JP5278490B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換回路を備える高電圧回路と、前記電力変換回路を操作する手段を含んで且つ前記高電圧回路よりもその動作電圧の低い低電圧回路とを備えて構成される電力変換装置に関する。
この種の電力変換装置としては、たとえば下記特許文献1に見られるように、車載主機として回転機に接続されるインバータの一対の入力端子間の電圧を、インバータの制御回路に入力するものも提案されている。詳しくは、この装置では、インバータを構成するIGBTのうち高電位側のもののコレクタ端子や低電位側のもののエミッタ端子を、ワイヤーハーネスを使って制御回路の構成される基板に接続している。
特開2010−119274号公報
ただし、上記装置では、制御回路が構成される基板において、ワイヤーハーネスと制御回路とをコネクタを介して接続するために、基板の大型化の要因となる。
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、電力変換回路を備える高電圧回路と、前記電力変換回路を操作する手段を含んで且つ、前記高電圧回路よりもその動作電圧の低い低電圧回路とを備えて構成される新たな電力変換装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
請求項1記載の発明は、電力変換回路を備える高電圧回路と、前記電力変換回路を操作する手段を含んで且つ前記高電圧回路よりもその動作電圧の低い低電圧回路とを備えて構成される電力変換装置において、前記低電圧回路および前記高電圧回路の少なくとも一部は、単一の基板上に形成され、前記基板には、前記高電圧回路の周囲に絶縁領域が設けられ、前記電力変換回路の入力電圧を前記低電圧回路を構成する電圧検出手段の入力可能なアナログ電圧に変換する電圧変換回路を備え、前記電圧変換回路の周囲に設けられた絶縁領域を、他の高電圧回路の周囲に設けられた前記絶縁領域および前記基板の端部の少なくとも一方と共有したことを特徴とする。
高電圧回路と低電圧回路との動作電圧が大きく相違する場合、これらの間の電位差が大きくなるため、絶縁破壊を回避する等の理由から、ある程度の距離を設けることが必要である。また、高電圧回路同士であっても、その動作に伴って電位が大きく相違するもの同士ではある程度の距離を確保することが必要である。このため、基板上に絶縁領域が確保されることとなる。一方、電圧変換回路は、低電圧回路および高電圧回路の双方に接続されるものであるため、低電圧回路との距離を確保したり、他の高電圧回路との距離を確保したりする必要が生じる部分を備える。ここで電圧検出回路のこの部分の周囲の絶縁領域を、他の高電圧回路の周囲の絶縁領域と共有するなら、基板上における絶縁領域の占める割合を低減することができる。
また、基板は、通常、その端部に回路素子を配置することができない。このため、電圧検出回路の周囲の絶縁領域を、基板の端部と共有するなら、基板上における絶縁領域の占める割合を低減することができる。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記電力変換回路は、車載主機としての回転機に接続されることを特徴とする。
車載主機に接続される電力変換回路を備える高電圧回路は、電力変換回路を操作する手段を含む低電圧回路と比較して、その動作電圧が非常に大きい。このため、高電圧回路と低電圧回路との間や、高電圧回路同士の間には、大きな電位差が生じる。
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記高電圧回路と前記低電圧回路とは、絶縁手段を介して通信することを特徴とする。
高電圧回路と低電圧回路とが絶縁手段を介して通信する場合、高電圧回路は、低電圧回路と比較して、その動作電圧が非常に大きい。このため、高電圧回路と低電圧回路との間や、高電圧回路同士の間には、大きな電位差が生じる。
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記電圧変換回路の一対の入力端子が前記基板上に形成され、該一対の入力端子を、前記絶縁領域および前記端部の少なくとも一方に沿って形成したことを特徴とする。
上記一対の入力端子は、電力変換回路の動作電圧が印加されるものであることから、他の回路との距離を確保する必要のある部材である。
請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記電力変換回路は、回転機に接続される直流交流変換回路と、直流電圧源の電圧を昇圧して前記直流交流変換回路に出力する昇圧回路とを備え、前記電圧変換回路は、前記直流交流変換回路の入力電圧を変換する第1電圧変換回路と、前記昇圧回路の入力電圧を変換する第2電圧変換回路とを備え、前記第1電圧変換回路の高電位側の入力端子、および前記第2電圧変換回路の高電位側の入力端子を、前記絶縁領域および前記端部の少なくとも一方に沿って形成したことを特徴とする。
上記入力端子は、電力変換回路の動作電圧が印加されるものであることから、他の回路との距離を確保する必要のある部材である。
請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発明において、前記電圧変換回路は、一対の入力端子のいずれかの電位と前記低電圧回路の接地電位との電位差を分圧するための複数の抵抗体を備え、前記複数の抵抗体は、少なくともその一部且つ複数が前記絶縁領域および前記端部の少なくとも一方に沿って形成されていることを特徴とする。
上記複数の抵抗体は、高電圧回路の動作電位と低電圧回路の接地電位との間の電位差が印加されるものであるため、高電圧が印加される部材である。このため、他の回路との距離を確保する必要のある部材である。
請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発明において、前記電圧変換回路の周囲に設けられた絶縁領域を、他の高電圧回路の周囲に設けられた絶縁領域と共有したことを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発明において、前記電圧変換回路の周囲に設けられた絶縁領域を、前記基板の端部と共有したことを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項1〜3,6〜8のいずれか1項に記載の発明において、前記電力変換回路は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の直列接続体を備え、前記電圧変換回路の一方の入力端子を、前記基板に挿入された前記高電位側のスイッチング素子の端子であって且つその入力端子と同電位の端子および前記基板に挿入された前記低電位側のスイッチング素子の端子であって且つその出力端子と同電位の端子のいずれかとすることを特徴とする。
スイッチング素子の開閉制御端子の電位を操作することでスイッチング素子をオン・オフ操作するものの場合、この電位は、スイッチング素子の入力端子および出力端子のいずれか一方の電位を基準とすることとなる。したがって、このいずれか一方と同電位の端子が、低電圧回路との接続を取るべく、基板上の配線に接続される傾向がある。上記発明では、この点に鑑み、この端子を利用する。
請求項10記載の発明は、請求項9記載の発明において、前記電力変換回路の一対の入力端子には、コンデンサが接続されており、前記電圧変換回路の前記一方の入力端子とされる前記同電位の端子は、該同電位の端子のうち前記コンデンサに最近接するものであることを特徴とする。
上記発明では、コンデンサに最近接するものを用いるために、コンデンサと電圧変換回路との間のインピーダンスを低減することができる。このため、電圧変換回路の入力電圧とコンデンサの電圧との差を好適に低減することができる。
請求項11記載の発明は、請求項1〜10のいずれか1項に記載の発明において、前記電圧変換回路の入力端子は、前記基板に局所フローによって接続されるものであり、前記局所フローによる部品の配置禁止区域に前記絶縁領域および前記端部の少なくとも一方についての少なくとも一部が含まれることを特徴とする。
局所フローによって基板に部品を接続する場合、その周囲に部品を配置することのできない領域(配置禁止区域)が生じる。上記発明では、この点に鑑み、この領域と絶縁領域や端部とを共有することで、基板上におけるこれらのスペースの占める割合を低減することができる。
請求項12記載の発明は、請求項1〜11のいずれか1項に記載の発明において、前記電圧変換回路は、一対の入力端子のそれぞれの電位と前記低電圧回路の接地電位との電位差を分圧するための複数の抵抗体を備え、前記一対の入力端子のそれぞれに接続される前記抵抗体は、前記接地電位側のもの同士が対向するように前記絶縁領域および前記端部の少なくとも一方に沿って一列に配置されていることを特徴とする。
請求項13記載の発明は、請求項1〜12のいずれか1項に記載の発明において、前記電力変換回路は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の直列接続体を複数備えて且つ、これら高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子とが互いに平行に配置されており、前記電圧変換回路は、一対の入力端子のそれぞれの電位と前記低電圧回路の接地電位との電位差を分圧するための複数の抵抗体を備え、前記一対の入力端子のそれぞれに接続される前記複数の抵抗体の組は、前記高電位側のスイッチング素子の列および前記低電位側のスイッチング素子の列の間に互いに並列に配置されるとともに、前記接地電位側のものほど、前記低電圧回路の配置箇所に近づくようにして配置されていることを特徴とする。
高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子との間には、絶縁領域を備えることが要求されることに加えて、これらのパッケージ等の制約からこれらの間の距離が大きくなることがある。このため、この領域に上記抵抗体を配置するなら、この領域を有効利用することができる。また、複数の抵抗体は徐々に接地電位に近づく。このため、接地電位に近いものを他の低電圧回路側に配置するなら、抵抗体と他の低電圧回路との絶縁が不要となる。
第1の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる半導体基板の平面図。 同実施形態にかかるパワーデバイスを半導体基板に接続する手法を示す図。 同実施形態の効果を説明するための平面図。 第2の実施形態にかかる半導体基板の平面図。 第3の実施形態にかかる半導体基板の平面図。 第4の実施形態にかかるシステム構成図。 第5の実施形態にかかる半導体基板上のレイアウトを示す平面図。 第6の実施形態にかかる半導体基板上のレイアウトを示す平面図。 第7の実施形態にかかる半導体基板上のレイアウトを示す平面図。
<第1の実施形態>
以下、本発明にかかる電力変換回路の駆動装置をパラレルシリーズハイブリッド車に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に、本実施形態にかかる電力変換回路の構成を示す。
図示される第1モータジェネレータ10aおよび第2モータジェネレータ10bは、動力分割装置を介して駆動輪や内燃機関に機械的に連結されている。第1モータジェネレータ10aは、インバータIV1に接続され、第2モータジェネレータ10bは、インバータIV2に接続される。ここで、インバータIV1,IV2は、高電圧バッテリ12の電圧を昇圧する昇圧コンバータCVの出力電圧を入力電圧とするものである。ここで、高電圧バッテリ12は、端子電圧がたとえば100V以上の高電圧となるものである。なお、昇圧コンバータCVの入力端子には、電圧の変動を抑制するコンデンサC1が接続されている。
上記インバータIV1,IV2はそれぞれ、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの直列接続体が3つ並列接続されて構成されている。そして、これら各スイッチング素子Swpおよびスイッチング素子Swnの接続点が、第1モータジェネレータ10aや第2モータジェネレータ10bの各相にそれぞれ接続されている。また、上記高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnのそれぞれの入出力端子間(コレクタおよびエミッタ間)には、高電位側のフリーホイールダイオードFDpおよび低電位側のフリーホイールダイオードFDnのカソードおよびアノードが接続されている。一方、昇圧コンバータCVは、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの直列接続体と、これに並列接続されるコンデンサC2と、高電位側のスイッチング素子Swpおよび低電位側のスイッチング素子Swnの接続点と高電圧バッテリ12とを接続するインダクタLとを備えている。
なお、上記インバータIV1,IV2や昇圧コンバータCVを構成するスイッチング素子Sw#(#=p,n)は、いずれもパワー半導体であり、詳しくは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)である。
一方、マイクロコンピュータ(マイコン40)は、上記インバータIV1,IV2を操作することで、第1モータジェネレータ10aや第2モータジェネレータ10bの制御量を制御するためのデジタル処理手段である。また、マイコン40は、昇圧コンバータCVのスイッチング素子Sw#を操作することで、昇圧コンバータCVの出力電圧を操作する。詳しくは、マイコン40は、フォトカプラ等の絶縁手段を備えるインターフェース42を介してインバータIV1,IV2や昇圧コンバータCVの各スイッチング素子Sw#に操作信号を出力することで、インバータIV1,IV2や昇圧コンバータCVを操作する。ここで、インターフェース42に絶縁手段を備えるのは、インバータIV1,IV2や高電圧バッテリ12を備える高電圧システムと、マイコン40を備える低電圧システムとを絶縁するためである。
マイコン40は、上記操作信号を生成するに際して、昇圧コンバータCVやインバータIV1,IV2の入力電圧を参照する。これは、インバータIV1,IV2の入力電圧や昇圧コンバータCVの入力電圧をマイコン40内のアナログデジタル変換器の入力可能電圧に変換する差動増幅回路20,30を備えることで行なわれる。
差動増幅回路20,30は、いずれも一対の入力端子の電位をマイコン40を備える低電圧システムの接地基準での電位に変換する機能を備える。これは、本実施形態では、高電圧システムの基準電位と低電圧システムの基準電位とが相違するためである。具体的には、基準電位となる昇圧コンバータCVやインバータIV1,IV2の負極側の入力端子の電位VNは、低電圧システムにおける基準電位よりも低くなっている。これは、本実施形態では、コンデンサC1の正極電位と負極電位との中央値を低電圧システムの基準電位としているためである。これは、コンデンサC1の両端の電圧を抵抗によって分圧したものを低電圧システムの基準電位とすることで実現することができる。なお、低電圧システムの基準電位は、接地電位(車体電位)である。
差動増幅回路20は、インバータIV1,IV2の正極側の入力端子の電位(コンデンサC2の正極側の端子THの電位VH)と、負極側の入力端子の電位(コンデンサC1の負極側の端子TNの電位VN)との電位差を変換する手段であり、オペアンプ21を備えて構成される。ここで、端子THの電位VHと接地電位との電位差は、複数の高抵抗体23と、低抵抗体24によって分圧された後、オペアンプ21の反転入力端子に印加される。また、端子TNの電位VNと接地電位との電位差は、複数の高抵抗体25と、低抵抗体26とによって分圧され、オペアンプ21の非反転入力端子に印加される。オペアンプ21の反転入力端子と出力端子とは抵抗体22によって接続されている。
差動増幅回路30は、昇圧コンバータCVの正極側の入力端子の電位(コンデンサC1の正極側の端子TLの電位VL)と、端子TNの電位VNとの電位差を変換する手段であり、オペアンプ31を備えて構成される。ここで、端子TLの電位VLと接地電位との電位差は、複数の高抵抗体33と、低抵抗体34によって分圧された後、オペアンプ31の反転入力端子に印加される。また、端子TNの電位VNと接地電位との電位差は、複数の高抵抗体35と、低抵抗体36とによって分圧され、オペアンプ31の非反転入力端子に印加される。オペアンプ31の反転入力端子と出力端子とは抵抗体32によって接続されている。
図2に、本実施形態にかかるインバータIV1,IV2や昇圧コンバータCV、差動増幅回路20,30等が搭載される基板(半導体基板50)を示す。
図示される半導体基板50は、マイコン40の備える中央処理装置(CPU40a)が搭載される低電圧回路領域LVCAと、インバータIV1,IV2や昇圧コンバータCVに接続される高電圧回路領域HVCAとの双方を有する。ここで、基本的には、図中、右側の領域が低電圧回路領域LVCAであり、左側の領域が高電圧回路領域HVCAである。ただし、高電圧回路領域HVCA内には、フォトカプラのように、低電圧システムと高電圧システムとの双方を構成する部品も混在している。また、インバータIV1,IV2や昇圧コンバータCVの各スイッチング素子Sw#のドライブ回路の電源となるフライバックコンバータ用のトランス60,62も低電圧システムおよび高電圧システムの双方を構成するものであるが、これらは図中左側に配置されている。
図中、コネクタ66は、低電圧システムの接地(車体のボディ)や、たとえば端子電圧が十数Vの低電圧バッテリの電源線、CAN通信線等を半導体基板50上の低電圧回路に接続するためのものである。ちなみに、CPU40aは、コネクタ66を介して外部にある上位の電子制御装置(ECU)から第1モータジェネレータ10aや第2モータジェネレータ10bのトルク指令値等を受け取ることで、これらを制御する。
上記インバータIV1,IV2や昇圧コンバータCVの各スイッチング素子Sw#は、図3に示すように、半導体基板50の裏面(図示された面の裏面)側から半導体基板50に差し込まれて接続されている。ここで、スイッチング素子Sw#のそれぞれは、パワーカードPWCに収納されることでパッケージ化されている。パワーカードPWCには、フリーホイールダイオードFD#や感温ダイオードSDも収納されているが、図3では、フリーホイールダイオードFD#の記載を省略している。
パワーカードPWCは、高電位側のスイッチング素子Swpが収納されたものと、低電位側のスイッチング素子Swnが収納されたものとで互いに同一構造であり、いずれも開閉制御端子(ゲートG)、ケルビンエミッタ電極KE、センス端子SE、感温ダイオードSDのアノードAおよびカソードKの各端子が、半導体基板50に挿入され接続されている。ここで、ケルビンエミッタ電極KEとは、スイッチング素子Sw#のエミッタと同電位の電極であり、センス端子SEとは、スイッチング素子Sw#を流れる電流と相関を有する微小電流を出力するための端子である。
先の図2に示すように、スイッチング素子Sw#は、高電圧システムを構成するものであるため、これら各スイッチング素子Sw#を他の回路と絶縁すべく、半導体基板50には、絶縁領域IAが設けられている。絶縁領域IAは、回路(素子や配線)が配置されない領域である。ここで、図中下の列は、低電位側のスイッチング素子Swnを備えるパワーカードPWCの端子を示している。これらの間に絶縁領域IAが設けられていないのは、これら低電位側のスイッチング素子Swnに対応するケルビンエミッタ電極KEが、いずれも同一の基準電位(端子TNの電位VN)であるからである。このため、これら低電位側のスイッチング素子Swnを駆動する駆動回路は、この電位を基準にして所定の電圧幅で動作することとなる。ここで、これら駆動回路の構成部品の動作電圧自体は、必ずしも低電圧回路領域LVCA内の部品と比較して大きいわけではない。このため、これら互いに相違する低電位側のスイッチング素子Swnの駆動回路同士は、半導体基板50上において必ずしも絶縁領域IAを設ける必要がない。
これに対し、図中上の列は、高電位側のスイッチング素子Swpを備えるパワーカードPWCの端子を示しており、これらは互いに絶縁領域IAによって隔離されている。これは、各高電位側のスイッチング素子Swp同士のケルビンエミッタ電極KEの電位が、対応する低電位側のスイッチング素子Swnがオン状態であるかオフ状態であるかに応じて、大きく変動するからである。このため、これらの駆動回路の動作電圧自体は小さいとはいえ、これら同士を絶縁する必要が生じる。ただし、高電位側のパワーカードPWCの列の右端の2つについては絶縁領域IAによって隔離されていない。これは、昇圧コンバータCVを構成するスイッチング素子Swpの出力電流の最大値を大きくすべく、これを一対のスイッチング素子Swpとしたことに対応している。この場合、一対のスイッチング素子は同電位となるため、これらを絶縁領域IAによって隔離する必要はない。
上記絶縁領域IAの幅は、法規による要請や、絶縁破壊等を回避する観点から定められる。なお、図では、便宜上、上記絶縁領域IAによって隔離された領域内にパワーカードPWCの5つの端子が設けられていることのみを示し、これら各端子に接続され、スイッチング素子Sw#をオン・オフ操作するための駆動回路の構成部品についてはその記載を省略している。
ここで、本実施形態では、上記端子TH,TL,TNを絶縁領域IAに沿って配置した。これは、半導体基板50の集積度を向上させるための設定である。すなわち、端子TH,TL,TNも高電圧システムを構成するものであるため、これらと別の部材とを隔離する必要がある。図4に、端子TH,TL,TNの配置によって、他の部材を配置できない領域を破線で囲って示した。この領域と、パワーカードPWC等の配置によって必要となった絶縁領域IAとを共有することで、半導体基板50の集積度を向上させることができる。
なお、先の図2においては、差動増幅回路20を構成する抵抗体のみが示されているが、これは、半導体基板50が両面基板であるためであり、差動増幅回路30を構成する抵抗体は、半導体基板50の裏面に配置されている。ちなみに、高抵抗体23,25が複数の抵抗体からなるのは、絶縁距離を確保するための設定である。すなわち、高抵抗体23,25を単一の抵抗体にて構成する場合、その両端の距離を十分に長くする必要が生じるが、これを満たす部材を構成することが困難であるため、複数の抵抗体にて構成した。また、端子TH,TL,TN間に間隙を設けているのも、これら端子TH,TL,TN同士の絶縁を確保するためである。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図5に、本実施形態にかかる半導体基板50を示す。なお、図5において、先の図2に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
図示されるように、本実施形態では、高抵抗体23を絶縁領域IAに沿って配置し、高抵抗体25を高抵抗体23に沿って配置した。さらに、本実施形態では、端子TH,TL,TNを、半導体基板50の端部に沿って配置した。ここで、半導体基板50の端部は、通常、部品を配置することができない領域である(図中、絶縁領域IAよりも希薄な領域で示す)。一方、端子TH,TL,TNの周囲についても部品を配置することができない。このため、端子TH,TL,TNとの絶縁を取るべくその周囲に設けられる絶縁領域と、半導体基板50の端部の部品の配置不可能領域とを共有することで、半導体基板50の集積度を向上させることができる。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図6に、本実施形態にかかる半導体基板50を示す。なお、図6において、先の図2に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
本実施形態では、端子TH,TL,TNを絶縁領域に沿って配置して且つ、高抵抗体23を半導体基板50の端部に沿って配置した。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図7に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図7において、先の図1に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
本実施形態では、差動増幅回路20,30の負極側の入力端子を、低電位側のスイッチング素子Swnのケルビンエミッタ電極KEによって代用する。特に、本実施形態では、差動増幅回路20の負極側の入力端子を、コンデンサC2に最近接するスイッチング素子Swnのケルビンエミッタ電極KEによって代用し、差動増幅回路30の負極側の入力端子を、コンデンサC1に最近接するスイッチング素子Swnのケルビンエミッタ電極KEによって代用する。
<第5の実施形態>
以下、第5の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図8に、本実施形態にかかる半導体基板50の一部を示す。なお、図8において、先の図2に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
本実施形態では、端子TH,TL,TNを半導体基板50に局所フロー80によって接続する。ここで、局所フロー80は、半導体基板50にCPU40a等の小型部品をリフロー方式の自動はんだ付け工法等によって接続した後、比較的大型の部品を半導体基板50に接続する際に用いられるものである。詳しくは、半導体基板50を予備加熱した後に、接続箇所を溶融はんだに浸すことで行なわれるものである。局所フロー80は、周囲の部品を保護すべくパレットを配置する等の理由から、図中、破線にて囲って示すように、その周囲に部品を配置できない領域ができる。本実施形態では、この領域と絶縁領域IAとを共有することで、半導体基板50の集積度を向上させる。
また、高抵抗体25を、図中、破線にて囲って示した領域に沿って配置することで、さらに半導体基板50の集積度を向上させる。なお、高抵抗体23については絶縁領域IAに沿って配置した。
<第6の実施形態>
以下、第6の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図9に、本実施形態にかかる半導体基板50の一部を示す。なお、図9において、先の図2に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
本実施形態では、絶縁領域IAに沿って高抵抗体23,25を配置するに際し、高抵抗体23,25のうち接地電位に近いものほど、高抵抗体23,25同士が近接するように配置する。
<第7の実施形態>
以下、第7の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図10に、本実施形態にかかる半導体基板50の一部を示す。なお、図10において、先の図2に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
図示されるように、本実施形態では、上側アームと下側アームとによって挟まれる領域に高抵抗体23,25を配置する。これは、上側アームのパワーカードPWCと下側アームのパワーカードPWCとのパッケージの体格によって必然的に生じる領域を有効利用したものである。すなわち、先の図3に示すように、上側アームのパワーカードPWCの5つの端子が挿入される箇所と、下側アームのパワーカードPWCの5つの端子が挿入される箇所との間には、空き領域が生じる。このため、この領域を利用する。
詳しくは、高抵抗体23,25を上側アームの列と下側アームの列とに平行に、各1列で配置する。そして、高抵抗体23,25のうち接地電位に近いものほど低電圧回路領域LVCAに近づける。これにより、高抵抗体23,25の先端とオペアンプ21とを近接させることができる。
なお、端子TH,TL,TNについては、上側アームと下側アームとによって挟まれる領であって且つ、高抵抗体23,25の端部のうちの低電圧回路領域LVCAとは逆側に配置する。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
「電圧検出回路について」
たとえば高電圧システムの基準電位を低電圧システムの接地電位に一致させるなら、差動増幅回路20,30の高抵抗体25,35と低抵抗体26,36とによる分圧をする必要がない。
差動増幅回路20,30に限らない。たとえば、先の図1におけるオペアンプ21,31の一対の入力端子間の電圧をマイコン40に直接入力してもよい。またたとえば、高電圧システムの基準電位を低電圧システムの接地電位に一致させるなら、高抵抗体23と低抵抗体24とによって分圧された電圧をマイコン40に直接出力する手段であってもよい。
「電力変換回路について」
一対のインバータIV1,IV2と、昇圧コンバータCVとからなるものに限らない。たとえば昇圧コンバータCVを削除してもよい。またたとえば、車載主機として単一の回転機のみを備えるものにあっては、直流交流変換回路(インバータ)を1つのみ備えるものであってもよい。
「電圧検出回路の入力端子について」
コンデンサC1の負極端子に代えて、コンデンサC2の負極端子を用いてもよい。また、コンデンサC1の端子に代えて、高電圧バッテリ12の一対の端子であってもよい。
「高電圧システムの基準電位と低電圧システムの接地電位について」
上記各実施形態において例示したものに限らず、たとえば、高電圧バッテリ12の正極電位を低電圧システムの接地電位としてもよい。このほかにも、「電圧検出回路について」の欄に記載したものであってもよい。
「電力変換回路について」
直流交流変換回路としては、駆動輪に機械的に連結される回転機に接続されるものに限らない。たとえば、高電圧バッテリ12を直接の電源とする空調装置のコンプレッサに内蔵される回転機等に接続されるものであってもよい。また、高電圧バッテリ12に、上記コンプレッサ用インバータと主機用インバータとが並列接続される場合、コンプレッサ用インバータの入力端子の電圧の検出結果を、主機用インバータの操作手段に送信するようにしてもよい。この場合、主機用インバータの基板と、コンプレッサ用インバータの基板とが別の基板であるなら、コンプレッサ用インバータの基板側から主機用インバータの基板へと検出結果を送信する。
またたとえば高電圧バッテリ12の電圧を降圧して低電圧システム内のバッテリに出力するDCDCコンバータであってもよい。
「電力変換回路を操作する手段について」
半導体基板50上に備えられるものに限らず、たとえば、コネクタ66を介して入力電圧の検出結果を半導体基板50上の回路から受信するものであってもよい。
「高電位側、低電位側のスイッチング素子について」
IGBTに限らない。たとえばパワーMOS電界効果トランジスタ等の電界効果トランジスタであってもよい。ここではNチャネルに限らず、Pチャネルであってもよい。ただし、この場合、上記第4の実施形態においては、スイッチング素子の入力端子(ソース端子)を、差動増幅回路の入力端子として利用することが望ましい。
「そのほか」
インバータIV1およびインバータIV2間に、昇圧コンバータCVを設けてもよい。この場合、インバータIV1およびインバータIV2のいずれか一方は、昇圧コンバータCVのスイッチング素子Sw#よりもコンデンサC2に近接するが、他方は、昇圧コンバータCVのコンデンサC2よりもそのスイッチング素子Sw#に近接することとなる。
上記第4の実施形態において、差動増幅回路の入力端子とされるケルビンエミッタ電極KEとしては、最近接するスイッチング素子のものに限らない。
ハイブリッド車としては、パラレルシリーズハイブリッド車に限らない。また、ハイブリッド車に限らず、たとえば車載主機の駆動エネルギをうるための手段として内燃機関を備えない電気自動車や燃料電池車等であってもよい。
20,30…差動増幅回路(電圧変換回路の一実施形態)、40…マイコン、IV1,IV2…インバータ、Swp,Swn…スイッチング素子。

Claims (13)

  1. 電力変換回路を備える高電圧回路と、前記電力変換回路を操作する手段を含んで且つ前記高電圧回路よりもその動作電圧の低い低電圧回路とを備えて構成される電力変換装置において、
    前記低電圧回路および前記高電圧回路の少なくとも一部は、単一の基板上に形成され、
    前記基板には、前記高電圧回路の周囲に絶縁領域が設けられ、
    前記電力変換回路の入力電圧を前記低電圧回路を構成する電圧検出手段の入力可能なアナログ電圧に変換する電圧変換回路を備え、
    前記電圧変換回路の周囲に設けられた絶縁領域を、他の高電圧回路の周囲に設けられた前記絶縁領域および前記基板の端部の少なくとも一方と共有したことを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記電力変換回路は、車載主機としての回転機に接続されることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
  3. 前記高電圧回路と前記低電圧回路とは、絶縁手段を介して通信することを特徴とする請求項1または2記載の電力変換装置。
  4. 前記電圧変換回路の一対の入力端子が前記基板上に形成され、
    該一対の入力端子を、前記絶縁領域および前記端部の少なくとも一方に沿って形成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  5. 前記電力変換回路は、回転機に接続される直流交流変換回路と、直流電圧源の電圧を昇圧して前記直流交流変換回路に出力する昇圧回路とを備え、
    前記電圧変換回路は、前記直流交流変換回路の入力電圧を変換する第1電圧変換回路と、前記昇圧回路の入力電圧を変換する第2電圧変換回路とを備え、
    前記第1電圧変換回路の高電位側の入力端子、および前記第2電圧変換回路の高電位側の入力端子を、前記絶縁領域および前記端部の少なくとも一方に沿って形成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  6. 前記電圧変換回路は、一対の入力端子のいずれかの電位と前記低電圧回路の接地電位との電位差を分圧するための複数の抵抗体を備え、
    前記複数の抵抗体は、少なくともその一部且つ複数が前記絶縁領域および前記端部の少なくとも一方に沿って形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  7. 前記電圧変換回路の周囲に設けられた絶縁領域を、他の高電圧回路の周囲に設けられた絶縁領域と共有したことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  8. 前記電圧変換回路の周囲に設けられた絶縁領域を、前記基板の端部と共有したことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  9. 前記電力変換回路は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の直列接続体を備え、
    前記電圧変換回路の一方の入力端子を、前記基板に挿入された前記高電位側のスイッチング素子の端子であって且つその入力端子と同電位の端子および前記基板に挿入された前記低電位側のスイッチング素子の端子であって且つその出力端子と同電位の端子のいずれかとすることを特徴とする請求項1〜3,6〜8のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  10. 前記電力変換回路の一対の入力端子には、コンデンサが接続されており、
    前記電圧変換回路の前記一方の入力端子とされる前記同電位の端子は、該同電位の端子のうち前記コンデンサに最近接するものであることを特徴とする請求項9記載の電力変換装置。
  11. 前記電圧変換回路の入力端子は、前記基板に局所フローによって接続されるものであり、
    前記局所フローによる部品の配置禁止区域に前記絶縁領域および前記端部の少なくとも一方についての少なくとも一部が含まれることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  12. 前記電圧変換回路は、一対の入力端子のそれぞれの電位と前記低電圧回路の接地電位との電位差を分圧するための複数の抵抗体を備え、
    前記一対の入力端子のそれぞれに接続される前記抵抗体は、前記接地電位側のもの同士が対向するように前記絶縁領域および前記端部の少なくとも一方に沿って一列に配置されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  13. 前記電力変換回路は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の直列接続体を複数備えて且つ、これら高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子とが互いに平行に配置されており、
    前記電圧変換回路は、一対の入力端子のそれぞれの電位と前記低電圧回路の接地電位との電位差を分圧するための複数の抵抗体を備え、
    前記一対の入力端子のそれぞれに接続される前記複数の抵抗体の組は、前記高電位側のスイッチング素子の列および前記低電位側のスイッチング素子の列の間に互いに並列に配置されるとともに、前記接地電位側のものほど、前記低電圧回路の配置箇所に近づくようにして配置されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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