JP4936466B2 - Power semiconductor unit - Google Patents

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Description

本発明は、大電流を扱うインバータあるいはコンバータとして使用されるパワー半導体ユニットに関し、特に耐ノイズ性を向上させつつ小形化することができるパワー半導体ユニットに関する。   The present invention relates to a power semiconductor unit used as an inverter or converter that handles a large current, and more particularly to a power semiconductor unit that can be miniaturized while improving noise resistance.

ハイブリッド電気自動車および電気自動車には、大容量の走行モータを駆動するための電力変換装置が使用されている。電力変換装置は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体素子が備えられ、直流電力を三相交流電力に変換して走行モータを駆動するインバータ動作、または三相交流電力を直流電力に変換してエネルギーを回生するコンバータ動作を行う。   Hybrid electric vehicles and electric vehicles use power converters for driving large-capacity travel motors. The power converter is equipped with power semiconductor elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), which converts DC power into three-phase AC power to drive a driving motor, or converts three-phase AC power into DC power. The converter operates to regenerate energy.

電力変換装置の一例として、図1に、バッテリから直流電力の供給を受けてモータを駆動するインバータユニットを示す。
インバータユニット1は平滑コンデンサ4およびパワー半導体ユニット5からなり、さらに、パワー半導体ユニット5は、パワー半導体モジュール10および制御基板モジュール20からなる。
As an example of a power converter, FIG. 1 shows an inverter unit that receives a DC power supply from a battery and drives a motor.
The inverter unit 1 includes a smoothing capacitor 4 and a power semiconductor unit 5, and the power semiconductor unit 5 includes a power semiconductor module 10 and a control board module 20.

主バッテリ2は複数の二次電池を直列に接続した直流電源であり、高圧ケーブルを介して平滑コンデンサ4のP端子8P1とN端子8N1に接続される。平滑コンデンサ4は、リプル電流を吸収して入力電圧を安定化させるものである。
パワー半導体モジュール10には、IGBT等のパワー半導体素子14〜14、およびフライホイールダイオード(FWD)15〜15が備えられる。パワー半導体素子14〜14とFWD15〜15の逆並列接続体はブリッジ接続されて、三相インバータ回路を構成する。U、V、W各相の出力端子18〜18は、出力バスバ29〜29および高圧ケーブルを介して走行モータ6に接続される。
The main battery 2 is a DC power source in which a plurality of secondary batteries are connected in series, and is connected to the P terminal 8 P1 and the N terminal 8 N1 of the smoothing capacitor 4 via a high voltage cable. The smoothing capacitor 4 absorbs the ripple current and stabilizes the input voltage.
The power semiconductor module 10 includes power semiconductor elements 14 U to 14 W such as IGBTs and flywheel diodes (FWD) 15 U to 15 W. The power semiconductor elements 14 U to 14 W and the FWD 15 U to 15 W are connected in reverse parallel to form a three-phase inverter circuit. U, V, W output terminal 18 U ~ 18 W of each phase is connected to the traveling motor 6 via the output bus bar 29 U ~ 29 W and high-voltage cables.

制御基板21は、上位の電子制御ユニット(ECU:Electrical Control Unit)から、走行モータ6を駆動するためのトルク指令値を受け取る。そして、制御基板21は、主バッテリ2の電圧値、およびモータ位置検出用レゾルバ7から出力される位置情報を取り込みながら、U相電流センサ22およびW相電流センサ22によって検出されたU相およびW相の出力電流の瞬時値から、トルク指令値に基づいた電流値を逐次算出し、これをPWM信号に変換する。
生成されたPWM信号は、制御基板21からドライバ基板11に出力される。そして、ドライバ基板11は、当該信号に基づいてパワー半導体モジュール10の各相のパワー半導体素子14〜14を駆動する。なお、制御基板21およびドライバ基板11は、いずれも補機バッテリ3から電圧(+14[V])の供給を受けて動作する。
The control board 21 receives a torque command value for driving the traveling motor 6 from an upper electronic control unit (ECU). Then, the control board 21, the voltage value of the main battery 2, and while taking the positional information output from the motor position detection resolver 7, U-phase detected by U-phase current sensor 22 U and W-phase current sensor 22 W The current value based on the torque command value is sequentially calculated from the instantaneous value of the W-phase output current and converted into a PWM signal.
The generated PWM signal is output from the control board 21 to the driver board 11. Then, the driver substrate 11 drives the power semiconductor elements 14 U to 14 W of each phase of the power semiconductor module 10 based on the signal. Note that both the control board 21 and the driver board 11 operate upon receiving a voltage (+14 [V]) supplied from the auxiliary battery 3.

また、インバータユニット1は、インバータ回路を備えたパワー半導体モジュール10と、平滑コンデンサ4と、制御基板モジュール20とを、冷却機能を有するインバータケースに格納して使用される。   The inverter unit 1 is used by storing the power semiconductor module 10 including the inverter circuit, the smoothing capacitor 4 and the control board module 20 in an inverter case having a cooling function.

他の電力変換装置の例として、図2に示す三相式AC−DC−AC変換器がある。この三相式AC−DC−AC変換器には2つのパワー半導体モジュール10、10が備えられており、このうち10はコンバータとして動作する三相PWM整流器、10はインバータとして動作する三相インバータである。 As another example of the power converter, there is a three-phase AC-DC-AC converter shown in FIG. This three-phase AC-DC-AC converter is provided with two power semiconductor modules 10 C and 10 I , among which 10 C is a three-phase PWM rectifier that operates as a converter, and 10 I operates as an inverter. It is a three-phase inverter.

図2に示す三相式AC−DC−AC変換器では、三相入力側に配置されたリアクトル52によって瞬時電力が蓄積およびフィルタリングされた三相交流電力が、パワー半導体モジュール10によって直流電力に変換される。得られた直流電力は、平滑コンデンサ4で安定化された後に、パワー半導体モジュール10で所定の振幅、周波数に変換され、リアクトル53を介して接続される三相負荷に供給される。 In a three-phase AC-DC-AC converter shown in FIG. 2, three-phase AC power instantaneous power is accumulated and filtered by a reactor 52 which is arranged in a three-phase input side, to the DC power by the power semiconductor module 10 C Converted. The obtained DC power is stabilized by the smoothing capacitor 4, converted to a predetermined amplitude and frequency by the power semiconductor module 10 I , and supplied to the three-phase load connected via the reactor 53.

三相PWM整流器として使用されるパワー半導体モジュール10と三相インバータとして使用するパワー半導体モジュール10は、いずれも図1に示すパワー半導体モジュール10と同じものが使用可能であり、モータ駆動用、三相インバータ用、三相PWM整流器用等の用途に応じて、組み合わせて使用する制御基板21の回路構成が変更される。
したがって、開発・評価期間の短縮、および信頼性評価コストの観点から、通常、パワー半導体モジュール10のドライバ基板11と制御基板21は独立した部品となっている。
The power semiconductor module 10 C used as a three-phase PWM rectifier and the power semiconductor module 10 I used as a three-phase inverter can both be the same as the power semiconductor module 10 shown in FIG. The circuit configuration of the control board 21 used in combination is changed according to the use such as for three-phase inverter and three-phase PWM rectifier.
Therefore, from the viewpoint of shortening the development / evaluation period and reliability evaluation cost, the driver board 11 and the control board 21 of the power semiconductor module 10 are usually independent components.

図3は、図1に示すインバータユニット1の従来の構造を示すブロック図である。
インバータユニット1は、主に、パワー半導体モジュール10と、その上部に配置される平滑コンデンサ4と、さらにその上部に配置される制御基板21とからなる。すなわち、従来のインバータユニット1では、パワー半導体モジュール10と制御基板21の間に平滑コンデンサ4が配置されている。これにより、パワー半導体モジュール10内のパワー半導体素子14〜14から放射されるノイズが平滑コンデンサ4によって遮蔽され、制御基板21上を伝送される各種信号にノイズが重畳するのを極力防ぐような構造となっている(例えば、特許文献1参照)。
また、図3に示すように、パワー半導体モジュール10の出力側には通常、U相電流センサ22およびW相電流センサ22が接続されており、これらによってセンシングされた信号(U相およびW相の出力電流の瞬時値に対応した信号)が、制御基板21に送られるようになっている。
特開2003−199363号公報
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional structure of the inverter unit 1 shown in FIG.
The inverter unit 1 mainly includes a power semiconductor module 10, a smoothing capacitor 4 disposed above the power semiconductor module 10, and a control board 21 disposed further thereon. That is, in the conventional inverter unit 1, the smoothing capacitor 4 is disposed between the power semiconductor module 10 and the control board 21. Thereby, noise radiated from the power semiconductor elements 14 U to 14 W in the power semiconductor module 10 is shielded by the smoothing capacitor 4 so as to prevent noise from being superimposed on various signals transmitted on the control board 21 as much as possible. (For example, refer patent document 1).
As shown in FIG. 3, a U-phase current sensor 22 U and a W-phase current sensor 22 W are normally connected to the output side of the power semiconductor module 10, and signals (U-phase and W-phase) sensed by these are connected. A signal corresponding to the instantaneous value of the phase output current) is sent to the control board 21.
JP 2003-199363 A

[課題1]パワー半導体ユニットの大形化
図3に示すように、従来のインバータユニット1は、パワー半導体モジュール10と制御基板21の間に平滑コンデンサ4を挟み込んだ構成となっているので、パワー半導体モジュール10−制御基板21間の配線、および電流センサ22、22−制御基板21間の配線が必然的に長くなっていた。このため、配線が肥大化し、パワー半導体ユニット(パワー半導体モジュール10、制御基板21および電流センサ22、22)が大形化してしまうという問題があった。
[Problem 1] Increasing the size of the power semiconductor unit As shown in FIG. 3, the conventional inverter unit 1 has a configuration in which the smoothing capacitor 4 is sandwiched between the power semiconductor module 10 and the control board 21. The wiring between the semiconductor module 10 and the control board 21 and the wiring between the current sensors 22 U and 22 W and the control board 21 are inevitably long. Therefore, wiring is enlarged, power semiconductor unit (power semiconductor module 10, the control board 21 and the current sensor 22 U, 22 W) there is a problem that large in size.

また、配線が長くなると、一方の配線が他方の配線に対するノイズ源となり得るとともに、前述のパワー半導体素子14〜14によるノイズが重畳され易くなるという問題があった。つまり、図3に示す従来のインバータユニット1では、パワー半導体モジュール10から制御基板21への直接的なノイズの重畳は防げても、上記配線へのノイズの重畳を防ぐことはできなかった。 Further, when the wiring becomes long, there is a problem that one wiring can be a noise source for the other wiring and noise due to the power semiconductor elements 14 U to 14 W is easily superimposed. That is, in the conventional inverter unit 1 shown in FIG. 3, even if it is possible to prevent noise from being directly superimposed on the control board 21 from the power semiconductor module 10, noise cannot be prevented from being superimposed on the wiring.

この問題を解決するため、従来のインバータユニット1では、各配線を絶縁性の材料で被覆し、その外側を接地された導電性の材料で被覆し、さらにその外側を絶縁性の材料で被覆することによって、配線のシールド処理を施すことが別途必要となる。しかしながら、このシールド処理は配線の肥大化を招き、パワー半導体ユニットを含むインバータユニット1が全体として大形化してしまうという問題があった。   In order to solve this problem, in the conventional inverter unit 1, each wiring is covered with an insulating material, the outside is covered with a grounded conductive material, and the outside is further covered with an insulating material. Therefore, it is necessary to separately perform a wiring shielding process. However, this shielding process causes an increase in wiring, and there is a problem that the inverter unit 1 including the power semiconductor unit is increased in size as a whole.

[課題2]放射ノイズによる誤動作
図4は、上記パワー半導体ユニットの大形化の問題を解決するべく、制御基板21をパワー半導体モジュール10の近傍に配置してなるパワー半導体ユニット5と、平滑コンデンサ4とからなるインバータユニット1である。
しかしながら、単純に制御基板21をパワー半導体モジュール10の近傍に配置しただけの構成では、やはり制御基板21へのノイズの重畳が問題となる。例えば、パワー半導体ユニット5のスイッチング動作による輻射ノイズが制御基板21上の信号ラインに重畳した場合には、パワー半導体ユニット5の動作が正常であるにもかかわらず異常であるとして誤った判断がなされ、パワー半導体ユニット5の動作が緊急停止されるおそれがあった。
[Problem 2] Malfunction due to radiation noise FIG. 4 shows a power semiconductor unit 5 in which a control board 21 is arranged in the vicinity of the power semiconductor module 10 and a smoothing capacitor in order to solve the problem of the size increase of the power semiconductor unit. 4 is an inverter unit 1.
However, in the configuration in which the control board 21 is simply arranged in the vicinity of the power semiconductor module 10, noise superimposition on the control board 21 is also a problem. For example, when radiation noise due to the switching operation of the power semiconductor unit 5 is superimposed on the signal line on the control board 21, an erroneous determination is made that the power semiconductor unit 5 is abnormal although the operation of the power semiconductor unit 5 is normal. There is a possibility that the operation of the power semiconductor unit 5 is urgently stopped.

そこで、本発明は、パワー半導体ユニットの小形化を図りながらも、パワー半導体モジュールから制御基板へのノイズの影響を大幅に低減することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to greatly reduce the influence of noise from the power semiconductor module to the control board while reducing the size of the power semiconductor unit.

上記課題を解決するために、本発明に係る第1のパワー半導体ユニットは、
パワー半導体素子を用いて直流電力を交流電力に変換し、駆動すべき負荷に出力するパワー半導体ユニットであって、前記直流電力が給電される入力端子と、前記負荷に接続される出力端子と、前記パワー半導体素子が表面に設けられたパワー半導体基板と、該パワー半導体基板の表面側に所定の間隔を隔てて平行に配置され、入力された制御信号に基づいて前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路が設けられたドライバ基板と、を有するパワー半導体モジュールと、前記パワー半導体モジュールから前記負荷に対して出力される電流の電流値を検出する電流センサと、前記パワー半導体モジュールの直上に前記ドライバ基板と略平行に配置され、前記パワー半導体モジュールと対向する対向面と、該対向面の裏面である非対向面とを有し、前記電流センサによって検出された前記電流値に基づいて、前記制御信号を生成する信号生成回路が設けられた制御基板と、前記制御基板の前記非対向面側と側面側の空間を覆うシールドプレートとを備え、前記信号生成回路が、前記制御基板の前記非対向面に設けられるとともに、前記電流センサが、前記制御基板の前記対向面に設けられ、前記制御基板は、少なくとも1つのGND層を有する多層配線基板であり、前記シールドプレートと前記GND層とで前記信号生成回路を挟み込むことによって、前記パワー半導体モジュールから前記信号生成回路に向けて発せられるノイズが遮蔽されることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, a first power semiconductor unit according to the present invention includes:
A power semiconductor unit that converts direct current power into alternating current power using a power semiconductor element and outputs it to a load to be driven, an input terminal to which the direct current power is fed, an output terminal connected to the load, A power semiconductor substrate on which the power semiconductor element is provided, and a driver that is arranged in parallel with a predetermined interval on the surface side of the power semiconductor substrate and drives the power semiconductor element based on an input control signal A power semiconductor module having a circuit provided with a circuit; a current sensor for detecting a current value of a current output from the power semiconductor module to the load; and the driver board directly above the power semiconductor module. And a facing surface that faces the power semiconductor module and a non-facing surface that is the back surface of the facing surface. Shielded, on the basis of the detected current value by the current sensor, which covers the control board signal generating circuit is provided for generating the control signal, the non-opposing face side and the side surface side space of the control board And the signal generation circuit is provided on the non-facing surface of the control board, the current sensor is provided on the facing surface of the control board, and the control board includes at least one GND layer. And the noise generated from the power semiconductor module toward the signal generation circuit is shielded by sandwiching the signal generation circuit between the shield plate and the GND layer. .

上記第1のパワー半導体ユニットは、好ましくは、前記出力端子と前記負荷は出力バスバによって接続され、前記電流センサは、前記パワー半導体基板の法線方向に延びる中空口を有し、前記出力バスバが、前記中空口を通って前記法線方向に延設されていることを特徴とする。
また、好ましくは、前記直流電力は入力バスバを介して前記入力端子に給電され、前記入力バスバが、前記出力バスバと互いに向かい合うように配置されるとともに、前記法線方向に延設されていることを特徴とする。
In the first power semiconductor unit, preferably, the output terminal and the load are connected by an output bus bar, the current sensor has a hollow port extending in a normal direction of the power semiconductor substrate, and the output bus bar And extending in the normal direction through the hollow port.
Preferably, the DC power is supplied to the input terminal via an input bus bar, and the input bus bar is disposed to face the output bus bar and extends in the normal direction. It is characterized by.

上記課題を解決するために、本発明に係る第2のパワー半導体ユニットは、
パワー半導体素子を用いて、交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換して、出力するパワー半導体ユニットであって、前記交流電力が給電される入力端子と、前記直流電力を出力する出力端子と、前記パワー半導体素子が表面に設けられたパワー半導体基板と、該パワー半導体基板の表面側に所定の間隔を隔てて平行に配置され、入力された制御信号に基づいて前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路が設けられたドライバ基板と、を有するパワー半導体モジュールと、前記交流電源から前記パワー半導体モジュールに対して入力される電流の電流値を検出する電流センサと、前記パワー半導体モジュールの直上に前記ドライバ基板と略平行に配置され、前記パワー半導体モジュールと対向する対向面と、該対向面の裏面である非対向面とを有し、前記電流センサによって検出された前記電流値に基づいて、前記制御信号を生成する信号生成回路が設けられた制御基板と、前記制御基板の前記非対向面側と側面側の空間を覆うシールドプレートとを備え、前記信号生成回路が、前記制御基板の前記非対向面に設けられるとともに、前記電流センサが、前記制御基板の前記対向面に設けられ、前記制御基板は、少なくとも1つのGND層を有する多層配線基板であり、前記シールドプレートと前記GND層とで前記信号生成回路を挟み込むことによって、前記パワー半導体モジュールから前記信号生成回路に向けて発せられるノイズが遮蔽されることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the second power semiconductor unit according to the present invention is:
A power semiconductor unit that uses a power semiconductor element to convert AC power input from an AC power source into DC power and outputs the power, an input terminal to which the AC power is fed, and an output that outputs the DC power A terminal, a power semiconductor substrate provided with the power semiconductor element on a surface thereof, and a power semiconductor substrate disposed in parallel at a predetermined interval on the surface side of the power semiconductor substrate, the power semiconductor element being arranged based on an input control signal A power board having a driver circuit for driving, a current sensor for detecting a current value of a current input to the power semiconductor module from the AC power source, and a position directly above the power semiconductor module. Arranged substantially parallel to the driver board, and facing the power semiconductor module, and a back surface of the facing surface That has a non-facing surface, based on the current value detected by said current sensor, a control board signal generating circuit is provided for generating the control signal, and the non-facing surface side of the control board A shield plate that covers a space on a side surface side, the signal generation circuit is provided on the non-facing surface of the control board, and the current sensor is provided on the facing surface of the control board, Is a multilayer wiring board having at least one GND layer, and noise generated from the power semiconductor module toward the signal generation circuit is shielded by sandwiching the signal generation circuit between the shield plate and the GND layer. It is characterized by being.

上記第2のパワー半導体ユニットは、好ましくは、前記交流電力は入力バスバを介して前記入力端子に給電され、前記電流センサは、前記パワー半導体基板の法線方向に延びる中空口を有し、前記入力バスバが、前記中空口を通って前記法線方向に延設されていることを特徴とする。
また、好ましくは、前記直流電力は出力バスバを介して前記出力端子から出力され、前記出力バスバが、前記入力バスバと互いに向かい合うように配置されるとともに、前記法線方向に延設されていることを特徴とする。
In the second power semiconductor unit, preferably, the AC power is supplied to the input terminal via an input bus bar, and the current sensor has a hollow port extending in a normal direction of the power semiconductor substrate, An input bus bar extends in the normal direction through the hollow port.
Preferably, the DC power is output from the output terminal via an output bus bar, and the output bus bar is disposed to face the input bus bar and extends in the normal direction. It is characterized by.

た、上記第1および第2のパワー半導体ユニットは、好ましくは、前記シールドプレートは端部が折り曲げられており、前記制御基板と前記ドライバ基板の間に形成された空間の少なくとも一部が、前記シールドプレートの折り曲げられた端部によって覆われていることを特徴とする。
また、好ましくは、前記制御基板の前記対向面、および前記ドライバ基板の前記制御基板に対向する面に、それぞれ、前記信号生成回路および前記ドライバ回路に給電するためのトランスが設けられ、前記トランスが、前記パワー半導体基板の面方向に互いにずらして前記トランス同士が干渉しないように配置されることを特徴とする。
さらに、好ましくは、前記制御基板の前記対向面には、外部電源と接続するためのコネクタが1個設けられ、前記コネクタを介して外部から供給される電圧によって、前記ドライバ回路および前記信号生成回路が駆動されることを特徴とする。
Also, the first and second power semiconductor units, it is preferable that the shield plate is bent the ends, at least part of the space formed between the driver board and the control board, The shield plate is covered with a bent end portion.
Preferably, a transformer for supplying power to the signal generation circuit and the driver circuit is provided on the facing surface of the control board and the surface of the driver board facing the control board, respectively. The transformers are arranged so as to be shifted from each other in the plane direction of the power semiconductor substrate so that the transformers do not interfere with each other.
Further, preferably, on the facing surface of the control board, one connector for connecting to an external power supply is provided, and the driver circuit and the signal generation circuit are supplied by a voltage supplied from the outside through the connector. Is driven.

なお、図1に示すように、本明細書では、直流電力の供給を受けて、ECUからの指令に基づきモータ等の負荷を駆動する装置全体を「インバータユニット」と称し、この「インバータユニット」から平滑コンデンサを除いた他の部分を「パワー半導体ユニット」と称する。
また、本明細書では、「パワー半導体ユニット」のうち、ECUからの指令に基づいてPWM信号等の制御信号を生成する信号生成回路が設けられた制御基板とその周辺部品とからなる部分を「制御基板モジュール」と称し、生成された制御信号に基づいてパワー半導体素子を駆動するドライバ回路が設けられたドライバ基板とパワー半導体素子が備えられたパワー半導体基板とその周辺部品とからなる部分を「パワー半導体モジュール」と称する。
As shown in FIG. 1, in this specification, the entire apparatus that receives a supply of DC power and drives a load such as a motor based on a command from the ECU is referred to as an “inverter unit”. The part other than the smoothing capacitor is referred to as a “power semiconductor unit”.
Further, in this specification, a portion of the “power semiconductor unit” that includes a control board provided with a signal generation circuit that generates a control signal such as a PWM signal based on a command from the ECU and its peripheral components is expressed as “ A portion consisting of a driver board provided with a driver circuit for driving a power semiconductor element based on a generated control signal, a power semiconductor board provided with the power semiconductor element, and its peripheral components is called a `` control board module ''. It is called a “power semiconductor module”.

本発明によれば、パワー半導体ユニットの小形化を図りながらも、パワー半導体モジュールから制御基板へのノイズの影響を大幅に低減することができる。   According to the present invention, it is possible to greatly reduce the influence of noise from the power semiconductor module to the control board while reducing the size of the power semiconductor unit.

すなわち、上記[課題1]に対しては、
(1)パワー半導体モジュールの直上に制御基板を配置することで、これらの間の配線を放射ノイズの影響をほとんど受けない程度に短くすることができ、配線の肥大化を防止しつつ、配線のシールド処理を省略することができる。
(2)さらに、電流センサを制御基板の対向面に設けることにより、制御基板−電流センサ間の配線を省略することができる。
That is, for the above [Problem 1],
(1) By arranging the control board directly above the power semiconductor module, the wiring between them can be shortened to such an extent that it is hardly affected by radiation noise, while preventing the wiring from becoming enlarged, The shield process can be omitted.
(2) Furthermore, by providing the current sensor on the opposite surface of the control board, wiring between the control board and the current sensor can be omitted.

また、上記[課題2]に対しては、
(3)制御基板に設けられた信号生成回路を、ドライバ基板と対向する対向面の反対側(対向面の裏面側)の非対向面に配置することにより、ノイズ源となるパワー半導体モジュールとの距離を大きくすることができるとともに、パワー半導体モジュールから発せられるノイズが制御基板に遮られ、信号生成回路に重畳するのを防止することができる。
(4)また、制御基板の非対向面側の空間を覆うシールドプレートにより、信号生成回路(およびその周辺回路)に向けて発せられるノイズを遮蔽することができる。これにより、パワー半導体ユニットの誤動作を防止することができる。
(5)さらに、制御基板を、少なくとも1つのGND層を有する多層配線基板とすることにより、制御基板に設けられた信号生成回路(およびその周辺回路)をシールドプレートとGND層とで挟み込むことができ、信号生成回路に向けて発せられるノイズを効果的に遮蔽することができる。
For [Problem 2] above,
(3) By arranging the signal generation circuit provided on the control board on the non-opposing surface opposite to the opposing surface facing the driver substrate (the back surface side of the opposing surface), a power semiconductor module serving as a noise source The distance can be increased, and noise generated from the power semiconductor module can be prevented from being blocked by the control board and superimposed on the signal generation circuit.
(4) Moreover, the noise emitted toward the signal generation circuit (and its peripheral circuit) can be shielded by the shield plate that covers the space on the non-facing surface side of the control board. Thereby, malfunction of a power semiconductor unit can be prevented.
(5) Furthermore, by making the control board a multilayer wiring board having at least one GND layer, the signal generation circuit (and its peripheral circuit) provided on the control board can be sandwiched between the shield plate and the GND layer. It is possible to effectively shield noise emitted toward the signal generation circuit.

以下、添付図面を参照して、本発明に係るパワー半導体ユニットの好ましい実施形態について説明する。なお、以下では、一例として三相インバータとして動作するパワー半導体ユニットについて説明する。より具体的には、直流電力を三相交流電力に変換して負荷である走行モータに出力するパワー半導体ユニットについて説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a power semiconductor unit according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following, a power semiconductor unit that operates as a three-phase inverter will be described as an example. More specifically, a power semiconductor unit that converts DC power into three-phase AC power and outputs it to a traveling motor as a load will be described.

本発明に係るパワー半導体ユニット5と、平滑コンデンサ4とからなるインバータユニット1を図5に示す。ここでは、インバータユニット1の構成について、図1を参照しつつ図5を用いて説明する。
平滑コンデンサ4は、主バッテリ2(図1参照)に接続されるP端子8P1およびN端子8N1と、パワー半導体ユニット5に接続される各3つのP端子8P2およびN端子8N2(本願発明の「入力端子」に相当)とを備える。P端子8P1および3つのP端子8P2は各々が互いに平滑コンデンサ4の内部で接続されている。同様に、N端子8N1および3つのP端子8N2も各々が互いに平滑コンデンサ4の内部で接続されている。
パワー半導体ユニット5は、パワー半導体モジュール10と、その直上に備えられる制御基板モジュール20とからなる。制御基板モジュール20は、制御基板21、電流センサ22、22、入力バスバ19UP〜19WP、19UN〜19WN、および出力バスバ29〜29等を一体化したものである(図1参照)。
FIG. 5 shows an inverter unit 1 including a power semiconductor unit 5 and a smoothing capacitor 4 according to the present invention. Here, the configuration of the inverter unit 1 will be described using FIG. 5 with reference to FIG.
The smoothing capacitor 4 includes a P terminal 8 P1 and an N terminal 8 N1 connected to the main battery 2 (see FIG. 1), and three P terminals 8 P2 and an N terminal 8 N2 connected to the power semiconductor unit 5 (this application). Equivalent to the “input terminal” of the invention. The P terminal 8 P1 and the three P terminals 8 P2 are connected to each other inside the smoothing capacitor 4. Similarly, the N terminal 8 N1 and the three P terminals 8 N2 are also connected to each other inside the smoothing capacitor 4.
The power semiconductor unit 5 includes a power semiconductor module 10 and a control board module 20 provided immediately above the power semiconductor module 10. Control board module 20, control board 21 is formed by integrating the current sensor 22 U, 22 W, the input bus bars 19 UP ~19 WP, 19 UN ~19 WN, and the output bus bar 29 U ~ 29 W and the like (FIG. 1).

図6(A)は、本発明に係るパワー半導体ユニット5の外観斜視図、図6(B)はその分解斜視図である。図6(B)に示すように、パワー半導体モジュール10と制御基板モジュール20は、ネジ留めによって固定される。   6A is an external perspective view of the power semiconductor unit 5 according to the present invention, and FIG. 6B is an exploded perspective view thereof. As shown in FIG. 6B, the power semiconductor module 10 and the control board module 20 are fixed by screwing.

図7(A)は、パワー半導体モジュール10の外観斜視図、図7(B)はその分解斜視図である。
パワー半導体モジュール10は、主にパワー半導体基板12と、その表面側に配置されるシールドプレート13と、そのさらに表面側に配置されるドライバ基板11とからなる。パワー半導体基板12は、IGBT14〜14(本発明の「パワー半導体素子」に相当)とFWD15〜15からなる複数の逆並列接続体をブリッジ接続して構成された三相インバータ回路を表面に設けて、放熱器32(図11(B)参照)の表面側に搭載したものである。放熱器32の裏面側には、複数の放熱フィン33が備えられ、冷却媒体で直接冷却されている。
ドライバ基板11は、パワー半導体基板12の表面側に、パワー半導体基板12に対して所定の間隔を隔てて平行に配置される。また、ドライバ基板11にはドライバ回路が設けられ、入力される制御信号に基づいてパワー半導体基板12に備えられたU、V、W各相のIGBT14〜14を駆動する。シールドプレート13は、ドライバ基板11とパワー半導体基板12の間に配置され、IGBT14〜14のスイッチングによって発生するノイズを電磁・静電遮蔽する。
FIG. 7A is an external perspective view of the power semiconductor module 10, and FIG. 7B is an exploded perspective view thereof.
The power semiconductor module 10 mainly includes a power semiconductor substrate 12, a shield plate 13 disposed on the surface side thereof, and a driver substrate 11 disposed on the further surface side thereof. The power semiconductor substrate 12 includes a three-phase inverter circuit configured by bridge-connecting a plurality of anti-parallel connectors composed of IGBTs 14 U to 14 W (corresponding to “power semiconductor element” of the present invention) and FWDs 15 U to 15 W. It is provided on the surface and mounted on the surface side of the radiator 32 (see FIG. 11B). A plurality of radiating fins 33 are provided on the back side of the radiator 32 and are directly cooled by a cooling medium.
The driver substrate 11 is disposed on the front surface side of the power semiconductor substrate 12 in parallel with the power semiconductor substrate 12 at a predetermined interval. The driver board 11 is provided with a driver circuit, and drives the U, V, and W phase IGBTs 14 U to 14 W provided in the power semiconductor substrate 12 based on an input control signal. Shield plate 13 is arranged between the driver board 11 and the power semiconductor substrate 12, IGBT 14 U to 14 W to shield electromagnetic-electrostatic noise generated by the switching of.

ドライバ基板11は、コネクタ17、17および後述する制御基板21を介して補機バッテリ3から供給される電圧(以下「補機バッテリ電圧」という、例えば+14[V])に基づいて三相インバータ回路に供給される絶縁電圧を生成するトランス16を備えている。トランス16は、制御基板21に対向するドライバ基板11の表面に実装されている。
さらに、ドライバ基板11は、過電流、過熱、過電圧等の異常状態を検出し、必要に応じてIGBT14〜14の駆動を停止等する保護回路を備えている。異常状態であることを示す信号(以下「フェイル信号」という)は、コネクタ17、17を介して制御基板21に伝達される。また、制御基板21で生成された制御信号(例えば、PWM信号)は、コネクタ17、17を介してドライバ基板11に伝達される。
なお、本発明において、補機バッテリ電圧は、コネクタ17、17を介して他の信号とともに制御基板21側から供給されるので、ドライバ基板11と補機バッテリ3を直接接続するためのコネクタは不要である。
The driver board 11 has three phases based on a voltage (hereinafter referred to as “auxiliary battery voltage”, for example, +14 [V]) supplied from the auxiliary battery 3 via the connectors 17 a and 17 b and a control board 21 described later. A transformer 16 for generating an insulation voltage supplied to the inverter circuit is provided. The transformer 16 is mounted on the surface of the driver board 11 facing the control board 21.
Furthermore, the driver board 11 includes a protection circuit that detects abnormal states such as overcurrent, overheat, and overvoltage, and stops driving the IGBTs 14 U to 14 W as necessary. A signal indicating an abnormal state (hereinafter referred to as “fail signal”) is transmitted to the control board 21 via the connectors 17 a and 17 b . In addition, a control signal (for example, a PWM signal) generated by the control board 21 is transmitted to the driver board 11 via the connectors 17 a and 17 b .
In the present invention, the auxiliary battery voltage is the connector 17 a, 17 because through b supplied from the control board 21 side together with other signals, a connector for connecting the driver board 11 and the auxiliary battery 3 directly Is unnecessary.

図8(A)は、図6(B)に示す制御基板モジュール20を裏面側から見た外観斜視図、図8(B)はその分解斜視図である。
制御基板モジュール20は、主に、ドライバ基板11と対向する対向面(裏面)に電流センサ22、22が表面実装された制御基板21と、対向面の反対側の非対向面側(表面側)の空間を覆うシールドプレート23と、ユニットカバー24とからなる。制御基板21は、パワー半導体モジュール10の直上にドライバ基板11と対向して配置され、シールドプレート23とともにユニットカバー24にネジ留めによって固定される。
このように、本発明に係るパワー半導体ユニットでは、パワー半導体モジュール10の直上に制御基板21が配置されることにより、これらの間の配線を放射ノイズの影響をほとんど受けない程度に短くすることができ、配線の肥大化を防止しつつ、配線に対するシールド処理を省略することができる。
なお、ドライバ基板11と制御基板21とは、パワー半導体モジュール10から発せられるノイズから制御基板21を保護するため、パワー半導体ユニット5の小形化を阻害しない範囲で一定の距離だけ離間して配置される。
8A is an external perspective view of the control board module 20 shown in FIG. 6B viewed from the back side, and FIG. 8B is an exploded perspective view thereof.
The control board module 20 mainly includes a control board 21 in which current sensors 22 U and 22 W are surface-mounted on a facing surface (back surface) facing the driver board 11, and a non-facing surface side (front surface) opposite to the facing surface. Side plate) and a unit cover 24. The control board 21 is disposed immediately above the power semiconductor module 10 so as to face the driver board 11, and is fixed to the unit cover 24 together with the shield plate 23 by screwing.
Thus, in the power semiconductor unit according to the present invention, by arranging the control board 21 immediately above the power semiconductor module 10, the wiring between them can be shortened to the extent that it is hardly affected by the radiation noise. In addition, the shield process for the wiring can be omitted while preventing the wiring from being enlarged.
Note that the driver board 11 and the control board 21 are spaced apart from each other by a certain distance within a range that does not hinder downsizing of the power semiconductor unit 5 in order to protect the control board 21 from noise emitted from the power semiconductor module 10. The

ユニットカバー24の入力端子側には、平滑コンデンサ4およびパワー半導体モジュール10の入力端子に接続される入力バスバ19UP〜19WP、19UN〜19WNが相毎に備えられる。入力バスバ19UP〜19WP、19UN〜19WNはパワー半導体モジュール10の側方に突設されるとともに、パワー半導体基板12の表面の法線方向に延設されている。また、入力端子側と反対の出力端子側には、パワー半導体モジュール10の各相の出力端子18〜18と当該パワー半導体モジュール10によって駆動される走行モータ6とを接続するための出力バスバ29〜29が備えられる。入力バスバ19UP〜19WP、19UN〜19WNと出力バスバ29〜29とは互いに向かい合うように配置されている。 Input bus bars 19 UP to 19 WP and 19 UN to 19 WN connected to the smoothing capacitor 4 and the input terminals of the power semiconductor module 10 are provided on the input terminal side of the unit cover 24 for each phase. The input bus bars 19 UP to 19 WP and 19 UN to 19 WN project from the side of the power semiconductor module 10 and extend in the normal direction of the surface of the power semiconductor substrate 12. Further, on the output terminal side opposite to the input terminal side, an output bus bar for connecting the output terminals 18 U to 18 W of each phase of the power semiconductor module 10 and the traveling motor 6 driven by the power semiconductor module 10. 29 U to 29 W are provided. The input bus bars 19 UP to 19 WP and 19 UN to 19 WN and the output bus bars 29 U to 29 W are arranged to face each other.

図8(B)に示すように、制御基板21の対向面側(裏面側)の出力端子側端部には、オンボードタイプの電流センサ22、22が表面実装されている。これにより、制御基板21−電流センサ22、22間の配線を省略することができる。電流センサ22、22の内部にはそれぞれ、パワー半導体基板12の表面の法線方向に延びる中空口が形成されている。そして、U相の電流センサ22の中空口には、U相出力バスバ29が挿入され、W相の電流センサ22の中空口には、W相出力バスバ29が挿入されることにより、U相出力電流IおよびW相出力電流Iが検出される。
なお、電流センサは、U相とW相にのみ配置されており、V相には配置されない。V相出力電流Iは、式I=−I−Iを用いて算出できるからである。
As shown in FIG. 8B, on-board type current sensors 22 U and 22 W are surface-mounted on the output terminal side end portion on the opposite surface side (back surface side) of the control board 21. Thereby, the wiring between the control board 21 and the current sensors 22 U and 22 W can be omitted. Hollow ports extending in the normal direction of the surface of the power semiconductor substrate 12 are formed in the current sensors 22 U and 22 W , respectively. The U-phase output bus bar 29 U is inserted into the hollow port of the U-phase current sensor 22 U , and the W-phase output bus bar 29 W is inserted into the hollow port of the W-phase current sensor 22 W. , U-phase output current I U and W-phase output current I W are detected.
The current sensor is arranged only in the U phase and the W phase, and is not arranged in the V phase. This is because the V-phase output current I V can be calculated using the formula I V = −I U −I W.

この他、制御基板21の対向面側(裏面側)には、ECU、モータ位置検出用レゾルバ7および補機バッテリ3と接続するためのコネクタ27、補機バッテリ電圧に基づいて制御基板21の各部に供給するための電圧を生成するトランス25、およびドライバ基板11のコネクタ17、17に接続される中継ハーネス26、26が備えられる。
ドライバ基板11に備えられるトランス16と制御基板21に備えられるトランス25とは、パワー半導体基板12の面方向にずらして配置される。これにより、トランス同士が互いに物理的・電磁気的に干渉するのを防止しながら、パワー半導体ユニット5の小形化を図ることができる。
また、前記の通り、本発明に係るパワー半導体ユニットでは、コネクタ27を介して供給される補機バッテリ電圧によって、ドライバ回路および信号生成回路が駆動される。したがって、コネクタ27は1個だけでよく、複数のコネクタが干渉するのを防止するために、パワー半導体ユニット5を大形化する必要がない。
In addition, on the opposite surface side (back surface side) of the control board 21, the ECU 27, the connector 27 for connecting to the motor position detection resolver 7 and the auxiliary battery 3, and each part of the control board 21 based on the auxiliary battery voltage The relay harnesses 26 a and 26 b connected to the connectors 17 a and 17 b of the driver board 11 are provided.
The transformer 16 provided on the driver board 11 and the transformer 25 provided on the control board 21 are arranged so as to be shifted in the surface direction of the power semiconductor substrate 12. As a result, the power semiconductor unit 5 can be reduced in size while preventing the transformers from interfering with each other physically and electromagnetically.
Further, as described above, in the power semiconductor unit according to the present invention, the driver circuit and the signal generation circuit are driven by the auxiliary battery voltage supplied through the connector 27. Accordingly, only one connector 27 is required, and it is not necessary to increase the size of the power semiconductor unit 5 in order to prevent a plurality of connectors from interfering with each other.

制御基板21で生成されたPWM信号、および補機バッテリ3から供給された補機バッテリ電圧は、中継ハーネス26、26を介してドライバ基板11に伝達される。また、ドライバ基板11からは、中継ハーネス26、26を介してフェイル信号が伝達される。 The PWM signal generated by the control board 21 and the auxiliary battery voltage supplied from the auxiliary battery 3 are transmitted to the driver board 11 via the relay harnesses 26 a and 26 b . Further, a fail signal is transmitted from the driver board 11 via the relay harnesses 26 a and 26 b .

図9(A)は、ユニットカバー24を取り除いたパワー半導体ユニット5を出力端子側から見た外観斜視図である。
パワー半導体モジュール10の側面に備えられた各相の出力端子18〜18には、それぞれ出力バスバ29〜29が接続される。出力バスバ29〜29は、当該バスバによって形成される電流経路が、互いに平行に配置されたドライバ基板11および制御基板21と直交するような形状となっている。
FIG. 9A is an external perspective view of the power semiconductor unit 5 with the unit cover 24 removed as viewed from the output terminal side.
Output bus bars 29 U to 29 W are connected to the output terminals 18 U to 18 W of the respective phases provided on the side surface of the power semiconductor module 10. The output bus bars 29 U to 29 W are shaped so that the current paths formed by the bus bars are orthogonal to the driver board 11 and the control board 21 arranged in parallel to each other.

シールドプレート23は、端部が折り曲げられており、制御基板21の対向面側(裏面側)の空間の少なくとも一部がシールドプレート23の折り曲げられた端部によって覆われている。具体的には、制御基板21とV相出力バスバ29の間を遮るように折り曲げられている。これにより、V相出力電流に応じてV相出力バスバ29から放射されるノイズが、制御基板21に重畳するのを防いでいる。その結果、制御基板21の表面に搭載されたCPU30の誤動作を防止することができる。
電流センサ22、22が備えられたU相、W相については、上記シールドプレート23の折り曲げを行っていない。これは、中空口の周りに巻回された電磁鋼板によって、出力バスバ29、29の周囲に発生する磁界が封じ込められるからである。
なお、シールドプレート23の折り曲げられた端部が延設される長さは、パワー半導体モジュール10の各相の出力端子18〜18、各相の入力バスバ19UP〜19WP、19UN〜19WN、および各相の出力バスバ29〜29との距離が、IEC規格等で要求される空間絶縁距離だけ離せるように決定されるのが望ましい。
The shield plate 23 is bent at its end, and at least a part of the space on the opposite surface side (back surface side) of the control board 21 is covered by the bent end of the shield plate 23. Specifically, bent so as to block between the control board 21 and the V-phase output bus bars 29 V. Thus, noise radiated from the V-phase output bus bar 29 V in accordance with the V-phase output current, it is prevented from being superimposed on the control board 21. As a result, malfunction of the CPU 30 mounted on the surface of the control board 21 can be prevented.
The shield plate 23 is not bent for the U phase and the W phase provided with the current sensors 22 U and 22 W. This is because the magnetic field generated around the output bus bars 29 U and 29 W is confined by the electromagnetic steel sheet wound around the hollow opening.
In addition, the length by which the bent end of the shield plate 23 is extended includes the output terminals 18 U to 18 W of each phase of the power semiconductor module 10 and the input bus bars 19 UP to 19 WP and 19 UN of each phase. It is desirable that the distance from 19 WN and the output bus bars 29 U to 29 W of each phase be determined so as to be separated by a spatial insulation distance required by the IEC standard or the like.

図9(B)は、ユニットカバー24を取り除いたパワー半導体ユニット5を入力端子側から見た外観斜視図である。
パワー半導体モジュール10と制御基板モジュール20は、入力バスバ19UP〜19WP、19UN〜19WNで接続される。各相の入力バスバ(例えば、U相入力バスバ19UPと19UN)は、それぞれ、一部分が重なり合うように備えられている。入力バスバ19UP〜19WP、19UN〜19WNの形状については、後で詳細に説明を行う。
FIG. 9B is an external perspective view of the power semiconductor unit 5 with the unit cover 24 removed, as viewed from the input terminal side.
The power semiconductor module 10 and the control board module 20 are connected by input bus bars 19 UP to 19 WP and 19 UN to 19 WN . The input bus bars for each phase (for example, U-phase input bus bars 19 UP and 19 UN ) are provided so as to partially overlap each other. The shapes of the input bus bars 19 UP to 19 WP and 19 UN to 19 WN will be described in detail later.

入力端子側においても、シールドプレート23は折り曲げられ、制御基板21と各相の入力バスバ19UP〜19WP、19UN〜19WNの間が遮られている。これにより、各相の入力バスバ19UP〜19WP、19UN〜19WNから放射されるノイズが、制御基板21に重畳するのを防いでいる。
このように、本発明に係るパワー半導体ユニットでは、シールドプレート23が入力側および出力側で折り曲げられた逆U字状に形成されることにより、シールド効果が高められている。
Also on the input terminal side, the shield plate 23 is bent to block between the control board 21 and the input bus bars 19 UP to 19 WP and 19 UN to 19 WN of each phase. This prevents noise radiated from the input bus bars 19 UP to 19 WP and 19 UN to 19 WN of each phase from being superimposed on the control board 21.
Thus, in the power semiconductor unit according to the present invention, the shielding effect is enhanced by forming the shield plate 23 in an inverted U shape bent at the input side and the output side.

図10(A)は、表面側から見た制御基板21およびシールドプレート23の分解斜視図である。
制御基板21の表面側(非対向面側)には、演算回路(例えば、CPU30)、およびレゾルバ信号処理IC等の数十MHzのクロックで動作する信号処理回路(例えば、信号処理IC31)が備えられる。CPU30は、裏面側の電流センサ22、22によって得られたU相およびW相の出力電流の瞬時値を参照して、コネクタ27を介して外部より入力される負荷の出力設定値、つまりECUより入力されたトルク指令値(負荷に出力させるトルク値)に基づいて、ドライバ回路に対する制御信号(PWM信号)を生成する。なお、本明細書では、CPU30、信号処理IC31および制御基板21の表面側に形成された配線を、総称して「信号生成回路」とする。
本発明に係るパワー半導体ユニットにおいて、信号生成回路は、パワー半導体モジュール10の非対向面側(表面側)に設けられているので、パワー半導体モジュール10との距離を大きくすることができるとともに、パワー半導体モジュール10から発せられるノイズが制御基板21に遮られ、信号生成回路に重畳するのを防止することができる。
FIG. 10A is an exploded perspective view of the control board 21 and the shield plate 23 as viewed from the front side.
On the front surface side (non-facing surface side) of the control board 21, there are provided an arithmetic circuit (for example, CPU 30) and a signal processing circuit (for example, signal processing IC 31) that operates with a clock of several tens MHz such as a resolver signal processing IC. It is done. The CPU 30 refers to the instantaneous values of the U-phase and W-phase output currents obtained by the current sensors 22 U and 22 W on the back surface side, that is, the output set value of the load input from the outside via the connector 27, that is, Based on the torque command value (torque value to be output to the load) input from the ECU, a control signal (PWM signal) for the driver circuit is generated. In this specification, the wiring formed on the surface side of the CPU 30, the signal processing IC 31, and the control board 21 is collectively referred to as a “signal generation circuit”.
In the power semiconductor unit according to the present invention, since the signal generation circuit is provided on the non-facing surface side (surface side) of the power semiconductor module 10, the distance from the power semiconductor module 10 can be increased, and the power Noise generated from the semiconductor module 10 is blocked by the control board 21 and can be prevented from being superimposed on the signal generation circuit.

CPU30および信号処理IC31は、制御基板21の表面側に配置されるシールドプレート23によって覆われている。シールドプレート23には、適宜、補強のためのプレス加工が施される。また、シールドプレート23と制御基板21の間に形成される空間の高さは、約5[mm]である。   The CPU 30 and the signal processing IC 31 are covered with a shield plate 23 disposed on the surface side of the control board 21. The shield plate 23 is appropriately pressed for reinforcement. The height of the space formed between the shield plate 23 and the control board 21 is about 5 [mm].

図10(B)は、図10(A)の制御基板21およびシールドプレート23を重ね合わせた状態の、線B−Bにおける断面模式図である。
制御基板21は、L1層〜L4層の4つの配線層を備えた多層配線基板である。最上層であるL1層には、CPU30および信号処理IC31に関連したディジタル信号およびアナログ信号のための配線が形成される。L2層は、主に、制御基板21のほぼ全面にわたって形成されたGND層である。GND層は、制御基板モジュール20の下側に位置するパワー半導体モジュール10からのノイズを遮蔽するとともに、L1層に形成された配線のインピーダンスを低減して耐ノイズ性を向上させることができる。
L3層には、主に電源に関連した配線が形成される。また、L4層には、主にトランス25、コネクタ27および電流センサ22、22に関連した配線が形成される。
FIG. 10B is a schematic cross-sectional view taken along line BB in a state where the control board 21 and the shield plate 23 of FIG.
The control board 21 is a multilayer wiring board provided with four wiring layers of L1 layer to L4 layer. In the L1 layer which is the uppermost layer, wiring for digital signals and analog signals related to the CPU 30 and the signal processing IC 31 is formed. The L2 layer is mainly a GND layer formed over almost the entire surface of the control substrate 21. The GND layer can shield noise from the power semiconductor module 10 located below the control board module 20, and can reduce the impedance of the wiring formed in the L1 layer to improve noise resistance.
In the L3 layer, wiring mainly related to the power supply is formed. In the L4 layer, wiring mainly related to the transformer 25, the connector 27, and the current sensors 22 U and 22 W is formed.

結局、制御基板21の表面側(非対向面側)に備えられた信号生成回路は、表面側および側面側を覆うシールドプレート23とGND層とによって挟み込まれ、電磁・静電的に遮蔽される。
これにより、本発明に係るパワー半導体ユニットでは、パワー半導体モジュール10のスイッチングによるノイズ、および各相の入力バスバ19UP〜19WP、19UN〜19WN、出力バスバ29〜29を流れる大電流によって誘導されるノイズが、制御基板21の表面側(非対向面側)に備えられた信号生成回路に重畳されるのを防ぐことができる。
After all, the signal generation circuit provided on the front surface side (non-opposing surface side) of the control board 21 is sandwiched between the shield plate 23 and the GND layer covering the front surface side and the side surface, and is electromagnetically and electrostatically shielded. .
Thus, in the power semiconductor unit according to the present invention, noise due to switching of the power semiconductor module 10 and a large current flowing through the input bus bars 19 UP to 19 WP , 19 UN to 19 WN , and the output bus bars 29 U to 29 W of each phase. Can be prevented from being superimposed on the signal generation circuit provided on the front surface side (non-opposing surface side) of the control board 21.

図11(B)は、図11(A)に示すパワー半導体ユニット5の線B−Bにおける断面図である。
図11(B)に示すように、パワー半導体モジュール10のドライバ基板11と制御基板モジュール20の制御基板21は互いに一定の距離をおいて略平行に配置される。ドライバ基板11と制御基板21の間の距離は、制御基板21およびドライバ基板11に備えられる各種部品の中で、最も背が高い電流センサ22、22の高さに基づいて決定される。電流センサ22、22は、制御基板21の端部に設けられるため、ドライバ基板11と制御基板21との間の空間領域にはトランス16、25が配置され、当該空間領域が有効的に活用される。
FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line BB of the power semiconductor unit 5 shown in FIG.
As shown in FIG. 11B, the driver board 11 of the power semiconductor module 10 and the control board 21 of the control board module 20 are arranged substantially parallel to each other at a certain distance. The distance between the driver board 11 and the control board 21 is determined based on the heights of the current sensors 22 U and 22 W that are the tallest among the various components provided on the control board 21 and the driver board 11. Since the current sensors 22 U and 22 W are provided at the end of the control board 21, the transformers 16 and 25 are arranged in the space area between the driver board 11 and the control board 21, and the space area is effectively used. Be utilized.

続いて、図12〜図14を参照して、本発明に係るパワー半導体ユニットに使用される入力バスバ、および出力バスバの形状について、詳細に説明する。   Next, the shapes of the input bus bar and the output bus bar used in the power semiconductor unit according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図12(A)は、本発明に係るパワー半導体ユニット5で使用される“ストレート構造”の入力バスバ19UPおよび19UNを示した斜視図である。図12(B)は、比較実験のために用意した“クロス構造”の入力バスバ19’UP、19’UNである。なお、図12(A)および(B)は、一例としてU相の入力バスバの構造を示したものであるが、以下に示す比較実験では、V相およびW相の入力バスバも同一の構造とした。 FIG. 12A is a perspective view showing input bus bars 19 UP and 19 UN having a “straight structure” used in the power semiconductor unit 5 according to the present invention. FIG. 12B shows the “cross structure” input bus bars 19 ′ UP and 19 ′ UN prepared for the comparative experiment. FIGS. 12A and 12B show the structure of the U-phase input bus bar as an example, but in the comparative experiment shown below, the V-phase and W-phase input bus bars have the same structure. did.

入力バスバ19UP、19UN、19’UP、19’UNは、それぞれ幅15[mm]、厚さ1.5[mm]、高さ35[mm]であり、f=1[kHz]での配線インダクタンスは、それぞれ約16[nH](ストレート構造)、約20[nH](クロス構造)である。 The input bus bars 19 UP , 19 UN , 19 ′ UP , and 19 ′ UN have a width of 15 [mm], a thickness of 1.5 [mm], and a height of 35 [mm], respectively, and f = 1 [kHz]. The wiring inductances are about 16 [nH] (straight structure) and about 20 [nH] (cross structure), respectively.

ストレート構造の入力バスバを使用したインバータユニット1(図5参照)、およびクロス構造の入力バスバを使用したインバータユニット1において、走行モータ6の実効電流を0から150[Arms]まで連続的に変化させた際に、サーミスタによって得られたモータ温度に関するアナログ信号の配線にノイズが重畳されるか否かについて実験を行った。
なお、本実験では、主バッテリ2の電圧は365[V]とした。また、入力バスバから放射されるノイズの影響をより明確にするため、制御基板21の表面側を覆うシールドプレート23を取り除いて実験を行った。
In the inverter unit 1 using the straight structure input bus bar (see FIG. 5) and the inverter unit 1 using the cross structure input bus bar, the effective current of the traveling motor 6 is continuously changed from 0 to 150 [A rms ]. An experiment was conducted as to whether or not noise was superimposed on the analog signal wiring related to the motor temperature obtained by the thermistor.
In this experiment, the voltage of the main battery 2 was set to 365 [V]. Further, in order to clarify the influence of noise radiated from the input bus bar, the experiment was performed by removing the shield plate 23 covering the surface side of the control board 21.

図13(A)は、ストレート構造の入力バスバ19UP、19UNを使用したインバータユニット1の実験結果、図13(B)は、クロス構造の入力バスバ19’UP、19’UNを使用したインバータユニット1の実験結果を示すグラフである。各グラフの縦軸は、サーミスタによって得られたモータ温度に関するアナログ信号をCPU30に取り込んでディジタルデータに変換したものである。本実験では、モータ温度の検出にサーミスタを使用しているので、温度上昇(時間経過)に伴って、各グラフのディジタルデータは減少する。 FIG. 13A shows the experimental results of the inverter unit 1 using the straight structure input bus bars 19 UP and 19 UN , and FIG. 13B shows the inverter using the cross structure input bus bars 19 ′ UP and 19 ′ UN. 6 is a graph showing an experimental result of unit 1; The vertical axis of each graph is obtained by taking an analog signal relating to the motor temperature obtained by the thermistor into the CPU 30 and converting it into digital data. In this experiment, since the thermistor is used to detect the motor temperature, the digital data of each graph decreases as the temperature rises (time elapses).

図13(A)に示すように、ストレート構造の入力バスバ19UP、19UNでは、L1層に設けられたモータ温度に関するアナログ信号の配線にノイズの重畳は見られない。これに対して、図13(B)に示すように、クロス構造の入力バスバ19’UP、19’UNでは、不規則なノイズが重畳している。 As shown in FIG. 13A, in the input bus bars 19 UP and 19 UN having a straight structure, no superposition of noise is observed in the wiring of the analog signal related to the motor temperature provided in the L1 layer. On the other hand, as shown in FIG. 13B, irregular noise is superimposed on the input bus bars 19 ′ UP and 19 ′ UN having a cross structure.

この実験結果について、図14を参照して検討する。図14(A)は、ストレート構造の入力バスバによって形成される電流経路を示す図である。
主バッテリ2から供給された電流は、平滑コンデンサ4のP端子8P2、8P1を経由して入力バスバ19UPの上部からの下部に向かって流れ、U相のパワー半導体素子14のコレクタに入力される。そして、この電流は、U相のパワー半導体素子14のエミッタから出力され、入力バスバ19UNを下部から上部に向かって流れ、平滑コンデンサ4のN端子8N2、8N1を経由して主バッテリ2に戻って行く。
The experimental results will be discussed with reference to FIG. FIG. 14A is a diagram illustrating a current path formed by an input bus bar having a straight structure.
The current supplied from the main battery 2 flows from the upper part to the lower part of the input bus bar 19 UP via the P terminals 8 P2 and 8 P1 of the smoothing capacitor 4 and flows to the collector of the U-phase power semiconductor element 14 U. Entered. This current is output from the emitter of the U-phase power semiconductor element 14 U , flows through the input bus bar 19 UN from the bottom to the top, and passes through the N terminals 8 N2 and 8 N1 of the smoothing capacitor 4 to the main battery. Go back to 2.

図14(A)から明らかなように、ストレート構造において、入力バスバ19UPに流れる電流、および入力バスバ19UNに流れる電流はx方向、y方向ともに逆方向なので、これらの電流によって発生する磁界の磁束は、完全に相殺されるか、または弱められる。
また、ストレート構造では、x方向の電流成分が少ないので、x方向の電流による磁束が制御基板21の配線に鎖交するのを低減し、ノイズを重畳させることはほとんどないと思われる。
As apparent from FIG. 14A, in the straight structure, the current flowing through the input bus bar 19 UP and the current flowing through the input bus bar 19 UN are opposite in both the x direction and the y direction. The magnetic flux is completely canceled or weakened.
In addition, since the current component in the x direction is small in the straight structure, it is considered that the magnetic flux due to the current in the x direction is reduced from interlinking with the wiring of the control board 21 and noise is hardly superimposed.

一方、クロス構造の入力バスバによって形成される電流経路は、図14(B)に示す通りである。
図14(B)から明らかなように、クロス構造では、入力バスバ19UPに流れるx方向の電流と、入力バスバ19UNに流れるx方向の電流が同一方向に流れ、これらの電流による磁束が強め合う部分が存在する。x方向の電流による磁束は、制御基板21の配線に鎖交し、当該配線によって伝送される信号に多大な影響を与える。
すなわち、クロス構造の入力バスバでは、インバータに流れる瞬間的な大電流に応じて鎖交磁束が変化し、制御基板21の配線にノイズが重畳することにより、図13(B)に示すような温度データの異常が起こったものと思われる。
On the other hand, the current path formed by the cross-structured input bus bar is as shown in FIG.
As is clear from FIG. 14B, in the cross structure, the current in the x direction flowing through the input bus bar 19 UP and the current in the x direction flowing through the input bus bar 19 UN flow in the same direction, and the magnetic flux caused by these currents is strengthened. There is a matching part. The magnetic flux generated by the current in the x direction is linked to the wiring of the control board 21 and greatly affects the signal transmitted by the wiring.
That is, in the cross structure input bus bar, the flux linkage changes according to the instantaneous large current flowing through the inverter, and noise is superimposed on the wiring of the control board 21, resulting in a temperature as shown in FIG. It seems that data abnormality occurred.

なお、図12〜図14では、入力バスバの構造について比較を行ったが、出力バスバについても同様のことがいえる。すなわち、出力バスバ29〜29は、制御基板21の配線にノイズが重畳するのを防ぐべく、平行に配置されたドライバ基板11および制御基板21と直交する方向(=y方向)に電流経路が形成されるような形状とするのが望ましい。 12 to 14, the structure of the input bus bar is compared, but the same can be said for the output bus bar. In other words, the output bus bars 29 U to 29 W have current paths in a direction (= y direction) orthogonal to the driver board 11 and the control board 21 arranged in parallel to prevent noise from being superimposed on the wiring of the control board 21. It is desirable that the shape be formed.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではない。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said structure.

例えば、本発明に係るパワー半導体ユニットは、モータ等の負荷を駆動するインバータだけでなく、コンバータにも適用することができる。この場合、パワー半導体ユニットには、入力側に接続された多相交流電源から交流電力が入力バスバを介して入力端子に給電される。そして、パワー半導体ユニットは、電流センサによって得られた各相の入力電流値を参照しつつ、出力側に接続された平滑コンデンサに直流電力を出力する。また、信号生成回路は電流センサによって得られた入力電流値に基づいて制御信号を生成する。
電流センサには、インバータユニット1で説明したのと同様に、パワー半導体基板の法線方向に延びる中空口が形成され、入力バスバが、該中空口を通って法線方向に延設されている。なお、パワー半導体ユニットの構成は、図5〜図11に示す構成とほぼ同等であるので、ここでは説明を省略する。
For example, the power semiconductor unit according to the present invention can be applied not only to an inverter that drives a load such as a motor but also to a converter. In this case, AC power is supplied to the input terminal via the input bus bar from the multiphase AC power source connected to the input side to the power semiconductor unit. The power semiconductor unit outputs DC power to the smoothing capacitor connected to the output side while referring to the input current value of each phase obtained by the current sensor. The signal generation circuit generates a control signal based on the input current value obtained by the current sensor.
As described in the inverter unit 1, the current sensor has a hollow port extending in the normal direction of the power semiconductor substrate, and the input bus bar extends in the normal direction through the hollow port. . The configuration of the power semiconductor unit is almost the same as the configuration shown in FIGS.

また、本発明に係るパワー半導体ユニットは、インバータとして動作するパワー半導体ユニットと、コンバータとして動作するパワー半導体ユニットとを組み合わせて構成される三相式AC−DC−AC変換器(図2参照)に適用することもできる。   The power semiconductor unit according to the present invention is a three-phase AC-DC-AC converter (see FIG. 2) configured by combining a power semiconductor unit that operates as an inverter and a power semiconductor unit that operates as a converter. It can also be applied.

図15に示す三相式AC−DC−AC変換器50では、平滑コンデンサ4に三相PWM整流器として動作するパワー半導体ユニット5と、三相インバータとして動作するパワー半導体ユニット5が接続される。
交流電力は、三相ケーブル51およびリアクトル52を介してパワー半導体ユニット5の出力端子29〜29に入力される。交流電圧(AC100Vまたは200V、50Hzまたは60Hz)はリアクトル52に磁気エネルギーを蓄えつつ、パワー半導体ユニット5(具体的には、パワー半導体ユニット5に含まれるパワー半導体モジュール10)によって直流電圧に変換され、平滑コンデンサ4に蓄電される。
In the three-phase AC-DC-AC converter 50 shown in FIG. 15, the power semiconductor unit 5 C that operates as a three-phase PWM rectifier and the power semiconductor unit 5 I that operates as a three-phase inverter are connected to the smoothing capacitor 4. .
The AC power is input to the output terminals 29 U to 29 W of the power semiconductor unit 5 C via the three-phase cable 51 and the reactor 52. AC voltage (AC100V or 200V, 50 Hz or 60Hz) while stored the magnetic energy in the reactor 52, (specifically, the power semiconductor module 10 C included in the power semiconductor unit 5 C) power semiconductor unit 5 C to the DC voltage It is converted and stored in the smoothing capacitor 4.

図15に示す三相式AC−DC−AC変換器50において、平滑コンデンサ4は複数の電解コンデンサを並列接続して構成され、静電容量は数千〜数万μFである。このような平滑コンデンサ4によれば、瞬時停電あるいは負荷変動によって、DCバス電圧が変動した場合においても、三相インバータとして動作するパワー半導体ユニット5の制御を安定させることができる。
安定化されたDCバス電圧は、パワー半導体モジュール10によって、所定振幅、所定周波数の三相交流波形に変換され、リアクトル53を介して負荷に給電される。
In the three-phase AC-DC-AC converter 50 shown in FIG. 15, the smoothing capacitor 4 is configured by connecting a plurality of electrolytic capacitors in parallel, and has a capacitance of several thousand to several tens of thousands μF. According to the smoothing capacitor 4, the instantaneous power failure or load fluctuation, DC when the bus voltage varies also, the power semiconductor unit 5 I control which operates as a three-phase inverter can be stabilized.
DC bus voltage which is stabilized by the power semiconductor module 10 I, is converted into a predetermined amplitude, the three-phase alternating current waveform having a predetermined frequency, is fed to the load through a reactor 53.

なお、図15に示す三相式AC−DC−AC変換器では、各構成要素を一直線状に配置したが、U字型に折り返したりするなど自由にレイアウトすることができる。
また、本発明に係るパワー半導体ユニットは、三相のインバータおよびコンバータだけでなく、単相または三相を超える多相のインバータおよびコンバータにも容易に適用することができる。
In the three-phase AC-DC-AC converter shown in FIG. 15, the constituent elements are arranged in a straight line, but can be freely laid out, for example, folded back into a U shape.
The power semiconductor unit according to the present invention can be easily applied not only to a three-phase inverter and converter but also to a single-phase or multi-phase inverter and converter exceeding three phases.

インバータユニットの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of an inverter unit. 三相式AC−DC−AC変換器の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of a three phase type AC-DC-AC converter. 従来のインバータユニットの構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional inverter unit. 従来のインバータユニットの構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional inverter unit. 本発明に係るパワー半導体ユニットを備えたインバータユニットの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the inverter unit provided with the power semiconductor unit which concerns on this invention. 本発明に係るパワー半導体ユニットであって、(A)は外観斜視図、(B)は分解斜視図である。It is a power semiconductor unit concerning the present invention, and (A) is an appearance perspective view and (B) is an exploded perspective view. 本発明に係るパワー半導体モジュールであって、(A)は外観斜視図、(B)は分解斜視図である。It is a power semiconductor module concerning the present invention, and (A) is an appearance perspective view and (B) is an exploded perspective view. 本発明に係る制御基板モジュールであって、(A)は外観斜視図、(B)は分解斜視図である。It is a control board module which concerns on this invention, Comprising: (A) is an external appearance perspective view, (B) is an exploded perspective view. ユニットカバーを取り除いた本発明に係るパワー半導体ユニットであって、(A)は出力端子側から見た外観斜視図、(B)は入力端子側から見た外観斜視図である。FIG. 2A is an external perspective view seen from the output terminal side, and FIG. 4B is an external perspective view seen from the input terminal side. FIG. 本発明に係る制御基板およびシールドプレートの位置関係を示す図であって、(A)は分解斜視図、(B)は線B−Bにおける断面図である。It is a figure which shows the positional relationship of the control board and shield plate which concern on this invention, Comprising: (A) is a disassembled perspective view, (B) is sectional drawing in line BB. 本発明に係るパワー半導体ユニットであって、(A)は上面図、(B)は線B−Bにおける断面図である。It is a power semiconductor unit concerning the present invention, and (A) is a top view and (B) is a sectional view in line BB. 各相の入力バスバの斜視図であって、(A)は本発明に係るストレート構造の入力バスバ、(B)は比較のためのクロス構造の入力バスバである。It is a perspective view of the input bus bar of each phase, (A) is an input bus bar of the straight structure concerning the present invention, and (B) is an input bus bar of the cross structure for comparison. ノイズが重畳するか否かについての実験結果のグラフであって、(A)はストレート構造の入力バスバを適用した場合のグラフ、(B)はクロス構造の入力バスバを適用した場合のグラフである。It is a graph of the experimental result about whether noise is superimposed, Comprising: (A) is a graph at the time of applying the input bus bar of a straight structure, (B) is a graph at the time of applying the input bus bar of a cross structure. . 入力バスバの電流経路を示す図であって、(A)はストレート構造の入力バスバの電流経路、(B)はクロス構造の入力バスバの電流経路である。It is a figure which shows the current path of an input bus bar, (A) is a current path of the input bus bar of a straight structure, (B) is a current path of the input bus bar of a cross structure. 本発明に係るパワー半導体ユニットを適用した三相式AC−DC−AC変換器の外観斜視図である。1 is an external perspective view of a three-phase AC-DC-AC converter to which a power semiconductor unit according to the present invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1 インバータユニット
2 主バッテリ
3 補機バッテリ
4 平滑コンデンサ
5、5、5 パワー半導体ユニット
6 走行モータ
7 モータ位置検出用レゾルバ
P1、8P2 P端子
N1、8N2 N端子
10 パワー半導体モジュール
10 パワー半導体モジュール(三相PWM整流器)
10 パワー半導体モジュール(三相インバータ)
11 ドライバ基板
12 パワー半導体基板
13 シールドプレート
14、14、14 パワー半導体素子(IGBT)
15、15、15 FWD素子
16 トランス
17、17 コネクタ
18 U相出力端子
18 V相出力端子
18 W相出力端子
19UP、19UN U相入力バスバ
19VP、19VN V相入力バスバ
19WP、19WN W相入力バスバ
20 制御基板モジュール
21 制御基板
22 U相電流センサ
22 W相電流センサ
23 シールドプレート
24 ユニットカバー
25 トランス
26、26 中継ハーネス
27 コネクタ
28 IC
29 U相出力バスバ
29 V相出力バスバ
29 W相出力バスバ
30 演算回路
31 信号処理IC
32 放熱器
33 放熱フィン
50 三相式AC−DC−AC変換器
51 三相ケーブル
52 リアクトル
53 リアクトル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverter unit 2 Main battery 3 Auxiliary battery 4 Smoothing capacitor 5, 5 I , 5 C power semiconductor unit 6 Traveling motor 7 Motor position detection resolver 8 P1 , 8 P2 P terminal 8 N1 , 8 N2 N terminal 10 Power semiconductor module 10 C power semiconductor module (three-phase PWM rectifier)
10 I power semiconductor module (three-phase inverter)
11 Driver Board 12 Power Semiconductor Board 13 Shield Plate 14 U , 14 V , 14 W Power Semiconductor Element (IGBT)
15 U , 15 V , 15 W FWD element 16 Transformer 17 a , 17 b Connector 18 U U-phase output terminal 18 V V-phase output terminal 18 W W-phase output terminal 19 UP , 19 UN U-phase input bus bar 19 VP , 19 VN V-phase input bus bar 19 WP , 19 WN W-phase input bus bar 20 Control board module 21 Control board 22 U U-phase current sensor 22 W W-phase current sensor 23 Shield plate 24 Unit cover 25 Transformers 26 a , 26 b Relay harness 27 Connector 28 IC
29 U U phase output bus bar 29 V V phase output bus bar 29 W W phase output bus bar 30 Arithmetic circuit 31 Signal processing IC
32 Radiator 33 Radiating fin 50 Three-phase AC-DC-AC converter 51 Three-phase cable 52 Reactor 53 Reactor

Claims (9)

パワー半導体素子を用いて直流電力を交流電力に変換し、駆動すべき負荷に出力するパワー半導体ユニットであって、
前記直流電力が給電される入力端子と、
前記負荷に接続される出力端子と、
前記パワー半導体素子が表面に設けられたパワー半導体基板と、該パワー半導体基板の表面側に所定の間隔を隔てて平行に配置され、入力された制御信号に基づいて前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路が設けられたドライバ基板と、を有するパワー半導体モジュールと、
前記パワー半導体モジュールから前記負荷に対して出力される電流の電流値を検出する電流センサと、
前記パワー半導体モジュールの直上に前記ドライバ基板と略平行に配置され、前記パワー半導体モジュールと対向する対向面と、該対向面の裏面である非対向面とを有し、前記電流センサによって検出された前記電流値に基づいて、前記制御信号を生成する信号生成回路が設けられた制御基板と、
前記制御基板の前記非対向面側と側面側の空間を覆うシールドプレートと、
を備え、
前記信号生成回路が、前記制御基板の前記非対向面に設けられるとともに、前記電流センサが、前記制御基板の前記対向面に設けられ
前記制御基板は、少なくとも1つのGND層を有する多層配線基板であり、
前記シールドプレートと前記GND層とで前記信号生成回路を挟み込むことによって、前記パワー半導体モジュールから前記信号生成回路に向けて発せられるノイズが遮蔽されることを特徴とするパワー半導体ユニット。
A power semiconductor unit that converts direct current power into alternating current power using a power semiconductor element and outputs it to a load to be driven.
An input terminal to which the DC power is fed;
An output terminal connected to the load;
A power semiconductor substrate on which the power semiconductor element is provided, and a driver that is arranged in parallel with a predetermined interval on the surface side of the power semiconductor substrate and drives the power semiconductor element based on an input control signal A power semiconductor module having a driver board provided with a circuit;
A current sensor for detecting a current value of a current output from the power semiconductor module to the load;
Directly above the power semiconductor module, disposed substantially parallel to the driver substrate, and having a facing surface facing the power semiconductor module and a non-facing surface that is the back surface of the facing surface, detected by the current sensor A control board provided with a signal generation circuit for generating the control signal based on the current value;
A shield plate covering the space on the non-facing surface side and the side surface of the control board;
With
The signal generation circuit is provided on the non-facing surface of the control board, and the current sensor is provided on the facing surface of the control board ,
The control board is a multilayer wiring board having at least one GND layer;
A power semiconductor unit characterized in that noise emitted from the power semiconductor module toward the signal generation circuit is shielded by sandwiching the signal generation circuit between the shield plate and the GND layer .
前記出力端子と前記負荷は出力バスバによって接続され、
前記電流センサは、前記パワー半導体基板の法線方向に延びる中空口を有し、
前記出力バスバが、前記中空口を通って前記法線方向に延設されていることを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体ユニット。
The output terminal and the load are connected by an output bus bar,
The current sensor has a hollow port extending in a normal direction of the power semiconductor substrate,
The power semiconductor unit according to claim 1, wherein the output bus bar extends in the normal direction through the hollow port.
前記直流電力は入力バスバを介して前記入力端子に給電され、
前記入力バスバが、前記出力バスバと互いに向かい合うように配置されるとともに、前記法線方向に延設されていることを特徴とする請求項2に記載のパワー半導体ユニット。
The DC power is fed to the input terminal via an input bus bar,
The power semiconductor unit according to claim 2, wherein the input bus bar is disposed so as to face the output bus bar and extends in the normal direction.
パワー半導体素子を用いて、交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換して、出力するパワー半導体ユニットであって、
前記交流電力が給電される入力端子と、
前記直流電力を出力する出力端子と、
前記パワー半導体素子が表面に設けられたパワー半導体基板と、該パワー半導体基板の表面側に所定の間隔を隔てて平行に配置され、入力された制御信号に基づいて前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路が設けられたドライバ基板と、を有するパワー半導体モジュールと、
前記交流電源から前記パワー半導体モジュールに対して入力される電流の電流値を検出する電流センサと、
前記パワー半導体モジュールの直上に前記ドライバ基板と略平行に配置され、前記パワー半導体モジュールと対向する対向面と、該対向面の裏面である非対向面とを有し、前記電流センサによって検出された前記電流値に基づいて、前記制御信号を生成する信号生成回路が設けられた制御基板と、
前記制御基板の前記非対向面側と側面側の空間を覆うシールドプレートと、
を備え、
前記信号生成回路が、前記制御基板の前記非対向面に設けられるとともに、前記電流センサが、前記制御基板の前記対向面に設けられ
前記制御基板は、少なくとも1つのGND層を有する多層配線基板であり、
前記シールドプレートと前記GND層とで前記信号生成回路を挟み込むことによって、前記パワー半導体モジュールから前記信号生成回路に向けて発せられるノイズが遮蔽されることを特徴とするパワー半導体ユニット。
A power semiconductor unit that uses a power semiconductor element to convert AC power input from an AC power source into DC power, and outputs the DC power.
An input terminal to which the AC power is fed;
An output terminal for outputting the DC power;
A power semiconductor substrate on which the power semiconductor element is provided, and a driver that is arranged in parallel with a predetermined interval on the surface side of the power semiconductor substrate and drives the power semiconductor element based on an input control signal A power semiconductor module having a driver board provided with a circuit;
A current sensor for detecting a current value of a current input from the AC power source to the power semiconductor module;
Directly above the power semiconductor module, disposed substantially parallel to the driver substrate, and having a facing surface facing the power semiconductor module and a non-facing surface that is the back surface of the facing surface, detected by the current sensor A control board provided with a signal generation circuit for generating the control signal based on the current value;
A shield plate covering the space on the non-facing surface side and the side surface of the control board;
With
The signal generation circuit is provided on the non-facing surface of the control board, and the current sensor is provided on the facing surface of the control board ,
The control board is a multilayer wiring board having at least one GND layer;
A power semiconductor unit characterized in that noise emitted from the power semiconductor module toward the signal generation circuit is shielded by sandwiching the signal generation circuit between the shield plate and the GND layer .
前記交流電力は入力バスバを介して前記入力端子に給電され、
前記電流センサは、前記パワー半導体基板の法線方向に延びる中空口を有し、
前記入力バスバが、前記中空口を通って前記法線方向に延設されていることを特徴とする請求項4に記載のパワー半導体ユニット。
The AC power is fed to the input terminal via an input bus bar,
The current sensor has a hollow port extending in a normal direction of the power semiconductor substrate,
5. The power semiconductor unit according to claim 4, wherein the input bus bar extends in the normal direction through the hollow port.
前記直流電力は出力バスバを介して前記出力端子から出力され、
前記出力バスバが、前記入力バスバと互いに向かい合うように配置されるとともに、前記法線方向に延設されていることを特徴とする請求項5に記載のパワー半導体ユニット。
The DC power is output from the output terminal via an output bus bar,
6. The power semiconductor unit according to claim 5, wherein the output bus bar is disposed so as to face the input bus bar and extends in the normal direction.
前記シールドプレートは端部が折り曲げられており、The shield plate is bent at the end,
前記制御基板と前記ドライバ基板の間に形成された空間の少なくとも一部が、前記シールドプレートの折り曲げられた端部によって覆われていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のパワー半導体ユニット。The at least part of the space formed between the control board and the driver board is covered with a bent end of the shield plate. Power semiconductor unit.
前記制御基板の前記対向面、および前記ドライバ基板の前記制御基板に対向する面に、それぞれ、前記信号生成回路および前記ドライバ回路に給電するためのトランスが設けられ、前記トランスが、前記パワー半導体基板の面方向に互いにずらして前記トランス同士が干渉しないように配置されることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のパワー半導体ユニット。Transformers for supplying power to the signal generation circuit and the driver circuit are provided on the facing surface of the control board and the surface of the driver board facing the control board, respectively, and the transformer is the power semiconductor substrate. The power semiconductor unit according to claim 1, wherein the power semiconductor units are arranged so as to be shifted from each other in the plane direction so that the transformers do not interfere with each other. 前記制御基板の前記対向面には、外部電源と接続するためのコネクタが1個設けられ、前記コネクタを介して外部から供給される電圧によって、前記ドライバ回路および前記信号生成回路が駆動されることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のパワー半導体ユニット。One connector for connecting to an external power supply is provided on the facing surface of the control board, and the driver circuit and the signal generation circuit are driven by a voltage supplied from the outside through the connector. A power semiconductor unit according to any one of claims 1 to 8.
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