JP6488996B2

JP6488996B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP6488996B2
Application number: JP2015232174A
Authority: JP
Inventors: 高志増澤; 浩志瀧
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2019-03-27
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Description

本発明は、スイッチング素子を備えた電力変換装置に関する。

例えば電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載されるインバータ等の電力変換装置は、複数のスイッチング素子をオンオフすることにより、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うよう構成されている。かかる電力変換装置におけるスイッチング回路においては、スイッチング素子のオンオフ動作に伴い、回路に寄生するインダクタンスに起因して、サージ電圧が発生する。

このサージ電圧を抑制するために、寄生インダクタンスを低減する技術が提案されている。特許文献１には、正極電極、負極電極それぞれの外部への接続部（以下において、それぞれ正極端子、負極端子という。）を出力電極の外部への接続部（以下において、出力端子という。）と対向する反対側の位置にそれぞれ平行に隣接させて配置する構成が開示されている。かかる構成により、電流経路の各部の周りに発生する周回磁束が互いに打ち消し合う状態として、回路の寄生インダクタンスの抑制を図っている。

特開２００８−３０６８７２号公報

しかしながら、上記構成においては、正極端子と出力端子との間、及び負極端子と出力端子との間は、それぞれ充分な間隔を設ける必要がある。すなわち、正極端子と出力端子との間、及び負極端子と出力端子との間は、充分な電気的絶縁を図るために、充分な距離を保つ必要がある。そうすると、寄生インダクタンスの低減効果を得にくいという課題が生じやすい。
また、正極端子、負極端子、及び出力端子の位置関係を所定の位置関係に規定すると、配線自由度が小さくなるおそれもある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、寄生インダクタンスを効果的に抑制することができる電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、互いに隣接した状態で並列配置された正極端子（２１）及び負極端子（２２）と、
上記正極端子に接続された正極側スイッチング素子（３１）と、
上記負極端子に接続された負極側スイッチング素子（３２）と、
上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子との接続点に接続された出力端子（２３）と、
上記正極端子の少なくとも一部及び上記負極端子の少なくとも一部に対して、上記正極端子及び上記負極端子の並び方向（Ｘ）及び突出方向（Ｙ）の双方に直交する高さ方向（Ｚ）から対向して配置された対向導体（４）とを有し、
上記対向導体は、上記正極端子と上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子と上記負極端子とを流れる交流電流の電流経路に沿って配置されており、
上記対向導体は、上記正極端子及び上記負極端子における、上記高さ方向の両側に配置されている、電力変換装置（１）にある。
本発明の他の態様は、互いに隣接した状態で並列配置された正極端子（２１）及び負極端子（２２）と、
上記正極端子に接続された正極側スイッチング素子（３１）と、
上記負極端子に接続された負極側スイッチング素子（３２）と、
上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子との接続点に接続された出力端子（２３）と、
上記正極端子の少なくとも一部及び上記負極端子の少なくとも一部に対して、上記正極端子及び上記負極端子の並び方向（Ｘ）及び突出方向（Ｙ）の双方に直交する高さ方向（Ｚ）から対向して配置された対向導体（４）とを有し、
上記対向導体は、上記正極端子と上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子と上記負極端子とを流れる交流電流の電流経路に沿って配置されており、
上記正極側スイッチング素子及び上記負極側スイッチング素子を制御する制御回路を備えた回路基板（６）をさらに有し、上記対向導体は、上記回路基板に形成されている、電力変換装置（１）にある。
本発明のさらに他の態様は、互いに隣接した状態で並列配置された正極端子（２１）及び負極端子（２２）と、
上記正極端子に接続された正極側スイッチング素子（３１）と、
上記負極端子に接続された負極側スイッチング素子（３２）と、
上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子との接続点に接続された出力端子（２３）と、
上記正極端子の少なくとも一部及び上記負極端子の少なくとも一部に対して、上記正極端子及び上記負極端子の並び方向（Ｘ）及び突出方向（Ｙ）の双方に直交する高さ方向（Ｚ）から対向して配置された対向導体（４）とを有し、
上記対向導体は、上記正極端子と上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子と上記負極端子とを流れる交流電流の電流経路に沿って配置されており、
上記正極端子と上記負極端子と上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子と上記出力端子とは、モールド樹脂（１１）と共に一体化された半導体モジュール（１０）を構成しており、かつ、上記対向導体は、上記モールド樹脂内に保持されている、電力変換装置（１）にある。

上記電力変換装置は、上記対向導体を有する。そして、対向導体は、正極端子と正極側スイッチング素子と負極側スイッチング素子と負極端子とを流れる交流電流の電流経路に沿って配置されている。これにより、上記電流経路における寄生インダクタンスを抑制することができる。すなわち、対向導体が上記のように配置されているため、上記電流経路に流れる交流電流に起因して生じる磁束を打ち消すように、対向導体に誘導電流が流れる。これにより、上記電流経路における寄生インダクタンスを抑制することができる。また、電流経路に流れる交流電流に起因する高周波磁束を低減することができる。そのため、電力変換装置内又はその周辺の電子部品への電磁ノイズの影響を防ぎやすくなる。

そして、対向導体は、正極端子、負極端子、出力端子とは異なるため、正極端子及び負極端子との間の間隔を小さくした状態で配置することができる。また、対向導体を用いることにより、寄生インダクタンスの抑制のために、正極端子と負極端子と出力端子との位置関係を工夫するなどの必要がない。それゆえ、電力変換装置の設計自由度を確保することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、寄生インダクタンスを効果的に抑制することができる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

参考形態１における、半導体モジュールの平面説明図。参考形態１における、半導体モジュールの斜視説明図。参考形態１における、対向導体と正極端子及び負極端子との位置関係を示す側面説明図。参考形態１における、電力変換装置の平面説明図。参考形態１における、電力変換回路の説明図。参考形態１における、半導体モジュールの斜視説明図であり、Ｚ方向の寸法を拡大した説明図。図６のVII−VII線矢視断面説明図。参考形態２における、半導体モジュールの斜視説明図。参考形態２における、対向導体と正極端子及び負極端子との位置関係を示す側面説明図。実施形態１における、半導体モジュールの斜視説明図。実施形態１における、対向導体と正極端子及び負極端子との位置関係を示す側面説明図。実施形態２における、半導体モジュールの平面説明図。実施形態３における、半導体モジュールの平面説明図。実施形態４における、半導体モジュールの平面説明図。実施形態５における、半導体モジュールの平面説明図。実施形態６における、電力変換装置の平面説明図。実施形態６における、正極端子及び負極端子の突出方向から見た電力変換装置の平面説明図。実施形態６における、対向導体と正極端子及び負極端子との位置関係を示す側面説明図。実施形態７における、半導体モジュールの斜視説明図。実施形態７における、対向導体と正極端子及び負極端子との位置関係を示す側面説明図。比較形態における、半導体モジュールの平面説明図。比較形態における、半導体モジュールの斜視説明図。参考形態１における、半導体モジュールの作用効果を示す斜視説明図。

（参考形態１）
電力変換装置の参考形態につき、図１〜図７を参照して説明する。
本形態の電力変換装置１は、図１、図２に示すごとく、正極端子２１及び負極端子２２と、正極側スイッチング素子３１と、負極側スイッチング素子３２と、出力端子２３と、対向導体４とを有する。

正極端子２１及び負極端子２２は、互いに隣接した状態で並列配置されている。正極側スイッチング素子３１は、正極端子２１に接続されたスイッチング素子である。負極側スイッチング素子３１は、負極端子２２に接続されたスイッチング素子である。出力端子２３は、正極側スイッチング素子３２と負極側スイッチング素子３２との接続点に接続されている。

図１〜図３に示すごとく、対向導体４は、正極端子２１の少なくとも一部及び負極端子２２の少なくとも一部に対して、高さ方向から対向して配置されている。ここで、高さ方向とは、正極端子２１及び負極端子２２の並び方向及び突出方向の双方に直交する方向である。ただし、高さ方向は、便宜的な表現であり、特に鉛直方向に限定されるものではない。以下において、この高さ方向を、適宜、Ｚ方向という。また、正極端子２１及び負極端子２２の並び方向を、適宜、Ｘ方向という。また、正極端子２１及び負極端子２２の突出方向を、適宜、Ｙ方向という。

そして、対向導体４は、正極端子２１と正極側スイッチング素子３１と負極側スイッチング素子３２と負極端子２２とを流れる交流電流の電流経路に沿って配置されている。この電流経路を、以下において適宜、交流電流経路という。本形態においては、対向導体４は、正極端子２１及び負極端子２２における、高さ方向すなわちＺ方向の一方側に配置されている。なお、対向導体４は、正極端子２１及び負極端子２２に対して、電気的に絶縁されている。

本形態の電力変換装置１は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ装置である。具体的には、図５の回路図に示すごとく、直流電源５１と三相交流負荷５２との間において電力変換を行うよう構成されている。そして、正極側スイッチング素子３１と負極側スイッチング素子３２とをそれぞれ３つずつ備えている。正極側スイッチング素子３１と負極側スイッチング素子３２とは互いに直列接続されて、一つのスイッチングレッグを構成している。すなわち、電力変換装置１は、３つのスイッチングレッグを備えている。３つのスイッチングレッグは、直流電源５１の正極及び負極に対して、互いに並列接続されている。

また、各スイッチング素子３１、３２は、ＭＯＳＦＥＴからなる。ＭＯＳＦＥＴは、金属酸化物電界効果トランジスタの略称である。なお、スイッチング素子３１、３２は、ＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、ＩＧＢＴ等を用いることもできる。ＩＧＢＴは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略称である。ＩＧＢＴを用いる場合、ＦＷＤが逆並列に接続される形態もある。ＦＷＤは、フライホイールダイオードの略称である。

正極側スイッチング素子３１のドレインが正極端子２１に接続されている。負極側スイッチング素子３２のソースが負極端子２２に接続されている。
正極側スイッチング素子３１のソースと負極側スイッチング素子３２のドレインとが互いに電気的に接続されている。そして、正極側スイッチング素子３１のソースと負極側スイッチング素子３２のドレインとの接続点に、出力端子２３が接続されている。

上述の一つのスイッチングレッグを構成する正極側スイッチング素子３１と負極側スイッチング素子３２とが、一つの半導体モジュール１０に内蔵されている。図１、図２に示すごとく、正極端子２１と負極端子２２と正極側スイッチング素子３１と負極側スイッチング素子３２と出力端子２３とは、モールド樹脂１１と共に一体化された半導体モジュール１０を構成している。対向導体４の少なくとも一部がモールド樹脂１１内に保持されている。そして、図４に示すごとく、電力変換装置１は、３つの半導体モジュール１０を備えている。なお、図１〜図４等において、モールド樹脂１１は二点鎖線によって外形を示されている。そして、各図面において、モールド樹脂１１を透過させた状態で内部の要素が表されている。図１〜図４に準ずる以降の図面においても同様である。

図１、図２に示すごとく、各半導体モジュール１０において、２つのスイッチング素子３１、３２は、Ｘ方向に並んでいる。そして、２つのスイッチング素子３１、３２に対してＹ方向の同じ側に、正極端子２１及び負極端子２２がＹ方向に突出している。具体的には、正極側スイッチング素子３１に対してＹ方向の一方側に正極端子２１が突出し、負極側スイッチング素子３２に対してＹ方向の一方側に負極端子２２が突出している。また、負極側スイッチング素子３２に対して、Ｙ方向における負極端子２２と反対側に、出力端子２３が突出している。

図６、図７に示すごとく、半導体モジュール１０は、主面をＺ方向に向けたベースプレート１２の上面に、正極側スイッチング素子３１及び負極側スイッチング素子３２を、それぞれ他の構成要素とともに積層してなる。なお、上下の表現は便宜的なものである。ベースプレート１２に対するスイッチング素子３１、３２の配置側を上側、その反対側を下側として定義している。また、図６、図７は、半導体モジュール１０における各層の積層構造を分かりやすくするために、特にＺ方向の厚みを大きくして表した説明図である。また、図６、図７においては、一部の構成要素を省略している。

ベースプレート１２の上面の一部に、銅パターン層１３１、絶縁層１４１、銅パターン層１３２、正極側スイッチング素子３１を、順次積層してある。また、ベースプレート１２の上面の他の一部に、銅パターン層１３３、絶縁層１４２、銅パターン層１３４、負極側スイッチング素子３２を、順次積層してある。なお、各構成要素の間には、適宜はんだ層１５が介在している。

また、正極側スイッチング素子３１及び負極側スイッチング素子３２は、それぞれの下面にドレインを有し、上面にソースを有する。なお、スイッチング素子がＩＧＢＴである場合、下面にコレクタを有し、上面にエミッタを有することとなる。正極側スイッチング素子３１の下側に配された銅パターン層１３２と正極端子２１とは、接続導体板１６１を介して接続されている。また、正極側スイッチング素子３１の上面にあるソースと、負極側スイッチング素子３２の下側に配された銅パターン層１３４とは、接続導体板１６２を介して接続されている。さらに、負極側スイッチング素子３２の上面にあるドレインと負極端子２２とは、接続導体板１６３を介して接続されている。また、図１、図６に示すごとく、負極側スイッチング素子３２の下側の銅パターン層１３４と出力端子２３とは、接続導体板１６４によって接続されている。

また、図１、図２に示すごとく、スイッチング素子３１、３２における、Ｘ方向の外側において、複数の制御端子１７がＺ方向の上側に向かって突出している。制御端子１７の一部は、半導体モジュール１０内において、スイッチング素子３１、３２のゲートに接続されている。

上述した半導体モジュール１０の各構成要素は、モールド樹脂１１に封止されている。ただし、正極端子２１、負極端子２２、出力端子２３、制御端子１７、及びベースプレート１２は、部分的にモールド樹脂１１から露出している。本形態においては、対向導体４も、部分的にモールド樹脂１１から露出している。また、正極端子２１及び負極端子２２は、モールド樹脂１１から露出した先端側の一部に、それぞれの端子に接続される導体との接続部２１３、２２３を有する。

正極端子２１及び負極端子２２は、それぞれ金属板からなると共に厚み方向が高さ方向すなわちＺ方向となるように配置されている。図１に示すごとく、対向導体４は、正極端子２１及び負極端子２２における互いに隣接する内側端縁２１１、２２１に沿う部分を有する。本形態において、対向導体４は、環状に形成されている。具体的には、対向導体４は、Ｚ方向から見た形状が長方形の環状形状を有する。また、この長方形は、Ｙ方向に長い形状を有する。すなわち、対向導体４は、Ｙ方向に延びる一対の長辺部４１と、Ｘ方向に延びる一対の短辺部４２とを有する。そして、一対の長辺部４１が、正極端子２１及び負極端子２２の内側端縁にそれぞれ沿うように配置されている。また、一対の短辺部４２のうち、スイッチング素子３１、３２に近い側の短辺部４２は、Ｚ方向から見て、ベースプレート１２と重なる位置に配されている。

対向導体４は、例えば銅等、導電性に優れた金属によって構成することができる。また、対向導体４は、例えば、金属板をプレス打ち抜きすることにより環状形状としたものとすることができる。あるいは、対向導体４は、金属線材を環状に形成したもの等とすることもできる。

次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１は、対向導体４を有する。そして、対向導体４は、上記交流電流経路に沿って配置されている。これにより、交流電流経路における寄生インダクタンスを抑制することができる。すなわち、対向導体４が上記のように配置されているため、交流電流経路に流れる交流電流に起因して生じる磁束を打ち消すように、対向導体４に誘導電流が流れる。これにより、交流電流経路における寄生インダクタンスを抑制することができる。また、交流電流経路に流れる交流電流に起因する高周波磁束を低減することができる。そのため、電力変換装置１内又はその周辺の電子部品への電磁ノイズの影響を防ぎやすくなる。

そして、対向導体４は、正極端子２１、負極端子２２、出力端子２３とは異なるため、正極端子２１及び負極端子２２との間の間隔を小さくした状態で配置することができる。また、対向導体４を用いることにより、寄生インダクタンスの抑制のために、正極端子２１と負極端子２２と出力端子２３との位置関係を工夫するなどの必要がない。それゆえ、電力変換装置１の設計自由度を確保することができる。

また、対向導体４は、正極端子２１及び負極端子２２における互いに隣接する内側端縁２１１、２２１に沿う部分として、一対の長辺部４１を有する。それゆえ、交流電流経路における寄生インダクタンスを、より効果的に抑制することができる。すなわち、正極端子２１及び負極端子２２に流れる電流のほとんどは、表皮効果により、実際には各端子の表面付近を流れる。さらに、正極端子２１に流れる電流と負極端子２２に流れる電流とは互いに逆向きとなるため、近接効果によって正極端子２１及び負極端子２２の内側端縁２１１、２２１に集中して電流が流れる。それゆえ、対向導体４が内側端縁２１１、２２１に沿う部分を備えることにより、効果的に寄生インダクタンスを抑制することができる。

また、対向導体４は環状に形成されている。そのため、対向導体４による寄生インダクタンス抑制効果を確保しつつ、軽量化及び材料費低減を図ることができる。すなわち、交流電流経路に交流電流が流れることに伴って対向導体４に流れる誘導電流は、環状に形成される。そして、この環状の誘導電流によって、交流電流に伴う磁束を打ち消して、寄生インダクタンスを低減する。それゆえ、対向導体４は、環状の誘導電流が流れる経路に沿った形状に形成されていれば、寄生インダクタンスの抑制効果を得ることができる。その一方で、対向導体４を板状等とするよりも、軽量化、材料費低減を図ることができる。

また、対向導体４は、モールド樹脂１１内に保持されている。これにより、対向導体４を、交流電流経路に対する位置ずれを生じることなく、安定して保持しておくことができる。それゆえ、対向導体４を交流電流経路に近接して配置しやすく、寄生インダクタンスを抑制する効果を向上させやすい。

以上のごとく、本形態によれば、寄生インダクタンスを効果的に抑制することができる電力変換装置を提供することができる。

（参考形態２）
本形態は、図８、図９に示すごとく、対向導体４を、正極端子２１及び負極端子２２の下側に配置した形態である。
すなわち、参考形態１においては、正極端子２１及び負極端子２２の上側に対向導体４を配置したものを開示したが、これとは逆に、本形態においては、正極端子２１及び負極端子２２の下側に対向導体４を配置している。つまり、下方から、正極端子２１及び負極端子２２に対して対向導体４を対向配置させている。

その他の構成は、参考形態１と同様である。なお、参考形態２以降において用いた符号のうち、既出の形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
本形態においても、参考形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態１）
本実施形態においては、図１０、図１１に示すごとく、対向導体４は、正極端子２１及び負極端子２２における、高さ方向の両側に配置されている。
すなわち、本実施形態においては、正極端子２１及び負極端子２２に対して、対向導体４が、Ｚ方向の両側から対向配置されている。正極端子２１及び負極端子２２の上側に配された対向導体４と、下側に配された対向導体４とは、電気的に互いに独立している。また、一対の対向導体４は、Ｚ方向から見て互いに重なるように、同じ位置、同じ形状に形成されている。ただし、必ずしもこれに限定されるものではない。
その他の構成は、参考形態１と同様である。

本実施形態においては、一対の対向導体４の双方に、正極端子２１及び負極端子２２を含む交流電流経路に生じる交流電流に基づく磁束を打ち消す誘導電流が形成される。それゆえ、より効果的に、寄生インダクタンスの低減を図ることができる。
その他、参考形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態２）
本実施形態は、図１２に示すごとく、対向導体４の形状を、参考形態１に示したものに対し、Ｘ方向に大きくした実施形態である。
本実施形態において、対向導体４は、Ｙ方向に延びる一対の側辺部４１１と、Ｘ方向に延びる前辺部４２１及び後辺部４２２とを有する。対向導体４は、Ｚ方向から見て略正方形状の環状形状を有する。一対の側辺部４１１は、それぞれ正極端子２１及び負極端子２２の外側端縁２１２、２２２に沿って配置されている。そして、Ｚ方向から見て、対向導体４は、正極端子２１及び負極端子２２を囲むように配置されている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
本実施形態においても、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態３）
本実施形態は、図１３に示すごとく、対向導体４のＸ方向の大きさを、参考形態１に示したものよりも大きく、実施形態２に示したものよりも小さくした実施形態である。
本実施形態において、対向導体４の一対の長辺部４１は、Ｚ方向から見て、正極端子２１及び負極端子２２にそれぞれ形成された接合部２１３、２２３を通過する位置に配されている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
本実施形態においても、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態４）
本実施形態は、図１４に示すごとく、Ｚ方向から見て、半導体モジュール１０における複数の接続導体板１６１、１６２、１６３の配置形状にも沿うように、対向導体４を形成した実施形態である。

交流電流経路には、複数の接続導体板１６１、１６２、１６３も含まれる。この交流電流経路は、正極端子２１と正極側スイッチング素子３１と負極側スイッチング素子３２と負極端子２２との配置形状である略Ｕ字形状となっている。この中でも、電流が特に集中して流れる部分は、略Ｕ字形状の内周側部分である。この内周側部分は、正極端子２１及び負極端子２２の内側端縁２１１、２２１と共に、各接続導体板１６１、１６２、１６３の端縁によって形成されている。具体的には、上記内周側部分には、接続導体板１６１のＸ方向における接続導体板１６３側の端縁と、接続導体板１６２のＹ方向における正極端子２１及び負極端子２２が突出している側の端縁の一部と、接続導体板１６３のＸ方向における接続導体板１６１側の端縁の一部とが含まれる。そこで、これらの部分に沿わせるように、対向導体４を形成している。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

本実施形態においては、対向導体４を、交流電流経路の中でも特に電流が集中する経路に、より正確に沿わせることができる。そのため、寄生インダクタンスを一層効果的に抑制することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態５）
本実施形態は、図１５に示すごとく、環状の対向導体４の幅を大きくした実施形態である。
すなわち、環状の対向導体４における交流電流経路に直交する断面における導体の幅が、実施形態４に示した対向導体４よりも大きい。ここで、導体の幅は、Ｚ方向に直交する方向の幅である。
その他の構成は、実施形態４と同様である。

本実施形態においては、対向導体４に流れる誘導電流に対する電気抵抗を小さくすることができる。それゆえ、誘導電流が流れやすくなり、正極端子２１及び負極端子２２を含む交流電流経路の寄生インダクタンスを、より効果的に抑制することができる。なお、対向導体４のＺ方向の厚みを大きくして、誘導電流に対する電気抵抗を小さくすることもできる。
その他、実施形態４と同様の作用効果を有する。

（実施形態６）
本実施形態は、図１６〜図１８に示すごとく、対向導体４が、回路基板６に形成されている実施形態である。
すなわち、電力変換装置１は、正極側スイッチング素子３１及び負極側スイッチング素子３２を制御する制御回路を備えた回路基板６を有する。そして、対向導体４は、回路基板６に形成されている。

対向導体４は、回路基板６に導体パターンとして形成されている。対向導体４を構成する導体パターンは、例えば、他の配線パターンと共に、メッキ等によって、回路基板６に形成されている。図１７、図１８に示すごとく、本実施形態において、対向導体４は回路基板６の下面に形成されている。

回路基板６は、半導体モジュール１０の上側に配置されている。回路基板６と半導体モジュール１０とは互いにＺ方向に対向するように略平行に配置されている。回路基板６には複数のスルーホールが形成されており、該スルーホールに制御端子１７が挿通している。これにより、回路基板６と半導体モジュール１０とが電気的に接続されている。また、回路基板６は、正極端子２１及び負極端子２２に対しても、Ｚ方向に対向配置されている。そして、回路基板６における正極端子２１及び負極端子２２に対向配置された領域に、対向導体４が形成されている。なお、図１６に示すごとく、回路基板６には、正極端子２１及び負極端子２２に形成された接続部２１３、２２３に向かって開口する開口部６１が形成されている。
その他の構成は、参考形態１と同様である。

本実施形態においては、回路基板６に対向導体４を形成する。そのため、対向導体４を他の配線パターンと共に形成することができる。それゆえ、対向導体４を形成するための工程を新たに設ける必要が特になく、生産性に優れた電力変換装置１を得ることができる。
その他、参考形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態７）
本実施形態は、図１９、図２０に示すごとく、対向導体４の全体を、モールド樹脂１１内に封止した実施形態である。
すなわち、本実施形態においては、半導体モジュール１０のモールド樹脂１１を、正極端子２１及び負極端子２２の下側において、正極端子２１及び負極端子２２の先端まで延ばしている。そして、正極端子２１及び負極端子２２の下側に対向導体４を配置すると共に、対向導体４をモールド樹脂１１によって封止している。
その他の構成は、参考形態２と同様である。

本実施形態においては、対向導体４の全体をモールド樹脂１１によって封止しているため、対向導体４をより安定して保持することができる。その結果、対向導体４を交流電流経路に近接配置しやすくなり、寄生インダクタンスの低減を一層効果的に抑制することができる。
その他、参考形態２と同様の作用効果を有する。

（比較形態）
比較形態として、対向導体４を設けていない電力変換装置につき、図２１、図２２を参照して説明する。比較形態の電力変換装置は、図２１、図２２に示す半導体モジュール９０を３個備えたものである。半導体モジュール９０は、対向導体を設けていない以外は、参考形態１の電力変換装置１における半導体モジュール１０と同様である。

比較形態にかかる電力変換装置においては、交流電流経路に交流電流Ｉ１が流れたとき、交流電流経路の内側を貫くように、磁束φが発生する。この発生磁束φが周囲の電子部品や電子機器に影響を与える。また、この発生磁束φが大きいほど、発生するサージ電圧が大きくなる。

そこで、この発生磁束φを打ち消すように、参考形態１等においては、対向導体４を適切な位置に配置している。つまり、図２３に示すごとく、交流電流経路に対向導体４を対向配置することで、交流電流Ｉ１と逆向きに対向導体４に電流Ｉ２が流れる。これにより、発生磁束φを弱めている。すなわち、対向導体４を配置することで、交流電流経路における寄生インダクタンスを抑制している。

（実験例１）
上述した参考形態１、２、及び実施形態１にかかる電力変換装置、及び比較形態にかかる電力変換装置につき、シミュレーションによって、交流電流経路における寄生インダクタンスの大きさを比較した。

参考形態１、２、及び実施形態１にかかる電力変換装置をそれぞれ試料１、２、３とし、比較形態にかかる電力変換装置を試料１０とする。試料１、２、３において、対向導体４と正極端子２１及び負極端子２２とのＺ方向の距離は同等であり、約１．０ｍｍとしている。また、対向導体４のＺ方向の厚みは０．２ｍｍ、導体幅は０．５ｍｍとしている。

シミュレーションは、３次元境界要素法を用いて行った。また、このシミュレーションにおいて、交流電流の設定周波数は１００ｋＨｚとした。

シミュレーションの結果、交流電流経路の寄生インダクタンスとして以下のデータが得られた。すなわち、交流電流経路の寄生インダクタンスは、試料１においては１０．８ｎＨ、試料２においては１０．４ｎＨ、試料３においては９．７ｎＨ、試料１０においては１２．５ｎＨであった。

上記の結果から、参考形態１、２、実施形態１のように、対向導体４を設けることにより、交流電流経路の寄生インダクタンスを抑制することができることが分かる。また、実施形態１のように、交流電流経路の上下の双方に対向導体４を配置することにより、一層、寄生インダクタンスの抑制効果を向上させることができることも分かる。

（実験例２）
次に、実施形態１、２、３、４、５にかかる電力変換装置、及び比較形態にかかる電力変換装置につき、シミュレーションによって、交流電流経路における寄生インダクタンスの大きさを比較した。

実施形態２、３、４、５にかかる電力変換装置をそれぞれ試料４、５、６、７とする。試料４、５、６、７においても、対向導体４と正極端子２１及び負極端子２２との距離は、上述の試料３と同等である。また、対向導体４のＺ方向の厚みも、試料３と同等である。対向導体４の導体幅は、試料４、５、６については試料１と同等であるが、試料７における対向導体４の導体幅は３．０ｍｍとしている。
シミュレーションの方法及び条件は、実験例１と同様である。

シミュレーションの結果、交流電流経路の寄生インダクタンスとして以下のデータが得られた。すなわち、交流電流経路の寄生インダクタンスは、試料３においては１０．７ｎＨ、試料４においては１０．９ｎＨ、試料６においては８．６ｎＨ、試料７においては６．５ｎＨであった。

上記の結果から、試料３〜７のいずれにおいても、試料１０と比較すると、充分に交流電流経路の寄生インダクタンスを抑制することができている。そして、試料６、７のように、対向導体４を、交流電流経路の中でも特に電流が集中する経路に、より正確に沿わせることにより、寄生インダクタンスを一層効果的に抑制することができることも確認できた。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、参考形態２又は実施形態１と、実施形態２〜６のいずれかとを組み合わせた実施形態とすることもできる。また、対向導体の形状は特に限定されるものではなく、必ずしも環状形状でなくてもよい。

１電力変換装置
２１正極端子
２２負極端子
２３出力端子
３１正極側スイッチング素子
３２負極側スイッチング素子
４対向導体

Claims

互いに隣接した状態で並列配置された正極端子（２１）及び負極端子（２２）と、
上記正極端子に接続された正極側スイッチング素子（３１）と、
上記負極端子に接続された負極側スイッチング素子（３２）と、
上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子との接続点に接続された出力端子（２３）と、
上記正極端子の少なくとも一部及び上記負極端子の少なくとも一部に対して、上記正極端子及び上記負極端子の並び方向（Ｘ）及び突出方向（Ｙ）の双方に直交する高さ方向（Ｚ）から対向して配置された対向導体（４）とを有し、
上記対向導体は、上記正極端子と上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子と上記負極端子とを流れる交流電流の電流経路に沿って配置されており、
上記対向導体は、上記正極端子及び上記負極端子における、上記高さ方向の両側に配置されている、電力変換装置（１）。
上記正極側スイッチング素子及び上記負極側スイッチング素子を制御する制御回路を備えた回路基板（６）をさらに有し、上記対向導体は、上記回路基板に形成されている、請求項１に記載の電力変換装置。
上記正極端子と上記負極端子と上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子と上記出力端子とは、モールド樹脂（１１）と共に一体化された半導体モジュール（１０）を構成しており、かつ、上記対向導体は、上記モールド樹脂内に保持されている、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
互いに隣接した状態で並列配置された正極端子（２１）及び負極端子（２２）と、
上記正極端子に接続された正極側スイッチング素子（３１）と、
上記負極端子に接続された負極側スイッチング素子（３２）と、
上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子との接続点に接続された出力端子（２３）と、
上記正極端子の少なくとも一部及び上記負極端子の少なくとも一部に対して、上記正極端子及び上記負極端子の並び方向（Ｘ）及び突出方向（Ｙ）の双方に直交する高さ方向（Ｚ）から対向して配置された対向導体（４）とを有し、
上記対向導体は、上記正極端子と上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子と上記負極端子とを流れる交流電流の電流経路に沿って配置されており、
上記正極側スイッチング素子及び上記負極側スイッチング素子を制御する制御回路を備えた回路基板（６）をさらに有し、上記対向導体は、上記回路基板に形成されている、電力変換装置（１）。
互いに隣接した状態で並列配置された正極端子（２１）及び負極端子（２２）と、
上記正極端子に接続された正極側スイッチング素子（３１）と、
上記負極端子に接続された負極側スイッチング素子（３２）と、
上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子との接続点に接続された出力端子（２３）と、
上記正極端子の少なくとも一部及び上記負極端子の少なくとも一部に対して、上記正極端子及び上記負極端子の並び方向（Ｘ）及び突出方向（Ｙ）の双方に直交する高さ方向（Ｚ）から対向して配置された対向導体（４）とを有し、
上記対向導体は、上記正極端子と上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子と上記負極端子とを流れる交流電流の電流経路に沿って配置されており、
上記正極端子と上記負極端子と上記正極側スイッチング素子と上記負極側スイッチング素子と上記出力端子とは、モールド樹脂（１１）と共に一体化された半導体モジュール（１０）を構成しており、かつ、上記対向導体は、上記モールド樹脂内に保持されている、電力変換装置（１）。
上記正極端子及び上記負極端子は、それぞれ金属板からなると共に厚み方向が上記高さ方向となるように配置されており、上記対向導体は、上記正極端子及び上記負極端子における互いに隣接する内側端縁（２１１、２２１）に沿う部分を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
上記対向導体は、環状に形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。