、基板面の法線方向に見て、互いに重複する位置に配置され、各第２の連結パターン４３ｂ及び各基材１９を貫通する導電性の第２のスルーホール４５（本例では、１つ）により同電位になるように接続されている。第１及び第２の連結パターン４３ａ、４３ｂは、銅箔により形成され、本例では、矩形板状に形成されている。複数の第１及び第２のスルーホール４５ａ、４５ｂが設けられてもよい。
各飛散防止パターン４０は、同じ層に設けられた第１及び第２の連結パターン４３ａ、４３ｂに接続されている。各飛散防止パターン４０の連結部４２は、第１の連結パターン４３ａと第２の連結パターン４３ｂとの間を延出している。各飛散防止パターン４０の本体部４１は、連結部４２からヒューズパターン３１側に延出している。
ヒューズパターン３１、第１端子パターン２１、第２端子パターン２２、各飛散防止パターン４０、連結パターン４３、第１及び第２端子パターンのスルーホール１６、連結パターン４３のスルーホール４５は、導電性を有する材料により形成されている。例えば、銅、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、すず（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅合金、ニッケル（Ｎｉ）合金、金合金、銀合金、すず合金、Ａｌ合金からなる群から選択されるいずれかにより形成されている。これらは同一の材料から構成されていても良く、異なる材料から構成されていてもよい。
＜短絡電流による溶断＞
ここで、第１モードにおいて、スイッチング素子が短絡故障した場合を例に、ヒューズパターンの動作と直流電流の遮断原理について説明する。図５に示すように、第１モードにおいて、オフされる第１直列回路の低電位側のスイッチング素子３ａＬが短絡故障すると、第１直列回路が短絡し、遮断機構３０を短絡電流が流れる。
短絡電流は、通常動作時の電流よりも大きいので、他のパターンよりも断面積が小さく、抵抗値が大きいヒューズ部３５の発熱量が大きくなり、溶断する。
ヒューズ部３５が溶断すると、ヒューズ部３５の両端を繋ぐようにアーク放電が発生する。遮断する電流が直流電流の場合、電流の零点が存在しないため、配線パターンが溶断されてもアーク放電が発生し続け、電気的に接続されて電流が流れ続ける。電流が流れ続けるとスイッチング素子３ａＨ、３ａＬ、又は閉回路内にあるその他の電子部品及び配線パターン等が発熱し、電力変換装置が損傷する懸念がある。そのため、強制的に電流を限流させ、零点を作り出し、アーク放電を遮断する必要がある。
図５の閉回路の回路方程式は、式（３）になる。
Ｖｉｎ＝ｉ×（Ｒ＋ｒ）＋Ｌ×ｄｉ／ｄｔ ・・・（３）
ここで、Ｖｉｎは、第１外部接続端子１の電圧であり、ｉは、閉回路を流れる電流であり、Ｒは、ヒューズ部を除く閉回路の抵抗値であり、ｒは、ヒューズ部の抵抗値（アーク放電発生後はアーク放電の抵抗値）であり、Ｌは、閉回路のリアクタンスであり、ｔは時間である。
限流可能なヒューズ部のアーク放電発生後は、Ｒ＜＜ｒになり、（Ｒ＋ｒ）≒ｒに近似できるため、式（３）を式（４）に変形できる。
ｄｉ／ｄｔ＝（Ｖｉｎ－ｉ×ｒ）／Ｌ ・・・（４）
式（４）より、電流を限流させるには、左辺のｄｉ／ｄｔを負（ｄｉ／ｄｔ＜０）にする必要があるので、第１外部接続端子１の電圧Ｖｉｎよりもアーク放電電圧（ｉ×ｒ）を高くする必要がある。アーク放電電圧を高くするには、アーク放電の抵抗値ｒを大きくすればよい。アーク放電の抵抗値ｒは、一般的に式（５）で表される。
ｒ＝Ｌ／（σ×Ａｒ） ・・・（５）
ここで、Ｌは、アーク放電の長さ［ｍ］であり、σはアーク放電の電気伝導率［Ｓ／ｍ］であり、Ａｒはアーク放電の断面積［ｍ２］である。
式（５）より、アーク放電の抵抗値ｒを大きくするには、アーク放電の長さＬを長くするか、アーク放電の径を細くして断面積Ａｒを小さくするか、アーク放電の電気伝導率σを低くすればよい。
＜比較例＞
比較例として、基板の外層にヒューズパターンが設けられる場合を考える。比較例では、外層に発生したアーク放電は、空気中において自由に変形することができ、アーク放電の径は制限されることはない。よって、アーク放電の径が太くなり、アーク放電の断面積Ａｒが大きくなる。そのため、アーク放電の抵抗値ｒ及びアーク放電電圧（ｉ×ｒ）が小さくなり、式（４）のｄｉ／ｄｔが正になり、電流を遮断できない可能性がある。
また、比較例では、外層のヒューズパターンの溶断物及び導電物が、他の回路に飛散し、電気部品を破損する恐れがある。また、比較例では、外層のヒューズパターンを覆う、飛散防止パターンを設け難いので、通常の回路動作時、及び短絡遮断時の電磁ノイズを遮蔽することができず、電磁ノイズが他の電気部品に悪影響を与え、誤動作する可能性がある。
更に、比較例では、外層のヒューズパターンの断面積が小さくなっている部分は、他のパターンよりも抵抗値が大きいため、通常の回路動作時の発熱量が大きくなり、外層に設けられているため、熱拡散が低い。そのため、ヒューズパターンの温度が高くなり、最悪の場合、破損する恐れがある。
＜ヒューズ部及び飛散防止パターンの作用＞
そこで、本実施の形態では、上述したように、ヒューズパターン３１は、多層基板の内層に設けられている。
図６に、ヒューズパターン（ヒューズ部）を内層に配置した場合、及び外層に配置した場合のアーク放電電圧の実測結果を示す。断面積が小さくなっているヒューズ部の長さが長くなると、アーク放電電圧が高くなる。また、ヒューズ部を外層に配置した場合よりも、内層に配置した場合の方が、アーク放電電圧が高くなる。
ヒューズ部３５は、内層に配置されており、周囲が基材１９により取り囲まれている。よって、アーク放電が、基材１９内の空間に制限され、アーク放電の断面積Ａｒが大きくならない。また、基材１９がアーク放電にさらされることにより、基材１９から分解ガスが発生し、その分解ガスによって、基材１９内の空間断面積よりもアーク放電の断面積Ａｒが小さくなる（アブレーション効果）。その結果、式（５）に示したように、アーク放電の断面積Ａｒに反比例するアーク放電の抵抗値ｒが高くなり、アーク放電電圧（ｉ×ｒ）が高くなる。よって、式（４）のｄｉ／ｄｔを負にすることができ、溶断後発生したアーク放電電流を次第に減少させ、電流を遮断することができる。
なお、式（５）に示したように、アーク放電の長さＬが長くなるに従って、アーク放電の抵抗値ｒが大きくなる。式（４）に示したように、アーク放電電圧（ｉ×ｒ）が、所定の第１外部接続端子１の電圧Ｖｉｎよりも大きくなり、ｄｉ／ｄｔが負になるように、ヒューズ部３５の長さが設定されればよい。ヒューズ部３５が溶断すれば、ヒューズ部３５の断面積及び長さ等の形状は、任意の形状に設定することができる。
また、本実施の形態では、上述したように、飛散防止パターン４０は、ヒューズパターン３１と異なる層に設けられ、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１の溶断部の少なくとも一部と重複している。
この構成によれば、飛散防止パターン４０によりヒューズパターン３１の溶断物及び導電物が他の回路に飛散することを抑制できる。また、飛散防止パターン４０は、金属製であるので、短絡遮断時の電磁ノイズを遮断することができ、他の電気部品に誤動作等の悪影響を与えることを抑制できる。また、通常の回路動作時においても、断面積が小さいヒューズ部３５を電流が流れると、電磁ノイズが発生するが、飛散防止パターン４０により電磁ノイズを遮断することができる。更には、飛散防止パターン４０により、通常の回路動作時において発生したヒューズパターンの熱を放熱及び拡散することができ、多層基板の温度上昇を抑制することができる。また、本実施の形態では、飛散防止パターン４０が外層に設けられているので、飛散防止パターン４０から外部への放熱性を高めることができ、飛散防止パターン４０による放熱効果が高められている。
本実施の形態では、第１の飛散防止パターン４０ａは、ヒューズパターン３１よりも他方側の層に設けられ、第２の飛散防止パターン４０ｂは、ヒューズパターン３１よりも一方側の層に設けられている。よって、ヒューズパターン３１の溶断物及び導電物が、遮断機構３０の他方側及び一方側に飛散することを防止できる。第１及び第２の飛散防止パターン４０ａ、４０ｂは、ヒューズ部３５の全体を覆うように配置されているので、飛散防止効果、電磁ノイズの遮断効果、放熱効果が高められている。
＜支持機構＞
ヒューズ部３５が溶断したり、溶断後にアークが発生したりする際、ヒューズ部３５を中心として基板の内部で高いエネルギーが生じるため、ヒューズ部３５と基材１９が剥離して、ヒューズ部３５が設けられた空間が拡大する懸念がある。空間が拡大すると、空間の拡大分、アーク放電の径が太くなり、アーク放電の断面積Ａｒが大きくなる。そのため、アーク放電の抵抗値ｒ及びアーク放電電圧（ｉ×ｒ）が小さくなり、式（４）のｄｉ／ｄｔが正になり、電流を遮断できない可能性がある。
そこで、図３及び図４に示すように、遮断機構３０は、多層基板を支持する支持部材５０を有している。支持部材５０は、支持本体部５５、支持本体部５５から多層基板側に突出し、多層基板が固定された固定突出部４６、及び支持本体部５５から多層基板側に突出し、多層基板の一方側の基板面（本例では、第６層の一方側の面）を支持する支持突出部４８を有する。
図２に示すように、支持突出部４８は、多層基板の基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１の溶断部であるヒューズ部３５の少なくとも一部と重複している。
この構成によれば、溶断時に力が生じるヒューズ部３５が設けられた多層基板の部分を、支持突出部４８により、一方側の基板面の側から押さえることができ、溶断時に生じた力により、多層基板が剥離することを効果的に抑制することができる。また、固定突出部４６及び支持突出部４８を設けているので、遮断機構３０を支持本体部５５から離間させて支持することができ、溶断時及び未溶断時において、ヒューズパターン３１等と支持部材５０との絶縁性を確保し易くなる。また、支持突出部４８により、ヒューズ部３５が設けられた多層基板の部分を集中的に支持することができる。
多層基板は、固定部５１により固定突出部４６に固定されている。固定部５１が多層基板を固定突出部４６側に押圧する押圧力により、多層基板の一方側の基板面が、支持突出部４８に押し当てられている。
この構成によれば、未溶断時に押圧されており、支持突出部４８と多層基板との間に隙間がない状態であるので、溶断時に、支持突出部４８によりヒューズ部３５が設けられた多層基板の部分を確実に支持することができ、多層基板の剥離防止効果をより確実化することができる。
本実施の形態では、支持突出部４８の多層基板側への突出高さは、固定突出部４６の多層基板側への突出高さと同じになっている。なお、支持突出部４８の多層基板側への突出高さは、固定突出部４６の多層基板側への突出高さよりも高くなってもよい。
この構成によれば、支持突出部４８を、多層基板の一方側の基板面に確実に当接させることができる。また、支持突出部４８の突出高さが、固定突出部４６の突出高さよりも高くなっている場合は、製造バラツキにより、各突出部の突出高さが変化しても、支持突出部４８を多層基板に、より確実に当接させることができる。製造バラツキが生じても、支持突出部４８の突出高さが、固定突出部４６のよりも高くなるように、製造時の寸法公差を考慮して、支持突出部４８の突出高さが設定されるとよい。
支持突出部４８の突出高さが、固定突出部４６の突出高さよりも高くなる場合は、支持突出部４８が弾性を有していてもよい。この場合は、多層基板が固定突出部４６に固定する際に、支持突出部４８が弾性変形するので、多層基板にひずみが生じることを抑制できる。
図４に示すように、多層基板を固定突出部４６に固定する固定部５１が、スルーホール４５を貫通している。この構成によれば、各層の連結パターン４３を接続するスルーホール４５を利用して固定することができ、固定のための専用の貫通孔を多層基板に設ける必要がなく、製造コストの低減、及び小型化を図ることができる。
本実施の形態では、固定突出部４６は、多層基板側に開口するネジ穴４７を有し、固定部５１としてのネジ５１が、多層基板のスルーホール４５を貫通し、ネジ穴４７に螺合されることによって、多層基板が、固定突出部４６に固定されている。また、ネジ５１を固定突出部４６のネジ穴４７に螺合することにより、容易に、多層基板を固定突出部４６側に押圧し、その押圧力により、多層基板の一方側の基板面を支持突出部４８に押し当てることができる。また、ネジ５１の締め付けトルクを管理することにより、多層基板の一方側の基板面と支持突出部４８との間の押圧力を管理することができ、支持突出部４８による溶断時の多層基板の剥離防止効果をより確実化することができる。
また、固定部５１及び固定突出部４６より、多層基板を両側から挟むことができ、溶断時に多層基板が剥離することを抑制できる。
また、固定突出部４６及び固定部５１により、支持部材５０と飛散防止パターン４０とを接続することができる。すなわち、飛散防止パターン４０は、連結パターン４３、スルーホール４５、固定部５１、及び固定突出部４６を介して、支持本体部５５に接続されている。支持本体部５５及び飛散防止パターン４０は、電気的及び熱的に接続されている。よって、上述した飛散防止パターン４０による放熱効果及び電磁ノイズの遮断効果を高めることができる。支持本体部５５は、グランド電位を有しており、支持本体部５５に接続された飛散防止パターン４０は、グランド電位を有している。飛散防止パターン４０がグランド電位を有していることにより、電磁ノイズの遮断効果を高めることができる。また、飛散防止パターン４０から支持部材５０へ効率的に伝熱して、放熱することができる。よって、ヒューズ部３５で発生した熱の放熱性能を向上させることができる。
本実施の形態では、第１のスルーホール４５ａを貫通した第１の固定部５１ａが連結された第１の固定突出部４６ａ、及び第２のスルーホール４５ｂを貫通した第２の固定部５１ｂが連結された第２の固定突出部４６ｂが設けられている。
上述した第１及び第２の連結パターン４３ａ、４３ｂと同様に、第１及び第２の固定突出部４６ａ、４６ｂは、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１に対して、横方向の一方側Ｘ１に配置されている。上述した第１の連結パターン４３ａと同様に、第１の固定突出部４６ａは、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１における延出方向Ｙの中央部よりも、延出方向の一方側Ｙ１に寄って配置されている。また、第２の連結パターン４３ｂと同様に、第２の固定突出部４６ｂは、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１の中央部よりも、延出方向の他方側Ｙ２に寄って配置されている。ヒューズパターン３１の溶断部であるヒューズ部３５は、ヒューズパターン３１の中央部に設けられている。支持突出部４８は、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターンの中央部と重複している。
この構成によれば、支持突出部４８に対して、延出方向の一方側Ｙ１に第１の固定突出部４６ａが配置され、延出方向の他方側Ｙ２に第２の固定突出部４６ｂが配置されているので、支持突出部４８に対してヒューズパターン３１の延出方向Ｙの両側から、多層基板を支持突出部４８に押圧する押圧力を発生させることができる。よって、多層基板を支持突出部４８に確実に押圧させることができ、支持突出部４８による溶断時の多層基板の剥離防止効果をより確実化することができる。
また、第１の固定部５１ａ及び第１の固定突出部４６ａ、並びに第２の固定部５１ｂ及び第２の固定突出部４６ｂにより、ヒューズ部３５に対して延出方向Ｙの両側において、多層基板を挟むことができ、溶断時の多層基板の剥離防止効果をより確実化することができる。
また、飛散防止パターン４０により、溶断時にヒューズ部３５を押さえることができ、溶断時に多層基板が剥離することを抑制できる。また、第１及び第２の飛散防止パターン４０ａ、４０ｂが、ヒューズ部３５の両側に設けられているので、溶断時にヒューズ部３５を両側から押さえることができ、溶断時の多層基板の剥離防止効果を高めることができる。
本実施の形態では、第２の飛散防止パターン４０ｂは、多層基板の一方側の外層（本例では、第６層）に設けられ、支持突出部４８は、第２の飛散防止パターン４０ｂの一方側の面を支持している。
この構成によれば、支持突出部４８により第２の飛散防止パターン４０ｂを直接的に支持することができ、第２の飛散防止パターン４０ｂによる溶断時の多層基板の剥離防止効果を高めることができる。また、第２の飛散防止パターン４０ｂを、支持突出部４８を介して、支持本体部５５に熱的及び電気的に接続することができ、放熱効果及び電磁ノイズの遮断効果を高めることができる。
支持部材５０は、熱伝導率が０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。支持部材５０は、熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが、より好ましい。その中でも支持部材５０は、熱伝導率が１０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが、更に好ましい。
支持部材５０は、剛性のある材料により形成されることが好ましい。具体的には、支持部材５０は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ＳＵＳ３０４などの鉄合金、リン青銅などの銅合金、およびＡＤＣ１２などのアルミニウム合金からなる群から選択されるいずれかの金属材料により形成される。その他、支持部材５０は、熱伝導性フィラーを含有する樹脂材料により形成されていてもよい。ここで樹脂材料には、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が用いられる。支持部材５０は、冷却器であってもよい。例えば、固定突出部４６及び支持突出部４８が設けられた面とは反対側の面が、空気又は液体の冷媒によって冷却されていてもよい。又は、支持部材５０の内部に冷媒が流れる冷媒流路が設けられてもよい。
支持本体部５５、固定突出部４６、及び支持突出部４８は、一体的に形成されている。この場合は、支持本体部５５、固定突出部４６、及び支持突出部４８は同一材料により形成される。支持本体部５５、固定突出部４６、及び支持突出部４８が別体に形成され、互いに連結されてもよい。この場合は、支持本体部５５、固定突出部４６、及び支持突出部４８は、同一材料により形成されてもよいし、異なる材料により形成されてもよい。支持部材５０は、例えば、切削、ダイキャスト、鍛造、金型を用いた形成等により形成される。
遮断機構３０の第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２に印加される電圧（本例では、第１外部接続端子１の電圧Ｖｉｎ）を規定していないが、一般的に印加電圧が２０Ｖを超えるとアーク放電が発生し易くなり、本願のアーク放電の遮断効果を得やすくなる。すなわち、遮断機構３０に供給される電圧が、２０Ｖ以上の直流電圧であると、本願のアーク放電の遮断効果が得られやすい。なお、供給電圧が２０Ｖ未満であり、溶断後にアーク放電が生じなくても、ヒューズパターンが内層に設けられることによる溶断物の飛散防止効果が得られ、上述したように飛散防止パターン４０及び支持機構が設けられることによる、溶断物の飛散防止効果、電磁ノイズの遮断効果、放熱効果、及び多層基板の剥離防止効果が得られる。
２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る電力変換装置について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電力変換装置の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、第１及び第２の飛散防止パターン４０ａ、４０ｂの構成が異なる。
実施の形態１と同様に、遮断機構３０は、６層の多層基板により構成されている。図７に、各層の平面図を示し、図８に、図７のＡ－Ａ断面位置で切断した断面図を示し、図９に、図７のＢ－Ｂ断面位置で切断した断面図を示す。
飛散防止パターン４０の構成以外、実施の形態１と同様に構成されているので、詳細な説明を省略する。
本実施の形態でも、飛散防止パターン４０は、ヒューズパターン３１が設けられた層と異なる層に設けられ、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１の溶断部（本例では、ヒューズ部３５）の少なくとも一部と重複している。
本実施の形態でも、複数の飛散防止パターン４０が互いに異なる層に設けられており、第１の飛散防止パターン４０ａは、ヒューズパターン３１が設けられた層よりも他方側の層に設けられ、第２の飛散防止パターン４０ｂは、ヒューズパターン３１が設けられた層よりも一方側の層に設けられている。
実施の形態１と異なり、第１の飛散防止パターン４０ａ及び第２の飛散防止パターン４０ｂは、多層基板の内層に設けられている。例えば第１の飛散防止パターン４０ａは、内層の第２層に設けられ、第２の飛散防止パターン４０ｂは、内層の第５層に設けられている。第２の飛散防止パターン４０ｂは、内層の第４層に設けられてもよい。
飛散防止パターン４０を内層に設けることで、飛散防止パターン４０を、ヒューズ部３５に近づけて配置することができ、飛散防止パターン４０による飛散防止効果、電磁ノイズの遮断効果、放熱効果、及び多層基板の剥離防止効果を高めることができる。
飛散防止パターン４０を内層に設けることで、飛散防止パターン４０の両側が基材１９により補強されるので、外層に設ける場合よりも、飛散防止パターン４０の強度を高めることができる。よって、飛散防止パターン４０による飛散防止効果、及び溶断時の多層基板の剥離防止効果を高めることができる。
また、飛散防止パターン４０を内層に配置することで、第１及び第２の飛散防止パターン４０ａ、４０ｂとヒューズパターン３１との間に存在する基材１９を薄くすることができる。従って、第１及び第２の飛散防止パターン４０ａ、４０ｂによる押さえる力が、薄い基材１９を介して、ヒューズパターン３１に伝達され易くなり、溶断時の多層基板の剥離防止効果を高めることができる。
３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る電力変換装置について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電力変換装置の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、弾性部材５２が設けられている点が異なる。
実施の形態１と同様に、遮断機構３０は、６層の多層基板により構成されている。図１０に、図２のＡ－Ａ断面位置で切断した断面図を示す。
本実施の形態では、支持突出部４８と多層基板の一方側の基板面との間に弾性部材５２が挟まれている。本実施の形態では、弾性部材５２は、支持突出部４８と飛散防止パターン４０ｂの一方側の面とによって挟まれて配置されている。弾性部材５２は弾性を有する材料から構成されており、挟まれる際に変形するが反力を有している。
弾性部材５２は、例えばゴム材料から構成されている。ゴム材料とは例えば、イソプレンゴム（IR）、ブタジエンゴム（BR）、スチレン・ブタジエンゴム（SBR）、クロロプレンゴム（CR）、ニトリルゴム（NBR）、ポリイソブチレン（ブチルゴム IIR）、チレンプロピレンゴム（EPM, EPDM）、クロロスルホン化ポリエチレン（CSM）、アクリルゴム（ACM）、フッ素ゴム（FKM）、エピクロルヒドリンゴム（CO, ECO）、ウレタンゴム（U）、シリコーンゴム（Q）などである。弾性部材５２は、支持部材５０、固定突出部４６、支持突出部４８、固定部５１よりも低い弾性率を有する材料から構成されているとよい。弾性部材５２は、例えば、内部に熱伝導フィラーを有する伝熱部材であってもよく、熱伝導率が０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよい。弾性部材５２は、電気絶縁性を有していてもよい。
図４に示すように、多層基板が固定部５１により固定突出部４６に固定される。この際、多層基板と支持本体部５５との距離は、固定突出部４６の高さによって決まる。例えば、製造時の寸法公差により、支持突出部４８の突出高さが固定突出部４６の突出高さよりも低くなり、弾性部材５２がない場合、多層基板を固定部５１により固定突出部４６に固定しても、多層基板と支持突出部４８とが接触しない。この場合は、支持突出部４８により、多層基板を押さえる効果が低くなり、十分な剥離防止効果が得られない懸念がある。
本実施の形態では、多層基板が固定部５１により固定突出部４６に固定される際に、弾性部材５２が弾性変形するので、製造時の寸法公差が生じ、多層基板と支持本体部５５との距離が変動しても、弾性部材５２を、多層基板及び支持本体部５５に接触させ、弾性部材５２を介して、支持本体部５５により多層基板の一方側の基板面を支持することができる。よって、支持本体部５５による多層基板の剥離防止効果をより確実化することができる。なお、本実施の形態では、支持突出部４８の突出高さは、固定突出部４６の突出高さよりも低い。また、多層基板が固定突出部４６に固定されていない状態で、支持突出部４８及び弾性部材５２の突出高さは、固定突出部４６の突出高さよりも高くなる。
弾性部材５２が伝熱部材である場合、通常動作時のヒューズパターン３１の温度上昇を低減することができる。支持突出部４８と多層基板とが直接接触している場合、その接触部には接触熱抵抗が生じ、熱抵抗が大きくなる懸念がある。しかし、弾性部材５２が伝熱部材の場合、弾性部材５２によって多層基板と支持突出部４８との間の熱抵抗を低減することができ、温度上昇を抑制することが可能となる。
４．実施の形態４
次に、実施の形態４に係る電力変換装置について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電力変換装置の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、反対側支持部材５３が設けられている点が異なる。
実施の形態１と同様に、遮断機構３０は、６層の多層基板により構成されている。図１１に、遮断機構３０を他方側から見た平面図を示している。なお、各固定部は、図示されていない。図１２に、図１１のＡ－Ａ断面位置で切断した断面図を示し、図１３に、図１１のＢ－Ｂ断面位置で切断した断面図を示し、図１４に、図１１のＣ－Ｃ断面位置で切断した断面図を示す。
本実施の形態では、遮断機構３０は、多層基板の他方側の基板面を支持し、支持部材５０に固定された反対側支持部材５３を有している。反対側支持部材５３は、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１の溶断部であるヒューズ部３５の少なくとも一部と重複している。
この構成によれば、溶断時に力が生じるヒューズ部３５が設けられた多層基板の部分を、反対側支持部材５３により、他方側の基板面の側からも押さえることができる。すなわち、ヒューズ部３５が設けられた多層基板の部分を、支持突出部４８及び反対側支持部材５３により両側から押さえることができる。よって、溶断時の多層基板の剥離防止効果を高めることができる。また、反対側支持部材５３により、ヒューズ部３５が設けられた多層基板の部分を集中的に支持することができる。
また、反対側支持部材５３によって多層基板を他方側から押さえることができ、耐振動性が向上する。また、反対側支持部材５３により、多層基板の他方側の基板面に対する、溶断物の飛散防止効果、電磁ノイズの遮断効果、放熱効果を高めることができる。
支持部材５０は、支持本体部５５から多層基板の側方を多層基板側に突出し、反対側用の固定部５７により反対側支持部材５３が固定された反対側用の固定突出部４９を有している。反対側用の固定部５７が反対側支持部材５３を反対側用の固定突出部４９側に押圧する押圧力により、反対側支持部材５３が多層基板の他方側の基板面に押し当てられている。この構成によれば、反対側用の固定突出部４９及び反対側用の固定部５７により、効果的に反対側支持部材５３を多層基板の他方側の基板面に押し当てることができる。
反対側支持部材５３は、反対側用の固定部５７及び反対側用の固定突出部４９を介して、支持部材５０に熱的及び電気的に接続されている。よって、反対側支持部材５３による放熱効果及び電磁ノイズの遮断効果を高めることができる。
実施の形態１と同様に、固定突出部４６は、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１に対して、横方向の一方側Ｘ１に配置されている。本実施の形態では、支持部材５０は、第１の反対側用の固定突出部４９ａ、及び第２の反対側用の固定突出部４９ｂを有している。第１及び第２の反対側用の固定突出部４９ａ、４９ｂは、ヒューズパターン３１に対して、横方向の他方側Ｘ２に配置されている。
そして、第１の反対側用の固定突出部４９ａは、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１における延出方向Ｙの中央部よりも、延出方向の一方側Ｙ１に寄って配置されている。第２の反対側用の固定突出部４９ｂは、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１の中央部よりも、延出方向の他方側Ｙ２に寄って配置されている。
ヒューズパターン３１の溶断部であるヒューズ部３５は、ヒューズパターン３１の中央部に設けられている。反対側支持部材５３は、第１の反対側用の固定突出部４９ａに固定される被固定部と第２の反対側用の固定突出部４９ｂに固定される被固定部との間を延出した基礎部５３ａと、基礎部５３ａにおける延出方向Ｙの中央部からヒューズパターン３１側に延出し、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１の中央部と重複している支持部５３ｂとを有している。反対側支持部材５３は、基板面の法線方向に見て、Ｔ字状に形成されている。
この構成によれば、ヒューズ部３５に対して、延出方向の一方側Ｙ１に第１の反対側用の固定突出部４９ａが配置され、延出方向の他方側Ｙ２に第２の反対側用の固定突出部４９ｂが配置されているので、ヒューズ部３５に対してヒューズパターン３１の延出方向Ｙの両側から、反対側支持部材５３を多層基板の他方側の基板面に押圧する押圧力を発生させることができる。よって、反対側支持部材５３を支持突出部４８に確実に押圧させることができ、支持突出部４８による溶断時の多層基板の剥離防止効果をより確実化することができる。
第１及び第２の反対側用の固定突出部４９ａ、４９ｂは、それぞれ、反対側支持部材５３側に開口するネジ穴５８を有し、反対側用の固定部５７としてのネジ５７が、反対側支持部材５３に設けられた貫通孔５４を貫通し、ネジ穴５８に螺合されることによって、反対側支持部材５３が、第１及び第２の反対側用の固定突出部４９ａ、４９ｂに固定されている。この構成によれば、ネジ５７をネジ穴５８に螺合することにより、容易に、反対側支持部材５３を多層基板の他方側の基板面に押し当てることができる。また、ネジ５７の締め付けトルクを管理することにより、反対側支持部材５３と多層基板の他方側の基板面との間の押圧力を管理することができ、反対側支持部材５３による溶断時の多層基板の剥離防止効果をより確実化することができる。
本実施の形態では、第１の飛散防止パターン４０ａは、多層基板の他方側の外層（本例では、第１層）に設けられ、反対側支持部材５３は、第１の飛散防止パターン４０ａの他方側の面を支持している。
この構成によれば、反対側支持部材５３により第１の飛散防止パターン４０ａを直接的に支持することができ、第１の飛散防止パターン４０ａによる溶断時の多層基板の剥離防止効果を高めることができる。また、第１の飛散防止パターン４０ａを、反対側支持部材５３及び反対側用の固定突出部４９を介して、支持本体部５５に熱的及び電気的に接続することができ、放熱効果及び電磁ノイズの遮断効果を高めることができる。
反対側支持部材５３は、剛性のある材料により形成されている。例えば、反対側支持部材５３は、支持部材５０と同様の材料から構成されればよい。反対側支持部材５３は、弾性を有していてもよい。本実施の形態では、反対側支持部材５３は板状であるが、例えば板ばねなどであってもよい。反対側支持部材５３が、反対側用の固定突出部４９に固定され、ヒューズ部３５の他方側の部分を押さえることができれば、形状は自由である。
なお、実施の形態３の弾性部材５２と同様に、反対側支持部材５３と多層基板の他方側の基板面との間に、弾性部材が挟まれていてもよい。実施の形態３の弾性部材５２と同様に、製造時の寸法公差に対して、反対側支持部材５３によって多層基板を押さえつける効果を維持できる。弾性部材は、実施の形態３の弾性部材５２と同様に、伝熱部材であってもよい。また、反対側支持部材５３と多層基板との間の接触熱抵抗を低減し、温度上昇の抑制効果を高めることができる。弾性部材が、支持突出部４８と多層基板との間、及び反対側支持部材５３と多層基板との間の双方に設けられてもよい。
５．実施の形態５
次に、実施の形態５に係る電力変換装置について説明する。上記の実施の形態１又は４と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電力変換装置の基本的な構成は実施の形態１又は４と同様であるが、反対側支持部材５３の固定方法が異なる。
実施の形態１と同様に、遮断機構３０は、６層の多層基板により構成されている。図１５に、遮断機構３０を他方側から見た平面図を示している。なお、各固定部は、図示されていない。図１６に、図１５のＡ－Ａ断面位置で切断した断面図を示し、図１７に、図１５のＢ－Ｂ断面位置で切断した断面図を示す。
実施の形態４と同様に、遮断機構３０は、多層基板の他方側の基板面を支持し、支持部材５０に固定された反対側支持部材５３を有している。反対側支持部材５３は、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１の溶断部であるヒューズ部３５の少なくとも一部と重複している。
しかし、実施の形態４とは異なり、反対側支持部材５３は、固定部５１により、多層基板と共に固定突出部４６に固定されている。
この構成によれば、反対側支持部材５３を支持部材５０に固定するための専用の固定機構を設ける必要がなく、製造コストの低減、及び小型化を図ることができる。
反対側支持部材５３は、固定部５１及び固定突出部４６を介して、支持部材５０に熱的及び電気的に接続されている。よって、反対側支持部材５３による放熱効果及び電磁ノイズの遮断効果を高めることができる。
本実施の形態では、反対側支持部材５３が多層基板の他方側に配置され、固定部５１としてのネジ５１が、反対側支持部材５３に設けられた貫通孔５４及び多層基板のスルーホール４５を貫通し、固定突出部４６のネジ穴４７に螺合されることによって、反対側支持部材５３及び多層基板が、固定突出部４６に固定されている。この構成によれば、ネジ５１をネジ穴４７に螺合することにより、容易に、反対側支持部材５３を多層基板の他方側の基板面に押し当てることができる。また、ネジ５１の締め付けトルクを管理することにより、反対側支持部材５３と多層基板の他方側の基板面との間の押圧力、及び支持突出部４８と多層基板の一方側の基板面との間の押圧力を、同時に管理することができ、溶断時の多層基板の剥離防止効果をより確実化することができる。
反対側支持部材５３は、第１の固定突出部４６ａに固定される固定部と第２の固定突出部４６ｂに固定される固定部との間を延出した基礎部５３ａと、基礎部５３ａにおける延出方向Ｙの中央部からヒューズパターン３１側に延出し、基板面の法線方向に見て、ヒューズパターン３１の中央部と重複している支持部５３ｂとを有している。反対側支持部材５３は、基板面の法線方向に見て、Ｔ字状に形成されている。
実施の形態４と同様に、反対側支持部材５３と多層基板の他方側の基板面との間に、弾性部材が挟まれていてもよい。
＜転用例＞
各実施の形態では、基板面の法線方向に見て、飛散防止パターン４０が、ヒューズ部３５の全体と重複するように設けられていた。しかし、図１８に実施の形態１の転用例を示すように、基板面の法線方向に見て、飛散防止パターン４０は、ヒューズ部３５の一部と重複するように設けられてもよい。ある一定の溶断物の飛散防止効果が得られれば、重複度合いは、任意である。
各実施の形態では、ヒューズ部３５は、矩形板状に形成されていた。ヒューズ部３５は、他の部分よりも断面積が小さくなっており、短絡電流の通電時に溶断し、アーク放電を遮断できる形状であれば、どのような形状であってもよい。例えば、図１９に示すように、板状のパターンの片側又は両側に切欠きが設けられ、断面積が減らされてもよい。切欠きの形状は、矩形以外にも三角形、五角形、台形、ひし形、平行四辺形、円形、楕円形等の任意の形状とされてもよい。切欠きは、１個に限らず、複数個設けられてもよい。また、複数の切欠きが、配線の長さ方向の異なる位置に、千鳥状に互い違い、又は不規則に配置されてもよい。
各実施の形態では、遮断機構３０は、ＤＣ―ＤＣコンバータの過電流を遮断するためのヒューズであった。しかし、遮断機構３０は、定常的な過電流以外に、サージ電流を遮断するアレスタとして、各種の回路に設けられてもよい。
各実施の形態では、ヒューズパターン３１、第１端子側基部３３、第２端子側基部３４、ヒューズ部３５、第１端子パターン２１、第２端子パターン２２、各飛散防止パターン４０、連結パターン４３、連結パターン４３のスルーホール４５、及び第１及び第２端子パターンのスルーホール１６は銅製であった。しかし、これらの導電性部材のそれぞれは、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、すず（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びこれらの合金などの、銅以外の他の導電性の材料によって形成されてもよい。また、これらの導電性部材のそれぞれは、単一の材料により形成されていてもよいし、複数の異なる材料により形成されていてもよい。また、第１及び第２端子パターンのスルーホール１６の内側は空間でなくてもよく、導電性材料又は絶縁材料で埋まっていてもよい。
各実施の形態では、遮断機構３０は、第１外部接続端子１の高電位側端子１Ｈ側に接続されていた。しかし、遮断機構３０は、第１外部接続端子１の低電位側端子１Ｌと、半導体回路５の低電位側とを接続する配線部材２５上に直列に接続されてもよい。遮断機構３０は、第２外部接続端子２の高電位側端子２Ｈ側又は低電位側端子２Ｌ側に接続されてもよい。遮断機構３０は、過電流を遮断できる回路上の任意の箇所に直列接続されてもよい。また、複数の遮断機構３０が設けられてもよい。
各実施の形態では、電力変換装置は、絶縁型のＤＣ―ＤＣコンバータであった。しかし、電力変換装置は、非絶縁のＤＣ―ＤＣコンバータ、インバータ、整流器等の各種の電力変換装置であってもよい。また、電力変換装置は、第１外部接続端子１から第２外部接続端子２に電圧を降圧する降圧型コンバータだけでなく、第１外部接続端子１から第２外部接続端子２に電圧を昇圧する昇圧型コンバータであってもよく、或いは、第１外部接続端子１の電圧と第２外部接続端子２の電圧が同じであってもよい。
各実施の形態では、半導体素子として、スイッチング素子が設けられていた。しかし、半導体素子として、ダイオードが設けられてもよい。
各実施の形態では、遮断機構３０は、電力変換装置に備えられていた。しかし、遮断機構３０は、電力変換装置以外の各種の回路に備えられてもよい。また、遮断機構３０は、回路部品として、流通してもよい。
各実施の形態では、遮断機構３０が、多層基板により構成されていた。しかし、遮断機構３０だけでなく、電力変換装置の他の部分（例えば、配線部材）も、多層基板により構成されてもよい。
各実施の形態では、遮断機構３０は、６層の多層基板により構成されていた。しかし、実施の形態１では、少なくとも１つの内層を有する３層以上の多層基板であればよい。例えば、３層の多層基板とされ、外層の第１層に第１の飛散防止パターン４０ａが設けられ、内層の第２層にヒューズパターン３１が設けられ、外層の第３層に第２の飛散防止パターン４０ｂが設けられてもよい。実施の形態２では、少なくとも３つの内層を有する４層以上の多層基板であればよい。ヒューズパターン３１が内層に設けられていれば、第１の飛散防止パターン４０ａと第２の飛散防止パターン４０ｂは外層、内層どちらに設けられていても良く、その組み合わせは自由である。
各実施の形態では、固定突出部４６及び固定部５１が、２つずつ設けられていた。しかし、固定突出部４６及び固定部５１は、任意の数、設けられていてもよい。また、固定突出部４６は、ヒューズパターン３１に対して、横方向の他方側Ｘ２にも配置されていてもよい。
実施の形態４では、反対側用の固定突出部４９及び反対側用の固定部５７が、２つずつ設けられていた。しかし、反対側用の固定突出部４９及び反対側用の固定部５７は、任意の数、設けられていてもよい。また、反対側用の固定突出部４９は、ヒューズパターン３１に対して、横方向の一方側Ｘ１にも配置されていてもよい。
各実施の形態では、多層基板は、固定部５１としてのネジにより固定突出部４６に固定されていた。しかし、多層基板が、固定突出部４６に固定されていれば、各種の固定機構が用いられてもよい。例えば、かしめ、溶接、スナップ機構等により固定されてもよい。図２０に、かしめの例の断面図を示す。固定突出部４６は、多層基板側に突出する固定部５１としての柱状部５１を有し、柱状部５１が多層基板のスルーホール４５を貫通し、多層基板の他方側の基板面から突出した柱状部５１の先端部が、かしめ等により変形されて、変形部が、多層基板の他方側の基板面（スルーホール４５の端面）を押さえる。また、図２１に、溶接の例の断面図を示す。固定突出部４６は、多層基板側に突出する固定部５１としての柱状部５１を有し、柱状部５１が多層基板のスルーホール４５を貫通し、多層基板の他方側の基板面から突出した柱状部５１の先端部が、多層基板の他方側の基板面（スルーホール４５の端面）に半田等の溶接部材５６により溶接される。スルーホール４５と柱状部５１との間に、半田が充填されてもよい。或いは、図２２に、スナップ機構の例の断面図を示す。固定突出部４６は、多層基板側に開口する嵌合穴４７を有し、固定部５１としてのスナップリベット５１が、多層基板のスルーホール４５を貫通し、スナップリベット５１の先端に設けられたスナップ部が、嵌合穴４７に嵌合されることによって、多層基板が、固定突出部４６に固定される。或いは、図２０において、柱状部５１の先端部にスナップ部が設けられてもよい。なお、同様に、反対側用の固定部５７も、ネジ以外に、かしめ、溶接、スナップ機構等の各種の固定機構が用いられてもよい。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
２５ 配線部材、３０ 遮断機構、３１ ヒューズパターン、３５ ヒューズ部（溶断部）、４０ 飛散防止パターン、４３ 連結パターン、４３ａ 第１の連結パターン、４３ｂ 第２の連結パターン、４５ スルーホール、４５ａ 第１のスルーホール、４５ｂ 第２のスルーホール、４６ 固定突出部、４６ａ 第１の固定突出部、４６ｂ 第２の固定突出部、４８ 支持突出部、４９ 反対側用の固定突出部、４９ａ 第１の反対側用の固定突出部、４９ｂ 第２の反対側用の固定突出部、５０ 支持部材、５１ 固定部、５１ａ 第１の固定部、５１ｂ 第２の固定部、５２ 弾性部材、５３ 反対側支持部材、５７ 反対側用の固定部、Ｘ 横方向、Ｘ１ 横方向の一方側、Ｘ２ 横方向の他方側、Ｙ 延出方向、Ｙ１ 延出方向の一方側、Ｙ２ 延出方向の他方側

Claims (22)

  1. 半導体素子と、
    過剰な電流が流れたときに電流を遮断する遮断機構と、
    前記半導体素子と前記遮断機構とを接続する配線部材と、を備え、
    前記遮断機構は、
    過電流の通電時に溶断するヒューズパターンを含む複数の導電性パターンと複数の絶縁部材とが積層された多層基板と、
    支持本体部、前記支持本体部から前記多層基板側に突出し、前記多層基板が固定された固定突出部、及び前記支持本体部から前記多層基板側に突出し、前記多層基板の一方側の基板面を支持する支持突出部を有する支持部材と、を有し、
    前記ヒューズパターンは、前記多層基板の内層に設けられ、
    前記支持突出部は、前記多層基板の基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンの溶断部の少なくとも一部と重複している電力変換装置。
  2. 前記多層基板は、固定部により前記固定突出部に固定されており、
    前記多層基板の一方側の基板面は、前記固定部が前記多層基板を前記固定突出部側に押圧する押圧力により、前記支持突出部に押し当てられている請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記支持突出部の前記多層基板側への突出高さは、前記固定突出部の前記多層基板側への突出高さ以上である請求項１又は２に記載の電力変換装置。
  4. 前記多層基板は、前記ヒューズパターンが設けられた層と異なる層に、導電性の飛散防止パターンを有し、
    前記飛散防止パターンは、基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンの溶断部の少なくとも一部と重複している請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  5. 前記飛散防止パターンは、前記多層基板の一方側の外層に設けられ、前記支持突出部は、前記飛散防止パターンの一方側の面を支持している請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 前記多層基板は、基板面の法線方向に見て互いに重複する位置に、各層に設けられた導電性の連結パターンと、各層の前記連結パターンを貫通し、互いに導通する筒状のスルーホールと、を有し、
    前記飛散防止パターンは、前記飛散防止パターンと同じ層に設けられた前記連結パターンと接続され、
    前記多層基板を前記固定突出部に固定する固定部が、前記スルーホールを貫通している請求項４又は５に記載の電力変換装置。
  7. 前記固定突出部は、前記多層基板側に開口するネジ穴を有し、前記固定部としてのネジが、前記スルーホールを貫通し、前記ネジ穴に螺合されることによって、前記多層基板が、前記固定突出部に固定されている請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 前記支持本体部は、グランド電位を有しており、
    前記飛散防止パターンは、前記連結パターン、前記スルーホール、前記固定部、及び前記固定突出部を介して、前記支持本体部に接続され、グランド電位を有している請求項６又は７に記載の電力変換装置。
  9. 各層に第１の前記連結パターン及び第２の前記連結パターンが設けられ、各層の第１の前記連結パターンを貫通する第１の前記スルーホール及び各層の第２の前記連結パターンを貫通する第２の前記スルーホールが設けられ、第１の前記スルーホールを貫通した第１の固定部が連結された第１の前記固定突出部、及び第２の前記スルーホールを貫通した第２の固定部が連結された第２の前記固定突出部が設けられ、
    第１及び第２の前記連結パターン並びに第１及び第２の前記固定突出部は、基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンに対して、前記ヒューズパターンの延出方向に直交する横方向の一方側に配置され、
    第１の前記連結パターン及び第１の前記固定突出部は、基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンにおける前記延出方向の中央部よりも、前記延出方向の一方側に寄って配置され、
    第２の前記連結パターン及び第２の前記固定突出部は、基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンの前記中央部よりも、前記延出方向の他方側に寄って配置され、
    前記ヒューズパターンの溶断部は、前記ヒューズパターンの前記中央部に設けられ、
    前記支持突出部は、基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンの前記中央部と重複している請求項６から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  10. 複数の前記飛散防止パターンが、互いに異なる層に設けられている請求項４から９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  11. 複数の前記飛散防止パターンは、少なくとも、前記ヒューズパターンが設けられた層よりも一方側の層及び他方側の層に設けられている請求項１０に記載の電力変換装置。
  12. 前記飛散防止パターンは、内層に設けられている請求項４から１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  13. 前記多層基板は、プリント基板により構成されている請求項１から１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  14. 前記固定突出部及び前記支持突出部は、前記支持本体部と一体的に形成されている請求項１から１３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  15. 前記支持突出部と前記多層基板の一方側の基板面との間に弾性部材が挟まれている請求項１から１４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  16. 前記遮断機構は、前記多層基板の他方側の基板面を支持し、前記支持部材に固定された反対側支持部材を有し、
    前記反対側支持部材は、基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンの溶断部の少なくとも一部と重複している請求項１から１５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  17. 前記反対側支持部材と前記多層基板の他方側の基板面との間に弾性部材が挟まれている請求項１６に記載の電力変換装置。
  18. 前記支持部材は、前記支持本体部から前記多層基板の側方を前記多層基板側に突出し、前記反対側支持部材が固定された反対側用の固定突出部を有している請求項１６又は１７に記載の電力変換装置。
  19. 前記支持部材は、第１の前記反対側用の固定突出部、及び第２の前記反対側用の固定突出部を有し、
    前記固定突出部は、基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンに対して、前記ヒューズパターンの延出方向に直交する横方向の一方側に配置され、
    第１及び第２の前記反対側用の固定突出部は、基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンに対して、前記横方向の他方側に配置され、
    第１の前記反対側用の固定突出部は、基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンにおける前記延出方向の中央部よりも、前記延出方向の一方側に寄って配置され、
    第２の前記反対側用の固定突出部は、基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンの前記中央部よりも、前記延出方向の他方側に寄って配置され、
    前記ヒューズパターンの溶断部は、前記ヒューズパターンの前記中央部に設けられ、
    前記反対側支持部材は、第１の前記反対側用の固定突出部に固定される被固定部と第２の前記反対側用の固定突出部に固定される被固定部との間を延出した基礎部と、前記基礎部の中央部から前記ヒューズパターン側に延出し、基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンの前記中央部と重複している支持部とを有している請求項１８に記載の電力変換装置。
  20. 前記反対側支持部材は、固定部により、前記多層基板と共に前記固定突出部に固定されている請求項１６又は１７に記載の電力変換装置。
  21. 前記遮断機構に供給される電圧は、２０Ｖ以上の直流電圧である請求項１から２０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  22. 過剰な電流が流れたときに電流を遮断する遮断機構であって、
    過電流の通電時に溶断するヒューズパターンを含む複数の導電性パターンと複数の絶縁部材とが積層された多層基板と、
    支持本体部、前記支持本体部から前記多層基板側に突出し、前記多層基板が固定された固定突出部、及び前記支持本体部から前記多層基板側に突出し、前記多層基板の一方側の基板面を支持する支持突出部を有する支持部材と、を備え、
    前記ヒューズパターンは、前記多層基板の内層に設けられ、
    前記支持突出部は、前記多層基板の基板面の法線方向に見て、前記ヒューズパターンの溶断部の少なくとも一部と重複している遮断機構。
JP2021111231A 2021-07-05 2021-07-05 電力変換装置、及び遮断機構 Active JP7142751B1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021111231A JP7142751B1 (ja) 2021-07-05 2021-07-05 電力変換装置、及び遮断機構
CN202210719919.0A CN115588962A (zh) 2021-07-05 2022-06-23 功率转换装置和断路机构
US17/850,496 US11735906B2 (en) 2021-07-05 2022-06-27 Power converter and breaking mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021111231A JP7142751B1 (ja) 2021-07-05 2021-07-05 電力変換装置、及び遮断機構

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP7142751B1 JP7142751B1 (ja) 2022-09-27
JP2023008013A true JP2023008013A (ja) 2023-01-19

Family

ID=83436652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021111231A Active JP7142751B1 (ja) 2021-07-05 2021-07-05 電力変換装置、及び遮断機構

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11735906B2 (ja)
JP (1) JP7142751B1 (ja)
CN (1) CN115588962A (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014034261A1 (ja) * 2012-08-29 2014-03-06 株式会社村田製作所 ヒューズ
JP2014229368A (ja) * 2013-05-20 2014-12-08 株式会社村田製作所 ヒューズ装置
WO2018105465A1 (ja) * 2016-12-09 2018-06-14 三菱電機株式会社 電子回路基板、電力変換装置
JP2021089992A (ja) * 2019-12-05 2021-06-10 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP7086164B1 (ja) * 2020-12-24 2022-06-17 三菱電機株式会社 電力変換装置、及び遮断機構
JP7086165B1 (ja) * 2020-12-24 2022-06-17 三菱電機株式会社 電力変換装置、及び遮断機構

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000003662A (ja) 1998-06-16 2000-01-07 Sanyo Electric Co Ltd 電気回路基板
PL2408277T3 (pl) * 2010-07-16 2016-08-31 Schurter Ag Element bezpiecznikowy
WO2014188538A1 (ja) * 2013-05-22 2014-11-27 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置
EP3691127A1 (de) * 2019-01-31 2020-08-05 Siemens Aktiengesellschaft Sicherer elektronischer schalter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014034261A1 (ja) * 2012-08-29 2014-03-06 株式会社村田製作所 ヒューズ
JP2014229368A (ja) * 2013-05-20 2014-12-08 株式会社村田製作所 ヒューズ装置
WO2018105465A1 (ja) * 2016-12-09 2018-06-14 三菱電機株式会社 電子回路基板、電力変換装置
JP2021089992A (ja) * 2019-12-05 2021-06-10 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP7086164B1 (ja) * 2020-12-24 2022-06-17 三菱電機株式会社 電力変換装置、及び遮断機構
JP7086165B1 (ja) * 2020-12-24 2022-06-17 三菱電機株式会社 電力変換装置、及び遮断機構

Also Published As

Publication number Publication date
JP7142751B1 (ja) 2022-09-27
CN115588962A (zh) 2023-01-10
US20230006438A1 (en) 2023-01-05
US11735906B2 (en) 2023-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110221268A1 (en) Power Converter and In-Car Electrical System
US9807913B2 (en) Cooling structure of heating element and power conversion device
US11206729B2 (en) Power circuit device
EP3503372B1 (en) Power converter
JP6158051B2 (ja) 電力変換装置
JP6326038B2 (ja) 電気回路装置
JP2010097967A (ja) 半導体装置
EP2587651B1 (en) Switching regulator and power supply device including the same
JP7142751B1 (ja) 電力変換装置、及び遮断機構
JP7086164B1 (ja) 電力変換装置、及び遮断機構
JP7086165B1 (ja) 電力変換装置、及び遮断機構
JP6490227B2 (ja) 電力変換装置
WO2017038567A1 (ja) 電力変換装置
JP6647350B2 (ja) 電力変換装置
WO2020157963A1 (ja) 半導体装置および電力変換装置
JP2021089992A (ja) 電力変換装置
WO2018025490A1 (ja) 多層基板
US20220208499A1 (en) Power converter and breaking mechanism
JP2013188010A (ja) 絶縁型スイッチング電源装置
JP6265459B2 (ja) 電子部品の実装構造
JP6638324B2 (ja) 電力変換装置
CN111490674B (zh) 电源装置
WO2021235485A1 (ja) 電力変換装置および電力変換装置の製造方法
JP2024003917A (ja) 電力変換装置
JP2014179403A (ja) 電子部品の実装構造

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210705

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220816

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220913

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7142751

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151