JP6045992B2 - Power switching equipment - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチング素子により電力の供給と遮断とを切換える電力スイッチング装置に関する。 The present invention relates to a power switching device that switches between power supply and cutoff by a switching element.
従来より、例えば、電動車両に搭載されるインバータ装置のように、電源から電気負荷（電動機等）への高圧電力の供給と遮断とを、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子により行う電力スイッチング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, for example, an inverter device mounted on an electric vehicle has been known to have a power switching device that uses a switching element such as a MOSFET or IGBT to supply and cut off high voltage power from a power source to an electric load (such as an electric motor). (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献１に記載された電力スイッチング装置においては、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ（導通状態／遮断状態）を制御する低圧系（５Ｖ等）の制御回路と、高圧系（数十〜数百Ｖ）のスイッチング素子のゲート駆動回路との間の制御信号の伝達を電気的に絶縁して行うために、フォトカプラが用いられている。 In the power switching device described in Patent Document 1, a control circuit of a low voltage system (such as 5V) for controlling ON / OFF (conduction state / cutoff state) of the switching element, and a high voltage system (several tens to several hundreds V) A photocoupler is used in order to electrically insulate the transmission of the control signal with the gate drive circuit of the switching element.
特許文献１に記載された電力スイッチング装置においては、フォトカプラにより低圧系の回路と高圧系の回路との間の絶縁を行うことで、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ時に高圧系の回路で発生するノイズ信号が、低圧系の回路に伝播して低圧系の回路の誤動作や故障が生じることを抑制している。 In the power switching device described in Patent Document 1, noise generated in the high-voltage circuit when the switching element is turned on / off by insulating between the low-voltage circuit and the high-voltage circuit by a photocoupler. The signal is prevented from propagating to the low-voltage circuit and causing a malfunction or failure of the low-voltage circuit.
ここで、フォトカプラは高価であるため、他の種類の絶縁素子として、比較的安価な磁気絶縁素子を採用することが考えられる。しかしながら、磁気絶縁素子は、フォトカプラよりも耐ノイズ性能が低いという不都合がある。 Here, since the photocoupler is expensive, it is conceivable to employ a relatively inexpensive magnetic insulating element as another type of insulating element. However, the magnetic insulation element has a disadvantage that its noise resistance performance is lower than that of a photocoupler.
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、磁気絶縁素子を用いて信号伝達を行うときの、耐ノイズ性能を高めた電力スイッチング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and an object thereof is to provide a power switching device having improved noise resistance when a signal is transmitted using a magnetic insulating element.
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、
直流電力出力回路の高電位出力部に接続された高電位バスバー、及び該直流電力出力回路の低電位出力部に接続された低電位バスバーと、
上アーム基板に実装されて前記高電位バスバーとの導通と遮断とを切換えるスイッチング素子と、下アーム基板に実装されて前記低電位バスバーとの導通と遮断とを切換えるスイッチング素子とから成り、互いに整列して配置される複数のスイッチング回路と、
前記スイッチング回路同士の間の近傍に設けられて互いに所定間隔をもって配置され、前記複数のスイッチング回路のいずれかにより、前記高電位バスバー及び前記低電位バスバーとの導通と遮断とが切換えられる複数の出力バスバーと、
前記複数のスイッチング素子に対して個別に接続して設けられ、所定の制御信号を磁気結合により電気的に絶縁して入力し、該制御信号に同期したゲート駆動信号を、接続されたスイッチング素子のゲート端子に出力する複数の磁気絶縁素子と、
前記上アーム基板及び前記下アーム基板と平行に配置されて、前記複数の磁気絶縁素子が実装され、前記複数の磁気絶縁素子のうちの少なくとも１個の特定磁気絶縁素子が、該特定磁気絶縁素子から前記ゲート駆動信号が出力されるスイッチング素子に接続された特定出力バスバーと、該特定出力バスバーに隣接する他の出力バスバーの間に位置する箇所に、該特定磁気絶縁素子と該特定出力バスバーとの間隔を、該特定磁気絶縁素子と該他の出力バスバーとの間隔よりも広くして実装されたゲート駆動基板と
を備えたことを特徴とする。
The present invention has been made to achieve the above object,
A high potential bus bar connected to the high potential output portion of the DC power output circuit, and a low potential bus bar connected to the low potential output portion of the DC power output circuit;
A switching element mounted on the upper arm board for switching between conduction and interruption with the high-potential bus bar and a switching element mounted on the lower arm board for switching between conduction and interruption with the low-potential bus bar and aligned with each other A plurality of switching circuits arranged as
A plurality of outputs that are provided in the vicinity between the switching circuits and are arranged at a predetermined interval, and are switched between conduction and interruption with the high potential bus bar and the low potential bus bar by any of the plurality of switching circuits. A bus bar,
Provided individually connected to the plurality of switching elements, a predetermined control signal is electrically insulated and input by magnetic coupling, and a gate drive signal synchronized with the control signal is input to the connected switching element. A plurality of magnetic insulation elements that output to the gate terminal;
The plurality of magnetic insulation elements are mounted in parallel with the upper arm substrate and the lower arm substrate, and at least one specific magnetic insulation element of the plurality of magnetic insulation elements is the specific magnetic insulation element. The specific output bus bar connected to the switching element from which the gate drive signal is output, and the specific magnetic insulation element and the specific output bus bar at a position located between other output bus bars adjacent to the specific output bus bar, And a gate drive substrate mounted with the specific magnetic insulation element wider than the distance between the specific magnetic insulation element and the other output bus bar.
かかる本発明によれば、前記高電位バスバー及び前記低電位バスバーと、前記複数の出力バスバーとの間の導通と遮断とが、各出力バスバーに対して個別に設けられた前記スイッチング回路のスイッチング素子によって切換えられる。そして、このように前記高電位バスバー及び前記低電位バスバーと、前記出力バスバーとの間の導通と遮断を切換える時には、前記出力バスバーにノイズが生じ易い。 According to the present invention, the switching element of the switching circuit in which conduction and blocking between the high potential bus bar and the low potential bus bar and the plurality of output bus bars are individually provided for each output bus bar. Switched by. When switching between conduction and interruption between the high potential bus bar and the low potential bus bar and the output bus bar in this way, noise is likely to occur in the output bus bar.
そこで、前記ゲート駆動基板においては、前記特定出力バスバーと前記特定出力バスバーに隣接する他の出力バスバーとの間に位置する箇所に実装されて、前記特定出力バスバーに接続されたスイッチング素子に駆動信号を出力する前記特定磁気絶縁素子を、前記特定磁気絶縁素子と前記特定出力バスバーとの間隔を、前記特定磁気絶縁素子と前記他の出力バスバーとの間隔よりも広くして実装している。そして、これにより、前記特定磁気絶縁素子による前記特定出力バスバーと前記高電位バスバー又は前記低電位バスバー間の導通と遮断の切り替えに伴って前記特定出力バスバーで生じるノイズによる、前記特定磁気絶縁素子への影響を低減して、前記特定磁気絶縁素子により信号伝達を行う際の耐ノイズ性能を高めることができる。 Therefore, in the gate drive substrate, a drive signal is applied to a switching element connected to the specific output bus bar, which is mounted at a position located between the specific output bus bar and another output bus bar adjacent to the specific output bus bar. The specific magnetic insulation element that outputs is mounted such that the interval between the specific magnetic insulation element and the specific output bus bar is wider than the interval between the specific magnetic insulation element and the other output bus bar. Thus, to the specific magnetic insulation element due to noise generated in the specific output bus bar due to switching between conduction and cutoff between the specific output bus bar and the high potential bus bar or the low potential bus bar by the specific magnetic insulation element The noise resistance performance when performing signal transmission by the specific magnetic insulation element can be improved.
また、前記直流電力出力回路は、直流電源から出力される電力をスイッチングすることにより昇圧して出力する昇圧回路であり、
前記複数の磁気絶縁素子は、前記昇圧回路から所定距離以上離間して配置されていることを特徴とする。
The DC power output circuit is a booster circuit that boosts and outputs power by switching power output from a DC power supply,
The plurality of magnetic insulating elements are arranged at a predetermined distance or more away from the booster circuit.
この構成によれば、前記昇圧回路におけるスイッチングにより生じるノイズが前記磁気絶縁素子に与える影響を低減して、前記磁気絶縁素子により信号伝達を行う際の耐ノイズ性能を高めることができる。 According to this configuration, it is possible to reduce the influence of noise generated by switching in the booster circuit on the magnetic insulation element, and to improve noise resistance performance when signal transmission is performed by the magnetic insulation element.
本発明の電力スイッチング装置の実施形態の一例について、図１〜図３を参照して説明する。 An example of an embodiment of a power switching device of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１を参照して、本実施形態の電力スイッチング装置１は、電動車両に搭載して使用されるものである。電力スイッチング装置１は、コントローラ２００から出力される制御信号に従って、バッテリ１０（本発明の直流電源に相当する）から出力される直流電力から、駆動用の電動機３００に出力する３相の駆動用電力を生成すると共に、発電機３１０で発生する回生電力をバッテリ１０に回収する。 With reference to FIG. 1, a power switching device 1 of the present embodiment is used by being mounted on an electric vehicle. In accordance with a control signal output from the controller 200, the power switching device 1 is a three-phase driving power output to the driving motor 300 from the DC power output from the battery 10 (corresponding to the DC power source of the present invention). And the regenerative power generated by the generator 310 is collected in the battery 10.
電力スイッチング装置１は、バッテリ１０から出力される直流電力を昇圧して出力する昇圧回路４０（本発明の直流電力出力回路に相当する）と、バッテリ１０とバッテリバスバー８０，８２により接続された昇圧回路４０の高電位出力部４５に接続された高電位バスバー８１と、昇圧回路４０の低電位出力部４６に接続された低電位バスバー８３と、高電位バスバー８１及び低電位バスバー８３に接続された第１インバータ回路５０及び第２インバータ回路６０と、高電位バスバー８１及び低電位バスバー８３の間に接続されたコンデンサ７０と、コントローラ２００から出力される制御信号を、この制御信号に同期した第１インバータ回路５０及び第２インバータ回路６０用の駆動信号に変換して出力するゲート駆動基板２０とを備えている。 The power switching device 1 includes a booster circuit 40 (corresponding to a DC power output circuit of the present invention) that boosts and outputs DC power output from the battery 10, and a booster connected by the battery 10 and the battery bus bars 80 and 82. The high potential bus bar 81 connected to the high potential output unit 45 of the circuit 40, the low potential bus bar 83 connected to the low potential output unit 46 of the booster circuit 40, and the high potential bus bar 81 and the low potential bus bar 83 The first inverter circuit 50 and the second inverter circuit 60, the capacitor 70 connected between the high potential bus bar 81 and the low potential bus bar 83, and the control signal output from the controller 200 are synchronized with the control signal. A gate drive substrate 20 for converting into drive signals for the inverter circuit 50 and the second inverter circuit 60 and outputting the drive signals. That.
昇圧回路４０は、図示しない高電位側（ＨＩ−ＳＩＤＥ）のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）と低電位側（ＬＯＷ−ＳＩＤＥ）のＩＧＢＴとを備えている。 The booster circuit 40 includes a high potential side (HI-SIDE) IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a low potential side (LOW-SIDE) IGBT (not shown).
第１インバータ回路５０は、Ｕ相用の出力バスバー５５、Ｖ相用の出力バスバー５６、及びＷ相用の出力バスバー５７により、発電機３１０と接続されている。第１インバータ回路５０は、出力バスバー５５〜５７に対して個別に設けられた、発電機３１０のＵ相用のスイッチング回路５１と、発電機３１０のＶ相用のスイッチング回路５２と、発電機３１０のＷ相用のスイッチング回路５３とを備えている。 The first inverter circuit 50 is connected to the generator 310 by a U-phase output bus bar 55, a V-phase output bus bar 56, and a W-phase output bus bar 57. The first inverter circuit 50 includes a switching circuit 51 for the U phase of the generator 310, a switching circuit 52 for the V phase of the generator 310, and the generator 310, which are individually provided for the output bus bars 55 to 57. Switching circuit 53 for the W phase.
発電機３１０のＵ相用のスイッチング回路５１、Ｖ相用のスイッチング回路５２、及びＷ相用のスイッチング回路５３は、互いに整列して配置されている。また、出力バスバー５５は、Ｕ相用のスイッチング回路５１とＶ相用のスイッチング回路５２の間の近傍に設けられて、出力バスバー５６と互いに所定間隔をもって配置されている。同様に、出力バスバー５６は、Ｖ相用のスイッチング回路５２とＷ相用のスイッチング回路５３との間の近傍に設けられて、出力バスバー５５，５７と互いに所定間隔をもって配置されている。 The U-phase switching circuit 51, the V-phase switching circuit 52, and the W-phase switching circuit 53 of the generator 310 are arranged in alignment with each other. The output bus bar 55 is provided in the vicinity of the U-phase switching circuit 51 and the V-phase switching circuit 52, and is arranged at a predetermined interval from the output bus bar 56. Similarly, the output bus bar 56 is provided in the vicinity between the V-phase switching circuit 52 and the W-phase switching circuit 53 and is arranged at a predetermined interval from the output bus bars 55 and 57.
Ｕ相用のスイッチング回路５１は、高電位バスバー８１とＵ相用の出力バスバー５５との間に接続されたＩＧＢＴ５１ａ（本発明のスイッチング素子に相当する）と、低電位バスバー８３とＵ相用の出力バスバー５５との間に接続されたＩＧＢＴ５１ｂ（本発明のスイッチング素子に相当する）とを備えている。 The U-phase switching circuit 51 includes an IGBT 51a (corresponding to the switching element of the present invention) connected between the high-potential bus bar 81 and the U-phase output bus bar 55, a low-potential bus bar 83, and the U-phase bus bar. IGBT 51b (equivalent to the switching element of this invention) connected between the output bus bars 55 is provided.
ＩＧＢＴ５１ａのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２１ａに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２１ａを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ５１ａのＯＮ／ＯＦＦ（導通／遮断）が制御される。同様に、ＩＧＢＴ５１ｂのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２１ｂに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２１ｂを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ５１ｂのＯＮ／ＯＦＦが制御される。 The gate terminal of the IGBT 51a is connected to the magnetic insulation element 21a of the gate drive substrate 20, and the ON / OFF (conduction / cut-off) of the IGBT 51a is controlled by the gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 21a. Is done. Similarly, the gate terminal of the IGBT 51b is connected to the magnetic insulation element 21b of the gate drive substrate 20, and ON / OFF of the IGBT 51b is controlled by a gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 21b. .
Ｖ相用のスイッチング回路５２は、高電位バスバー８１とＶ相用の出力バスバー５６との間に接続されたＩＧＢＴ５２ａ（本発明のスイッチング素子に相当する）と、低電位バスバー８３とＶ相用の出力バスバー５６との間に接続されたＩＧＢＴ５２ｂ（本発明のスイッチング素子に相当する）とを備えている。 The V-phase switching circuit 52 includes an IGBT 52a (corresponding to a switching element of the present invention) connected between the high-potential bus bar 81 and the V-phase output bus bar 56, a low-potential bus bar 83, and the V-phase output bus bar 56. An IGBT 52b (corresponding to the switching element of the present invention) connected between the output bus bar 56 is provided.
ＩＧＢＴ５２ａのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２２ａに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２２ａを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ５２ａのＯＮ／ＯＦＦ（導通／遮断）が制御される。同様に、ＩＧＢＴ５２ｂのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２２ｂに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２２ｂを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ５２ｂのＯＮ／ＯＦＦが制御される。 The gate terminal of the IGBT 52a is connected to the magnetic insulation element 22a of the gate drive substrate 20, and the ON / OFF (conduction / cutoff) of the IGBT 52a is controlled by the gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 22a. Is done. Similarly, the gate terminal of the IGBT 52b is connected to the magnetic insulation element 22b of the gate drive substrate 20, and ON / OFF of the IGBT 52b is controlled by a gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 22b. .
Ｗ相用のスイッチング回路５３は、高電位バスバー８１とＷ相用の出力バスバー５７との間に接続されたＩＧＢＴ５３ａ（本発明のスイッチング素子に相当する）と、低電位バスバー８３とＷ相用の出力バスバー５７との間に接続されたＩＧＢＴ５３ｂ（本発明のスイッチング素子に相当する）とを備えている。 The W-phase switching circuit 53 includes an IGBT 53a (corresponding to the switching element of the present invention) connected between the high-potential bus bar 81 and the W-phase output bus bar 57, a low-potential bus bar 83, and a W-phase bus bar. IGBT53b (equivalent to the switching element of this invention) connected between the output bus bars 57 is provided.
ＩＧＢＴ５３ａのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２３ａに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２３ａを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ５３ａのＯＮ／ＯＦＦ（導通／遮断）が制御される。同様に、ＩＧＢＴ５３ｂのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２３ｂに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２３ｂを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ５３ｂのＯＮ／ＯＦＦが制御される。 The gate terminal of the IGBT 53a is connected to the magnetic insulation element 23a of the gate drive substrate 20, and the ON / OFF (conduction / cut-off) of the IGBT 53a is controlled by the gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 23a. Is done. Similarly, the gate terminal of the IGBT 53b is connected to the magnetic insulation element 23b of the gate drive substrate 20, and ON / OFF of the IGBT 53b is controlled by a gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 23b. .
次に、第２インバータ回路６０は、Ｕ相用の出力バスバー６５、Ｖ相用の出力バスバー６６、及びＷ相用の出力バスバー６７により電動機３００と接続されている。第２インバータ回路６０は、出力バスバー６５〜６７に対して個別に設けられた、電動機３００のＵ相用のスイッチング回路６１と、電動機３００のＶ相用のスイッチング回路６２と、電動機３００のＷ相用のスイッチング回路６３とを備えている。 Next, the second inverter circuit 60 is connected to the electric motor 300 by an output bus bar 65 for U phase, an output bus bar 66 for V phase, and an output bus bar 67 for W phase. The second inverter circuit 60 includes a switching circuit 61 for the U phase of the electric motor 300, a switching circuit 62 for the V phase of the electric motor 300, and a W phase of the electric motor 300, which are individually provided for the output bus bars 65 to 67. Switching circuit 63.
電動機３００のＵ相用のスイッチング回路６１、Ｖ相用のスイッチング回路６２、及びＷ相用のスイッチング回路６３は、互いに整列して配置されている。また、出力バスバー６５は、Ｕ相用のスイッチング回路６１とＶ相用のスイッチング回路６２の間の近傍に設けられて、出力バスバー６６と互いに所定間隔をもって配置されている。同様に、出力バスバー６６は、Ｖ相用のスイッチング回路６２とＷ相用のスイッチング回路６３との間の近傍に設けられて、出力バスバー６５，６７と互いに所定間隔をもって配置されている。 The switching circuit 61 for U phase, the switching circuit 62 for V phase, and the switching circuit 63 for W phase of the electric motor 300 are arranged in alignment with each other. The output bus bar 65 is provided in the vicinity between the switching circuit 61 for U phase and the switching circuit 62 for V phase, and is arranged at a predetermined interval from the output bus bar 66. Similarly, the output bus bar 66 is provided in the vicinity between the V-phase switching circuit 62 and the W-phase switching circuit 63 and is arranged at a predetermined interval from the output bus bars 65 and 67.
Ｕ相用のスイッチング回路６１は、高電位バスバー８１とＵ相用の出力バスバー６５との間に接続されたＩＧＢＴ６１ａ（本発明のスイッチング素子に相当する）と、低電位バスバー８３とＵ相用の出力バスバー６５との間に接続されたＩＧＢＴ６１ｂ（本発明のスイッチング素子に相当する）とを備えている。 The U-phase switching circuit 61 includes an IGBT 61a (corresponding to the switching element of the present invention) connected between the high-potential bus bar 81 and the U-phase output bus bar 65, a low-potential bus bar 83, and a U-phase bus bar. IGBT 61b (corresponding to the switching element of the present invention) connected between the output bus bar 65 is provided.
ＩＧＢＴ６１ａのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２４ａに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２４ａを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ６１ａのＯＮ／ＯＦＦ（導通／遮断）が制御される。同様に、ＩＧＢＴ６１ｂのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２４ｂに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２４ｂを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ６１ｂのＯＮ／ＯＦＦが制御される。 The gate terminal of the IGBT 61a is connected to the magnetic insulation element 24a of the gate drive substrate 20, and the ON / OFF (conduction / cut-off) of the IGBT 61a is controlled by the gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 24a. Is done. Similarly, the gate terminal of the IGBT 61b is connected to the magnetic insulation element 24b of the gate drive substrate 20, and ON / OFF of the IGBT 61b is controlled by a gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 24b. .
Ｖ相用のスイッチング回路６２は、高電位バスバー８１とＶ相用の出力バスバー６６との間に接続されたＩＧＢＴ６２ａ（本発明のスイッチング素子に相当する）と、低電位バスバー８３とＶ相用の出力バスバー６６との間に接続されたＩＧＢＴ６２ｂ（本発明のスイッチング素子に相当する）とを備えている。 The V-phase switching circuit 62 includes an IGBT 62a (corresponding to the switching element of the present invention) connected between the high-potential bus bar 81 and the V-phase output bus bar 66, a low-potential bus bar 83, and the V-phase bus circuit. IGBT 62b (corresponding to the switching element of the present invention) connected between the output bus bar 66 is provided.
ＩＧＢＴ６２ａのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２５ａに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２５ａを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ６２ａのＯＮ／ＯＦＦ（導通／遮断）が制御される。同様に、ＩＧＢＴ６２ｂのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２５ｂに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２５ｂを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ６２ｂのＯＮ／ＯＦＦが制御される。 The gate terminal of the IGBT 62a is connected to the magnetic insulation element 25a of the gate drive substrate 20, and the ON / OFF (conduction / cutoff) of the IGBT 62a is controlled by the gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 25a. Is done. Similarly, the gate terminal of the IGBT 62b is connected to the magnetic insulation element 25b of the gate drive substrate 20, and ON / OFF of the IGBT 62b is controlled by a gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 25b. .
Ｗ相用のスイッチング回路６３は、高電位バスバー８１とＷ相用の出力バスバー６７との間に接続されたＩＧＢＴ６３ａ（本発明のスイッチング素子に相当する）と、低電位バスバー８３とＷ相用の出力バスバー６７との間に接続されたＩＧＢＴ６３ｂ（本発明のスイッチング素子に相当する）とを備えている。 The W-phase switching circuit 63 includes an IGBT 63a (corresponding to the switching element of the present invention) connected between the high-potential bus bar 81 and the W-phase output bus bar 67, a low-potential bus bar 83, and a W-phase bus bar. IGBT63b (equivalent to the switching element of this invention) connected between the output bus bars 67 is provided.
ＩＧＢＴ６３ａのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２６ａに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２６ａを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ６３ａのＯＮ／ＯＦＦ（導通／遮断）が制御される。同様に、ＩＧＢＴ６３ｂのゲート端子はゲート駆動基板２０の磁気絶縁素子２６ｂに接続されており、コントローラ２００から磁気絶縁素子２６ｂを介して出力されるゲート駆動信号によって、ＩＧＢＴ６３ｂのＯＮ／ＯＦＦが制御される。 The gate terminal of the IGBT 63a is connected to the magnetic insulation element 26a of the gate drive substrate 20, and the ON / OFF (conduction / cut-off) of the IGBT 63a is controlled by the gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 26a. Is done. Similarly, the gate terminal of the IGBT 63b is connected to the magnetic insulation element 26b of the gate drive substrate 20, and ON / OFF of the IGBT 63b is controlled by a gate drive signal output from the controller 200 via the magnetic insulation element 26b. .
磁気絶縁素子２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂは、電気的に絶縁した入出力間の信号伝達を、コイルを使用した磁気結合方式やＧＭＲ（Giant Magneto Resistive effect）センサを使用した磁気結合方式により行うものである。 The magnetic insulation elements 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, and 26b are used to transmit signals between electrically isolated inputs and outputs using a magnetic coupling method or a GMR. (Giant Magneto Resistive effect) This is performed by a magnetic coupling method using a sensor.
なお、高電位バスバー８１、低電位バスバー８３、出力バスバー５５〜５７，６５〜６７は、導電性の金属等により形成される。 Note that the high potential bus bar 81, the low potential bus bar 83, and the output bus bars 55 to 57 and 65 to 67 are formed of a conductive metal or the like.
次に、図２を参照して、電力スイッチング装置１は、冷却用のウォータジャケット３４にケース３３を装着し、ケース３３に、上述した昇圧回路４０と第１インバータ回路５０及び第２インバータ回路６０とが実装された上アーム基板３０及び下アーム基板３１と、シールド板３２と、ゲート駆動基板２０とを順に積層して組み込んで形成される。 Next, referring to FIG. 2, in the power switching device 1, the case 33 is mounted on the cooling water jacket 34, and the above-described booster circuit 40, the first inverter circuit 50, and the second inverter circuit 60 are attached to the case 33. And the upper arm substrate 30, the lower arm substrate 31, the shield plate 32, and the gate drive substrate 20 are sequentially stacked and assembled.
また、図３は、上アーム基板３０及び下アーム基板３１の上にシールド板３２とゲート駆動基板２０を重ねた状態を、出力バスバー６５の側面方向から見た状態を示した一部断面図である。図３に示したように、上アーム基板３０と下アーム基板３１は、平行に配置された高電位バスバー８１及び低電位バスバー８３を挟んで配置されている。ＩＧＢＴ６１ａは、接続片１１０を介してコレクタ端子が高電位バスバー８１に接続されると共に、接続片１１１を介してエミッタ端子が出力バスバー６５に接続されている。また、ＩＧＢＴ６１ｂは、コレクタ端子が出力バスバー６５に接続されると共に、接続片１１３を介してエミッタ端子が低電位バスバー８３に接続されている。 FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a state in which the shield plate 32 and the gate drive substrate 20 are superimposed on the upper arm substrate 30 and the lower arm substrate 31 as viewed from the side of the output bus bar 65. is there. As shown in FIG. 3, the upper arm substrate 30 and the lower arm substrate 31 are arranged with a high potential bus bar 81 and a low potential bus bar 83 arranged in parallel. The IGBT 61 a has a collector terminal connected to the high potential bus bar 81 via the connection piece 110 and an emitter terminal connected to the output bus bar 65 via the connection piece 111. The IGBT 61 b has a collector terminal connected to the output bus bar 65 and an emitter terminal connected to the low potential bus bar 83 via the connection piece 113.
次に、図４は、ゲート駆動基板２０における出力バスバー５５〜５７及び６５〜６７の配置と磁気絶縁素子の実装位置を示したものである。 Next, FIG. 4 shows the arrangement of the output bus bars 55 to 57 and 65 to 67 on the gate drive substrate 20 and the mounting position of the magnetic insulation element.
出力バスバー５５〜５７及び６５〜６７は、ゲート駆動基板２０の左端と右端間に延びた高電位バスバー８１及び低電位バスバー８３の配置箇所から下側に延びる方向に、所定間隔をもって互いに平行に配置されている。この場合、出力バスバー５５，５６，５７，６５，６６，６７は、高電位バスバー８１及び低電位バスバー８３とほぼ垂直に配置されている。 The output bus bars 55 to 57 and 65 to 67 are arranged in parallel with each other at a predetermined interval in a direction extending downward from the arrangement place of the high potential bus bar 81 and the low potential bus bar 83 extending between the left end and the right end of the gate driving substrate 20. Has been. In this case, the output bus bars 55, 56, 57, 65, 66, and 67 are disposed substantially perpendicular to the high potential bus bar 81 and the low potential bus bar 83.
第１インバータ回路５０のＩＧＢＴ５１ｂにゲート駆動信号を出力する磁気絶縁素子２１ｂ（特定磁気絶縁素子）は、ＩＧＢＴ５１ｂに接続された出力バスバー５５（本発明の特定出力バスバーに相当する）と、出力バスバー５５に隣接した他の出力バスバー５６との間に配置されている。 The magnetic insulation element 21b (specific magnetic insulation element) that outputs a gate drive signal to the IGBT 51b of the first inverter circuit 50 includes an output bus bar 55 (corresponding to the specific output bus bar of the present invention) connected to the IGBT 51b, and an output bus bar 55. Between other output bus bars 56 adjacent to each other.
そして、磁気絶縁素子２１ｂと出力バスバー５５の間隔Ｗ１を、磁気絶縁素子２１ｂと出力バスバー５６の間隔Ｗ２よりも広くして（磁気絶縁素子２１ｂを出力バスバー５６側に寄せて）実装されている。このような位置に磁気絶縁素子２１ｂを実装することによって、ＩＧＢＴ５１ｂ（図１参照）により高電位バスバー８１と出力バスバー５５間の導通と遮断を切換える際に生じるノイズが磁気絶縁素子２１ｂに与える影響を低減することができる。 The mounting is performed such that the interval W1 between the magnetic insulating element 21b and the output bus bar 55 is wider than the interval W2 between the magnetic insulating element 21b and the output bus bar 56 (the magnetic insulating element 21b is moved closer to the output bus bar 56). By mounting the magnetic insulation element 21b at such a position, the noise generated when switching between conduction and interruption between the high potential bus bar 81 and the output bus bar 55 by the IGBT 51b (see FIG. 1) has an effect on the magnetic insulation element 21b. Can be reduced.
また、磁気絶縁素子２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂについても、ゲート駆動信号を出力するＩＧＢＴに接続された出力バスバーから離間させて実装することにより、ノイズの影響を低減させている。 In addition, the magnetic insulating elements 22b, 23b, 24b, and 25b are also mounted away from the output bus bar connected to the IGBT that outputs the gate drive signal, thereby reducing the influence of noise.
また、磁気絶縁素子２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂは、昇圧回路４０から所定距離（バッテリバスバー８０から磁気絶縁素子２１ｂまでの距離）以上離間した位置に実装されている。そして、これにより、昇圧回路４０のＩＧＢＴのスイッチング動作に伴って、バッテリバスバー８０で発生するノイズが、磁気絶縁素子２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂに与える影響を低減している。 Further, the magnetic insulation elements 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, and 26b are equal to or greater than a predetermined distance from the booster circuit 40 (distance from the battery bus bar 80 to the magnetic insulation element 21b). It is mounted at a spaced position. As a result, the noise generated in the battery bus bar 80 in association with the IGBT switching operation of the booster circuit 40 causes the magnetic insulation elements 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a. , 26b.
なお、本実施形態では、本発明の電力スイッチング装置として、電動車両に搭載された電動機及び発電機との電力の導通と遮断を切換える装置を示したが、本発明の適用対象はこれに限られず、複数の出力バスバーの間に磁気絶縁素子を配置する構成とする場合に、本発明を適用することができる。 In the present embodiment, as the power switching device of the present invention, a device that switches between conduction and interruption of electric power with an electric motor and a generator mounted on an electric vehicle is shown, but the application target of the present invention is not limited thereto. The present invention can be applied to a configuration in which a magnetic insulating element is disposed between a plurality of output bus bars.
また、本実施形態では、昇圧回路４０を備えて昇圧回路４０の出力部を高電位バスバー８１と低電位バスバー８３に接続したが、昇圧回路４０を備えずに、バッテリ１０の出力部を高電位バスバー８１及び低電位バスバー８３に接続する場合にも、本発明の適用が可能である。 In this embodiment, the booster circuit 40 is provided and the output part of the booster circuit 40 is connected to the high potential bus bar 81 and the low potential bus bar 83. However, the booster circuit 40 is not provided and the output part of the battery 10 is connected to the high potential bus bar 81. The present invention can also be applied when connecting to the bus bar 81 and the low potential bus bar 83.
また、本実施形態では、本発明のＩＧＢＴとしてＩＧＢＴを用いたが、ＭＳＯＦＥＴやリレー等の他の種類のスイッチング素子を用いてもよい。 Moreover, in this embodiment, IGBT was used as IGBT of this invention, However, You may use other types of switching elements, such as MSOFET and a relay.
１…電力スイッチング装置、１０…バッテリ、２０…ゲート駆動基板、２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ…磁気絶縁素子、３０…上アーム基板、３１…下アーム基板、４０…昇圧回路、５０…第１インバータ回路、５１，５２，５３…スイッチング回路、５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ…ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、５５，５５，５７…出力バスバー、６０…第２インバータ回路、６１，６２，６３…スイッチング回路、６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ…ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、６５，６６，６７…出力バスバー、８１…高電位バスバー、８３…低電位バスバー、３００…電動機、３１０…発電機。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power switching apparatus, 10 ... Battery, 20 ... Gate drive board | substrate, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b ... Magnetic insulation element, 30 ... Upper arm board | substrate, 31 ... lower arm substrate, 40 ... booster circuit, 50 ... first inverter circuit, 51, 52, 53 ... switching circuit, 51a, 51b, 52a, 52b, 53a, 53b ... IGBT (switching element), 55, 55, 57 ... output bus bar, 60 ... second inverter circuit, 61, 62, 63 ... switching circuit, 61a, 61b, 62a, 62b, 63a, 63b ... IGBT (switching element), 65, 66, 67 ... output bus bar, 81 ... high Potential bus bar, 83 ... low potential bus bar, 300 ... electric motor, 310 ... generator.
Claims (2)
上アーム基板に実装されて前記高電位バスバーとの導通と遮断とを切換えるスイッチング素子と、下アーム基板に実装されて前記低電位バスバーとの導通と遮断とを切換えるスイッチング素子とから成り、互いに整列して配置される複数のスイッチング回路と、
前記スイッチング回路同士の間の近傍に設けられて互いに所定間隔をもって配置され、前記複数のスイッチング回路のいずれかにより、前記高電位バスバー及び前記低電位バスバーとの導通と遮断とが切換えられる複数の出力バスバーと、
前記複数のスイッチング素子に対して個別に接続して設けられ、所定の制御信号を磁気結合により電気的に絶縁して入力し、該制御信号に同期したゲート駆動信号を、接続されたスイッチング素子のゲート端子に出力する複数の磁気絶縁素子と、
前記上アーム基板及び前記下アーム基板と平行に配置されて、前記複数の磁気絶縁素子が実装され、前記複数の磁気絶縁素子のうちの少なくとも１個の特定磁気絶縁素子が、該特定磁気絶縁素子から前記ゲート駆動信号が出力されるスイッチング素子に接続された特定出力バスバーと、該特定出力バスバーに隣接する他の出力バスバーの間に位置する箇所に、該特定磁気絶縁素子と該特定出力バスバーとの間隔を、該特定磁気絶縁素子と該他の出力バスバーとの間隔よりも広くして実装されたゲート駆動基板と
を備えたことを特徴とする電力スイッチング装置。 A high potential bus bar connected to the high potential output portion of the DC power output circuit, and a low potential bus bar connected to the low potential output portion of the DC power output circuit;
A switching element mounted on the upper arm board for switching between conduction and interruption with the high-potential bus bar and a switching element mounted on the lower arm board for switching between conduction and interruption with the low-potential bus bar and aligned with each other A plurality of switching circuits arranged as
A plurality of outputs that are provided in the vicinity between the switching circuits and are arranged at a predetermined interval, and are switched between conduction and interruption with the high potential bus bar and the low potential bus bar by any of the plurality of switching circuits. A bus bar,
Provided individually connected to the plurality of switching elements, a predetermined control signal is electrically insulated and input by magnetic coupling, and a gate drive signal synchronized with the control signal is input to the connected switching element. A plurality of magnetic insulation elements that output to the gate terminal;
The plurality of magnetic insulation elements are mounted in parallel with the upper arm substrate and the lower arm substrate, and at least one specific magnetic insulation element of the plurality of magnetic insulation elements is the specific magnetic insulation element. The specific output bus bar connected to the switching element from which the gate drive signal is output, and the specific magnetic insulation element and the specific output bus bar at a position located between other output bus bars adjacent to the specific output bus bar, A power switching device comprising: a gate drive substrate mounted so that a gap between the specific magnetic insulation element and the other output bus bar is wider.
前記直流電力出力回路は、直流電源から出力される電力をスイッチングすることにより昇圧して出力する昇圧回路であり、
前記複数の磁気絶縁素子は、前記昇圧回路から所定距離以上離間して配置されていることを特徴とする電力スイッチング装置。
The power switching device according to claim 1, wherein
The DC power output circuit is a booster circuit that boosts and outputs power by switching power output from a DC power source,
The power switching device, wherein the plurality of magnetic insulating elements are arranged at a predetermined distance or more away from the booster circuit.
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