JP4640423B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
先ずインバータ装置の回路構成を説明する。図1(a)に示すように、インバータ装置11は、6個のスイッチング素子Q1〜Q6を有するインバータ回路12を備えている。各スイッチング素子Q1〜Q6には、MOSFET(metal oxide semiconductor 電界効果トランジスタ)が使用されている。インバータ回路12は、第1及び第2のスイッチング素子Q1,Q2、第3及び第4のスイッチング素子Q3,Q4、第5及び第6のスイッチング素子Q5,Q6がそれぞれ直列に接続されている。各スイッチング素子Q1〜Q6のドレインとソース間には、ダイオードD1〜D6が、逆並列に接続されている。第1、第3及び第5のスイッチング素子Q1,Q3,Q5及び各第1、第3及び第5のスイッチング素子Q1,Q3,Q5に接続されたダイオードD1,D3,D5の組はそれぞれ上アームと呼ばれる。また、第2、第4及び第6のスイッチング素子Q2,Q4,Q6及び第2、第4及び第6のスイッチング素子Q2,Q4,Q6に接続されたダイオードD2,D4,D6の組はそれぞれ下アームと呼ばれる。
図2及び図3に示すように、インバータ装置11は、銅製の金属ベース20と、絶縁基板としてのセラミック基板21とで構成された基板22上に半導体チップ23が実装されている。半導体チップ23は、1個のスイッチング素子(MOSFET)及び1個のダイオードが一つのデバイスとして組み込まれている。即ち、半導体チップ23は、図1(b)に示される一つのスイッチング素子Q及び一つのダイオードDを備えたデバイスとなる。
先ずセラミック基板21上への半導体チップ23の実装工程が行われる。この工程では、図7(a)に示すように、セラミック基板21のドレイン用の回路パターン24b上に2個の半導体チップ23を、回路パターン24bの長手方向の中央部にスペースが存在するように半田付けにより接合する。次に半導体チップ23のゲートとゲート信号用の回路パターン24aとの間、半導体チップ23のソースとソース用の回路パターン24cとの間及び半導体チップ23のソースとソース信号用の回路パターン24dとの間をワイヤボンディングにより電気的に接続する。
インバータ装置11は、例えば、車両の電源装置の一部を構成するものとして使用される。インバータ装置11は、プラス入力端子14及びマイナス入力端子16が直流電源(図示せず)に接続され、U相端子U、V相端子V及びW相端子Wがモータ(図示せず)に接続され、駆動信号入力端子G1〜G6及び信号端子S1〜S6が制御装置(図示せず)に接続された状態で使用される。
(1)インバータ装置11は、一つのスイッチング素子の機能と同じ役割を行うための複数のスイッチング素子(半導体チップ23)からなる複数組のスイッチング素子群が実装された基板22と、相互に電気的に絶縁された状態で近接して平行に配置された平板状の正極用配線部材27及び負極用配線部材28とを備えている。正極用配線部材27には複数のコンデンサ17の正極端子17aが、負極用配線部材28には負極端子17bがそれぞれ電気的に接続されている。そして、正極用配線部材27及び負極用配線部材28は、基板22の回路パターン24b,24cに端子部27a,28aの接合部27b,28bにおいて電気的に接合され、半導体チップ23は回路パターン24b上において接合部27bに対して両側に同数配置されている。そのため、接合部27bから各半導体チップ23までの距離の合計が、各半導体チップ23が接合部27bの片側に配置された構成に比較して短くなるとともに、接合部27bから各半導体チップ23までの距離が平準化される。したがって、インバータ装置11全体としての配線インダクタンスが低減され、一つのスイッチング素子の機能と同じ役割を複数の半導体チップ23(スイッチング素子)で行うようにした場合、各半導体チップ23と正極用配線部材27及び負極用配線部材28との間の配線インダクタンスの平準化を図ることができる。
○ コンデンサ17は、相互に電気的に絶縁された状態で近接して平行に配置された平板状の正極用配線部材27及び負極用配線部材28に対して、正極端子17aが正極用配線部材27に、負極端子17bが負極用配線部材にそれぞれ電気的に接合されていればよい。即ち、コンデンサ17と基板22との間に正極用配線部材27及び負極用配線部材28が存在する構成に限らない。例えば、図10に示すように、出力電極部材32U,32V,32Wと直交する状態で出力電極部材32U,32V,32W上に絶縁プレート40を配置し、絶縁プレート40上にコンデンサ17を正極端子17a及び負極端子17bがコンデンサ本体に対して基板22と反対側となるように載置された状態で組み付ける。そして、正極用配線部材27及び負極用配線部材28が正極端子17a及び負極端子17bにねじにより固定される。この場合、図10に示すように、正極用配線部材27及び負極用配線部材28の端子部27a,28a及び垂下部27c,28cの長さが長くなる。しかし、コンデンサ17をカバー37の外に配置する場合に比較して、配線インダクタンスは低減される。
○ 金属ベース20をアルミニウム系金属で形成し、セラミック基板21として、両面にアルミニウム層が形成されたDBA(Direct Brazing Aluminum )基板を用い、DBA 基板の表面に回路パターン24a,24b,24c,24dを形成し、裏面を金属ベース20にアルミニウム系ろう材によりろう付けしてもよい。
○ コンデンサ17は電解コンデンサに限らず、例えば電気二重層コンデンサであってもよい。
○ 駆動信号入力端子G1〜G6の第1端部を回路パターン24aに、信号端子S1〜S6の第1端部を回路パターン24dにそれぞれ接合する時期は、コンデンサアッシー38をセラミック基板21に超音波接合する前に限らず、支持枠30を金属ベース20に固定した後、支持枠30内へシリコーンゲルを充填するまでに行えばよい。
(1)前記基板は、金属ベースと、その上に接合されるとともに、表面に絶縁層を介して回路パターンが形成された複数の絶縁基板とで構成されている。
Claims (4)
- 一つのスイッチング素子の機能と同じ役割を行うための複数のスイッチング素子からなる複数組のスイッチング素子群が実装された基板と、
相互に電気的に絶縁された状態で近接して平行に配置された平板状の正極用配線部材及び負極用配線部材と、
正極端子が前記正極用配線部材に電気的に接続され、負極端子が前記負極用配線部材に電気的に接続されたコンデンサと
を備えた電力変換装置であって、
前記正極用配線部材及び前記負極用配線部材は、前記基板と平行に重なるように配置されるとともに、その幅方向の両端部から端子部が複数個、前記基板側に向かって延出し、かつ先端部が基板と平行に延びるように屈曲されて前記基板の回路パターンに対する前記端子部の接合部が形成され、かつ、各端子部の位置が、前記正極用配線部材及び前記負極用配線部材を自立状態で前記基板上に載置可能な位置に設定されるとともに、前記基板の前記回路パターンに対して前記端子部の前記接合部において電気的に接合され、
前記正極用配線部材及び前記負極用配線部材は、その幅方向の中心線に対して略線対称に形成されており、
前記正極用配線部材の幅方向両側において前記中心線を挟んで対応する位置の前記接合部毎に、同数のスイッチング素子が設けられ、該中心線を挟んで対応する位置の接合部の両側に同数のスイッチング素子が配置され、該中心線を挟んで対応する位置の両接合部における各接合部からその両側の各スイッチング素子までの距離が平準化されるとともに、
前記負極用配線部材の幅方向両側において前記中心線を挟んで対応する位置の前記接合部毎に、同数のスイッチング素子が設けられ、該中心線を挟んで対応する位置の接合部の両側に同数のスイッチング素子が配置され、該中心線を挟んで対応する位置の両接合部における各接合部からその両側の各スイッチング素子までの距離が平準化されていることを特徴とする電力変換装置。 - 前記コンデンサは、前記正極用配線部材及び前記負極用配線部材のうちの前記基板と対向しない一方の配線部材上に、前記正極端子及び前記負極端子が前記配線部材側になる状態に配置されている請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置はインバータ装置であり、各アームは4N個(Nは自然数)のスイッチング素子を備えており、前記正極用配線部材及び前記負極用配線部材の前記接合部はアーム毎に2個設けられている請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記正極用配線部材及び前記負極用配線部材は、前記基板の回路パターンに超音波接合で接合されている請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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