JP6373454B1

JP6373454B1 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP6373454B1
Application number: JP2017109006A
Authority: JP
Inventors: 秀人馬庭
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2037-06-01
Also published as: JP2018207623A

Abstract

【課題】配線基板が大きくなることがなく装置を小型化することができる、電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１では、トランス１１１の端子１１１とパワーモジュール１２０のパワー端子１２４とは、パワーモジュール１２０の制御端子１２３を挟んで配置されている。パワーモジュール１２０の制御端子１２３は、配線基板１００の配線パターンに電気的に接続されている。トランス１１０の一部の端子１１１ｂとパワーモジュール１２０の一部のパワー端子１２４ｂとは、配線基板１００の配線パターンとは異なるバスバー等の電力配線１５０，１５１によって電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。

大容量の電力を取り扱う電力変換装置では、装置の小型化やスイッチング素子の冷却性の向上のためにパワーモジュールが用いられる。パワーモジュールは、スイッチング素子の駆動を制御するための制御信号が入力される制御端子と、電力信号が入出力されるパワー端子とを有しており、これらの端子はパワーモジュールが接続される配線基板の配線パターンに電気的に接続されることが一般的である。また、パワーモジュールのパワー端子は、配線基板の配線パターンによって他の電気部品の端子と電気的に接続されることも多い（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２９０６１５号公報

しかしながら、電力変換装置の小型化を図るために極力空きスペースが生じないように各部品を配置すると、特にパワーモジュールのパワー端子に接続される部品が多数存在する場合には、全ての部品をパワー端子側に配置することができず、一部の部品を制御端子側に配置しなければならない場合もある。

その場合、例えば図２に示される配線基板５００において、パワーモジュール１２０の制御端子１２３側に配置される部品１１０の端子１１１とパワー端子１２４とを電気的に接続する配線パターン５０１，５０２が、部品１１０とパワーモジュール１２０との間に配置される他の回路１４０を迂回しなければならない場合がある。そのため、迂回のための配線パターン５０１，５０２に起因して配線基板５００が大きくなってしまい、装置が大型化してしまうという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、配線基板が大きくなることがなく装置を小型化することができる、電力変換装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子および当該スイッチング素子を駆動する制御信号が入力される制御端子を有するパワーモジュールと、パワーモジュールが接続される配線基板と、パワーモジュールの制御端子を挟んで配置されると共に電力信号が入出力される第１のパワー端子および第２のパワー端子とを備え、制御端子は、配線基板の配線パターンに電気的に接続されており、第１のパワー端子と第２のパワー端子とは、配線基板の配線パターンとは異なる電力配線によって電気的に接続されている。

本発明に係る電力変換装置によれば、配線基板が大きくなることがなく装置を小型化することができる。

本発明の実施の形態に係る電力変換装置の斜視図および側面図である。従来技術に係る電力変換装置の斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施の形態は一例であり、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置１の斜視図および側面図である。
電力変換装置１は、配線基板１００と、トランス１１０と、パワーモジュール１２０と、コンデンサ１３０と、制御回路１４０とから構成されている。制御回路１４０は、配線基板１００におけるトランス１１０とパワーモジュール１２０との間の領域に配置されている。

パワーモジュール１２０は、スイッチング素子（図示せず）と、スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示せず）と、制御端子１２３と、パワー端子１２４とを備えている。制御端子１２３は、駆動回路の端子に電気的に接続されており、駆動回路を制御するための制御信号が入力される。パワー端子１２４は、スイッチング素子の端子に電気的に接続されており、大容量の電力信号が入出力される。

なお、パワーモジュール１２０のスイッチング素子として、高速動作可能なワイドバンドギャップを有するＧａＮ（Gallium Nitride）やＳｉＣ（Silicon Carbide）を用いる場合には、ゲート配線の寄生成分による影響を排除するために、駆動回路はスイッチング素子の極力近くに配置されることが好ましい。

トランス１１０の端子１１１とパワーモジュール１２０のパワー端子１２４とは、パワーモジュール１２０の制御端子（端子列）１２３を挟んで配置されている。なお、本発明において、「端子Ａと端子Ｂとが端子Ｃ（端子列）を『挟んで』配置されている」とは、端子Ａと端子Ｂとを結ぶ直線が端子列Ｃと交差するすべての場合を含むものとする。

トランス１１０の一部の端子１１１ａと、パワーモジュール１２０の制御端子１２３と、パワーモジュール１２０の一部のパワー端子１２４ａと、コンデンサ１３０の端子１３１とは、配線基板１００の配線パターン（図示せず）に電気的に接続されている。

トランス１１０の一部の端子１１１ｂと、パワーモジュール１２０の一部のパワー端子１２４ｂとは、配線基板１００の配線パターンとは異なるバスバー等の電力配線１５０，１５１によって電気的に接続されている。ここで、電力配線１５０，１５１は、パワーモジュール１２０上に存在する空間を利用して配置されている。換言すれば、電力配線１５０，１５１は、パワーモジュール１２０を横切って配置されている。

なお、パワーモジュール１２０の制御端子１２３と電力配線１５０，１５１との間の距離が短い場合には、電力配線１５０，１５１を図示しない絶縁材で覆うことにより、パワーモジュール１２０の制御端子１２３と、（電力配線１５０，１５１に電気的に接続される）パワー端子１２４との間の電気的な絶縁を確保することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る電力変換装置１では、トランス１１１の端子１１１とパワーモジュール１２０のパワー端子１２４とは、パワーモジュール１２０の制御端子１２３を挟んで配置されている。そして、パワーモジュール１２０の制御端子１２３は配線基板１００の配線パターンに電気的に接続されているが、トランス１１０の一部の端子１１１ｂとパワーモジュール１２０の一部のパワー端子１２４ｂとは、配線基板１００の配線パターンとは異なるバスバー等の電力配線１５０，１５１によって電気的に接続されている。

このような構成とすることにより、トランス１１０の一部の端子１１１ｂとパワーモジュール１２０の一部のパワー端子１２４ｂとを電気的に接続する際に、配線基板１００に制御回路１４０を迂回する配線パターンを設ける必要がないため、配線基板１００が大きくなることがなく、装置を小型化することができる。

また、電力配線１５０，１５１は、パワーモジュール１２０上に存在する空間を利用して配置されているため、配線基板１００上の空間を効率よく利用することができ、さらに装置を小型化することができる。

また、電力配線１５０，１５１を絶縁材で覆うことにより、パワーモジュール１２０の制御端子１２３と電力配線１５０，１５１との間の距離が短い場合でも、パワーモジュール１２０の制御端子１２３とパワー端子１２４との間の電気的な絶縁を十分に確保することができる。

なお、上記の実施の形態では、パワーモジュール１２０のパワー端子１２４に電気的に接続される電気部品としてトランス１１０とコンデンサ１３０を例にとって説明したが、本発明の適用可能な範囲はこれに限定されるものではない。

また、電力配線１５０，１５１によって電気的に接続される端子として、トランス１１０の一部の端子１１１ｂとパワーモジュール１２０の一部のパワー端子１２４ｂとを例にあげて説明したが、本発明の適用可能な範囲はこれに限定されるものではなく、パワーモジュールの制御端子１２３を挟んで配置される少なくとも一対の任意の端子に対して、本発明を適用することができる。

１電力変換装置、１００配線基板、１１１ｂトランスの端子（第１の端子）、１２０パワーモジュール、１２３制御端子、１２４ｂパワー端子（第２の端子）。

Claims

スイッチング素子および該スイッチング素子を駆動する制御信号が入力される制御端子を有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールが接続される配線基板と、
前記パワーモジュールの前記制御端子を挟んで配置されると共に電力信号が入出力される第１のパワー端子および第２のパワー端子と
を備え、
前記制御端子は、前記配線基板の配線パターンに電気的に接続されており、
前記第１のパワー端子と前記第２のパワー端子とは、前記配線基板の配線パターンとは異なる電力配線によって電気的に接続されている、電力変換装置。
前記電力配線は、前記パワーモジュール上に存在する空間を利用して配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
前記第２のパワー端子は前記パワーモジュールの一部であり、前記スイッチング素子の端子と電気的に接続されている、請求項１または２に記載の電力変換装置。
前記第２のパワー端子と前記パワーモジュールの前記制御端子とは電気的に絶縁されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記電力配線は絶縁材で覆われている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記パワーモジュールは、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記スイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。