JP6646819B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6646819B2
JP6646819B2 JP2018506507A JP2018506507A JP6646819B2 JP 6646819 B2 JP6646819 B2 JP 6646819B2 JP 2018506507 A JP2018506507 A JP 2018506507A JP 2018506507 A JP2018506507 A JP 2018506507A JP 6646819 B2 JP6646819 B2 JP 6646819B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
power supply
side wiring
switching
ground
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018506507A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2017163290A1 (ja
Inventor
湯河　潤一
潤一 湯河
久純 渡邉
久純 渡邉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of JPWO2017163290A1 publication Critical patent/JPWO2017163290A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6646819B2 publication Critical patent/JP6646819B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/64—Impedance arrangements
    • H01L23/642—Capacitive arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0216—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference
    • H05K1/023—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference using auxiliary mounted passive components or auxiliary substances
    • H05K1/0231—Capacitors or dielectric substances
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

この開示は、スイッチング電源装置に関する。
従来、スイッチング電源装置が知られている。スイッチング電源装置は、例えば、特許文献１などに開示されている。特許文献１には、電源からモータに供給される電流を制御する複数のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チップと、これらのＦＥＴチップのドレインにアノード接続された複数のダイオードチップと、電源に並列接続された平滑コンデンサとを備えたモータコントローラが開示されている。このモータコントローラでは、ＦＥＴチップおよびダイオードチップがプリント配線板に固定されるとともに、平滑コンデンサがターミナルバーによりプリント配線板の上方に配置されている。具体的には、ターミナルバーは、平滑コンデンサと電源とを接続する部材であり、プリント配線板に固定される固定部と、この固定部から上方に延出された立ち上げ部と、この立ち上げ部の上端または途中から前方に延出された電源接続部とから構成され、平滑コンデンサの接続端子がターミナルバーの立ち上げ部に取り付けられている。
特開２００２−２６２５９３号公報
本開示におけるスイッチング電源装置は、絶縁層と、導電層と、第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子と、キャパシタとを備えている。導電層は、絶縁層の一方の面に設けられて電源側配線と接地側配線と出力側配線とを有する。第１スイッチング素子は、電源側配線に面実装されて出力側配線と接続される。第２スイッチング素子は、出力側配線に面実装されて接地側配線と接続される。キャパシタは、接地側配線に面実装されて電源側配線または出力側配線と電気的に接続される。
本開示によれば、スイッチング動作に起因するサージ電圧を抑制しつつキャパシタの温度環境を改善することができる。
図１は、実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示す回路図である。 図２は、実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示す概略平面図である。 図３は、実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示す概略断面図である。 図４は、実施の形態によるスイッチング電源装置の変形例を示す概略平面図である。
本開示の実施の形態の説明に先立ち、従来の装置における問題点を簡単に説明する。
特許文献１のモータコントローラでは、平滑コンデンサをプリント配線板の上方に配置するために、ターミナルバーの固定部（プリント配線板に固定される固定部）ではなく、ターミナルバーの立ち上げ部（固定部から上方に延出された立ち上げ部）に平滑コンデンサの接続端子が取り付けられている。そのため、平滑コンデンサをプリント配線板に取り付ける場合よりも、平滑コンデンサからプリント配線板に設けられたＦＥＴチップまでの配線経路が長くなってしまう。そのため、平滑コンデンサからＦＥＴチップまでの配線経路における寄生インダクタンスを低減することが困難であり、ＦＥＴチップのスイッチング動作に起因するサージ電圧を抑制することが困難である。
なお、平滑コンデンサをプリント配線板に取り付けることが考えられるが、平滑コンデンサをプリント配線板の上方に配置する場合よりも、平滑コンデンサがプリント配線板に設けられたＦＥＴチップに近づくことになるので、ＦＥＴチップにおいて発生した熱が平滑コンデンサに伝達されやすくなってしまう。そのため、ＦＥＴチップの発熱に起因する平滑コンデンサの温度上昇を抑制することが困難であり、平滑コンデンサの温度環境を改善することが困難である。
以下、実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
（スイッチング電源装置）
図１は、実施の形態によるスイッチング電源装置１０の構成例を示している。スイッチング電源装置１０は、電源（この例では直流電源Ｐ）から供給された電力をスイッチング動作により出力電力に変換して出力電力を駆動対象（この例ではモータＭ）に供給するように構成されている。この例では、スイッチング電源装置１０は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータを構成している。
スイッチング電源装置１０は、電源ラインＬＰと、接地ラインＬＧと、１つまたは複数の出力ラインＬＯと、１つまたは複数のスイッチング部ＳＷと、容量部ＣＰとを備えている。この例では、電源ラインＬＰが直流電源Ｐの一端（正極）に接続され、接地ラインＬＧが直流電源Ｐの他端（負極）に接続されている。また、スイッチング電源装置１０に３つの出力ラインＬＯと３つのスイッチング部ＳＷが設けられ、３つのスイッチング部が３つの出力ラインＬＯを経由してモータＭの３つの相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）にそれぞれ接続されている。
スイッチング部ＳＷは、電源ラインＬＰと接地ラインＬＧとの間に接続されている。そして、スイッチング部ＳＷの中間ノードは、出力ラインＬＯを経由してモータＭに接続されている。スイッチング部ＳＷは、第１スイッチング素子２１と、第２スイッチング素子２２とを有している。なお、図中の第１スイッチング素子２１（または第２スイッチング素子２２）に並列に接続された還流ダイオードは、第１スイッチング素子２１（または第２スイッチング素子２２）に寄生する寄生ダイオードに該当する。
容量部ＣＰは、電源ラインＬＰと接地ラインＬＧとの間に接続されている。容量部ＣＰは、キャパシタ３０を有している。また、容量部ＣＰには、キャパシタ３０と電源ラインＬＰとを接続する接続ラインＬＣが設けられている。
〔スイッチング電源装置の構造〕
次に、図２，図３を参照して、スイッチング電源装置１０の構造について説明する。図２は、スイッチング電源装置１０の概略平面図であり、図３は、スイッチング電源装置１０の概略断面図である。なお、図３では、図示の簡略化のために、一部の断面のハッチングを省略している。スイッチング電源装置１０は、絶縁層１１と、導電層１２と、放熱層１３とを備えている。
〈絶縁層〉
絶縁層１１は、絶縁材料（例えばエポキシ樹脂シートなど）により構成され、平板状に形成されている。
〈導電層〉
導電層１２は、導電材料（例えば銅など）により構成され、絶縁層１１の一方の面に設けられ、箔状に形成されている。導電層１２には、配線パターンが形成されている。配線パターンは、１つまたは複数の電源側配線ＷＰと、１つまたは複数の接地側配線ＷＧと、１つまたは複数の出力側配線ＷＯとを含んでいる。なお、導電層１２において、電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧと出力側配線ＷＯは、互いに短絡しないように互いに分断されている。
〈放熱層〉
放熱層１３は、伝熱材料（例えばアルミニウムなど）により構成され、絶縁層１１の他方の面に設けられている。放熱層１３には、冷却部材１４が接続される。冷却部材１４は、放熱層１３を冷却するために設けられる。冷却部材１４は、例えば、水冷（冷却水による冷却）や油冷（冷却油による冷却）により冷却されるように構成されている。
この例では、絶縁層１１の厚みは、導電層１２および放熱層１３の各々の厚みよりも薄くなっている。放熱層１３の厚みは、導電層１２の厚みよりも厚くなっている。例えば、絶縁層１１の厚みは、１００μｍ程度に設定され、導電層１２の厚みは、２００μｍ程度に設定され、放熱層１３の厚みは１〜３ｍｍ程度に設定されていてもよい。そして、絶縁層１１の熱伝導率は、導電層１２および放熱層１３の各々の熱伝導率よりも低くなっている。導電層１２の熱伝導率は、放熱層１３の熱伝導率よりも高くなっている。
なお、この例では、導電層１２が３つの電源側配線ＷＰと３つの接地側配線ＷＧと３つの出力側配線ＷＯを有し、１つの電源側配線ＷＰと１つの接地側配線ＷＧと１つの出力側配線ＷＯが１つの配線セットを構成し、３つの配線セットが第１方向（図２における左右方向）に配列されている。また、図１に示すように、スイッチング電源装置１０が３つの第１スイッチング素子２１と３つの第２スイッチング素子２２を備え、１つの第１スイッチング素子２１と１つの第２スイッチング素子２２が１つのスイッチング部ＳＷを構成している。そして、図２に示すように、３つのスイッチング部ＳＷが３つの配線セットにそれぞれ対応している。なお、図２の例では、３つのスイッチング素子（以下、第１独立スイッチング素子２１０と記載）が並列に接続されて１つの第１スイッチング素子２１（図１における１つの第１スイッチング素子２１）を構成し、３つのスイッチング素子（以下、第２独立スイッチング素子２２０と記載）が並列に接続されて１つの第２スイッチング素子２２（図１における１つの第２スイッチング素子２２）を構成している。ゆえに、図２の例では、９つの第１独立スイッチング素子２１０と９つの第２独立スイッチング素子２２０が存在している。以下では、１つの配線セットと１つのスイッチング部ＳＷとに着目してスイッチング電源装置１０の各部の説明を行う。
〈電源側配線と接地側配線と出力側配線〉
電源側配線ＷＰは、図１に示した電源ラインＬＰの一部を構成し、接地側配線ＷＧは、図１に示した接地ラインＬＧの一部を構成し、出力側配線ＷＯは、図１に示した出力ラインＬＯの一部を構成している。
また、電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧと出力側配線ＷＯは、互いに並行するように形成されている。出力側配線ＷＯは、電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧとの間に配置されている。この例では、電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧと出力側配線ＷＯの各々は、第１方向と直交する第２方向（図２における上下方向）に延びる板状に形成されている。
〈第１スイッチング素子〉
第１スイッチング素子２１は、電源側配線ＷＰに面実装されて出力側配線ＷＯと接続されている。具体的には、第１スイッチング素子２１は、電源側配線ＷＰに載置され、その一端（ドレイン/放熱面）が半田により電源側配線ＷＰの表面と接合され、その他端（ソース）がボンディングワイヤなどの配線用部材により出力側配線ＷＯと接続されている。なお、第１スイッチング素子２１のゲートは、配線用部材により第１ゲート配線（図示を省略）と接続されている。この第１ゲート配線には大電流が流れない。そのため、配線パターンにおいて第１ゲート配線を細長い形状に形成することが可能である。
この例では、第１スイッチング素子２１は、上述のように、３つの第１独立スイッチング素子２１０により構成されている。３つの第１独立スイッチング素子２１０は、電源側配線ＷＰの長手方向に沿うように配列され、それぞれが電源側配線ＷＰに面実装されて出力側配線ＷＯと接続されている。そして、第１独立スイッチング素子２１０のゲートは、配線用部材により第１ゲート配線（図示を省略）と接続されている。なお、第１独立スイッチング素子２１０は、例えば、面実装型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により構成されていてもよい。
〈第２スイッチング素子〉
第２スイッチング素子２２は、出力側配線ＷＯに面実装されて接地側配線ＷＧと接続されている。具体的には、第２スイッチング素子２２は、出力側配線ＷＯに載置され、その一端（ドレイン/放熱面）が半田により出力側配線ＷＯの表面と接合され、その他端（ソース）がボンディングワイヤなどの配線用材料により接地側配線ＷＧと接続されている。なお、第２スイッチング素子２２のゲートは、配線用部材により第２ゲート配線（図示を省略）と接続されている。この第２ゲート配線には大電流が流れない。そのため、配線パターンにおいて第２ゲート配線を細長い形状に形成することが可能である。
この例では、第２スイッチング素子２２は、上述のように、３つの第２独立スイッチング素子２２０により構成されている。３つの第２独立スイッチング素子２２０は、出力側配線ＷＯの長手方向に沿うように配列され、それぞれが出力側配線ＷＯに面実装されて接地側配線ＷＧと接続されている。そして、第２独立スイッチング素子２２０のゲートは、配線用部材により第２ゲート配線（図示を省略）と接続されている。なお、第２独立スイッチング素子２２０は、例えば、面実装型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により構成されていてもよい。
〈キャパシタと接続配線〉
また、スイッチング電源装置１０は、キャパシタ３０と接続配線４０とを備えている。キャパシタ３０は、接地側配線ＷＧに実装されて電源側配線ＷＰと電気的に接続されている。接続配線４０は、図１に示した接続ラインＬＣを構成し、キャパシタ３０と電源側配線ＷＰとを電気的に接続している。具体的には、キャパシタ３０は、接地側配線ＷＧに載置され、その一端（負極）が半田により接地側配線ＷＧと接合され、その他端（正極）が接続配線４０により電源側配線ＷＰと電気的に接続されている。
この例では、キャパシタ３０は、９つの独立キャパシタ３００により構成されている。また、接続配線４０は、９つの独立配線４００により構成されている。そして、３つの接地側配線ＷＧの各々に３つの独立キャパシタ３００と３つの独立配線４００が配置されている。このような構成により、９つの独立キャパシタ３００は全て電気的に並列接続される。
１つの接地側配線ＷＧに配置された３つの独立キャパシタ３００は、接地側配線ＷＧの長手方向に沿うように配列され、接地側配線ＷＧに面実装されて電源側配線ＷＰ（詳しくは、接地側配線ＷＧと同一の配線セットに属する電源側配線ＷＰ）と電気的に接続されている。この例では、独立キャパシタ３００は、平面視において接地側配線ＷＧの外縁よりも内側に配置されている。すなわち、この例では、独立キャパシタ３００は、平面視において接地側配線ＷＧからはみ出していない。なお、独立キャパシタ３００は、例えば、面実装型の電解コンデンサにより構成されていてもよいし、面実装型のフィルムコンデンサにより構成されていてもよい。
１つの接地側配線ＷＧに配置された３つの独立配線４００は、接地側配線ＷＧに配置された３つの独立キャパシタと電源側配線ＷＰ（詳しくは、接地側配線ＷＧと同一の配線セットに属する電源側配線ＷＰ）とをそれぞれ電気的に接続している。この例では、独立配線４００は、第１方向（図２における左右方向）に沿うように延びる細長い板状に形成されている。なお、独立配線４００は、例えば、バスバーにより構成されていてもよいし、ジャンパーにより構成されていてもよいし、その他の配線用部材により構成されてもよい。
また、この例では、第１独立スイッチング素子２１０と第２独立スイッチング素子２２０と独立キャパシタ３００は、第１方向（図２における左右方向）に一直線に並ぶように配置されている。
〔熱伝達〕
次に、図３を参照して、スイッチング電源装置１０における熱伝達について説明する。
図３において矢印で示すように、第１スイッチング素子２１のスイッチング動作により第１スイッチング素子２１が発熱すると、第１スイッチング素子２１から電源側配線ＷＰ（導電層１２）へ熱が伝達される。電源側配線ＷＰに伝達された熱は、積層方向と直交する方向に広がりながら絶縁層１１へ向けて電源側配線ＷＰ内を伝達していく。絶縁層１１に伝達された熱は、主に放熱層１３へ向けて絶縁層１１内を伝達していく。放熱層１３に伝達された熱は、主に冷却部材１４へ向けて放熱層１３を伝達していく。
また、図３において矢印で示すように、第２スイッチング素子２２のスイッチング動作により第２スイッチング素子２２が発熱すると、第２スイッチング素子２２から出力側配線ＷＯ（導電層１２）へ熱が伝達される。出力側配線ＷＯに伝達された熱は、積層方向と直交する方向に広がりながら絶縁層１１へ向けて出力側配線ＷＯ内を伝達していく。絶縁層１１に伝達された熱は、主に放熱層１３へ向けて絶縁層１１内を伝達していく。放熱層１３に伝達された熱は、主に冷却部材１４へ向けて放熱層１３を伝達していく。
なお、導電層１２において電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧとが分断されているので、電源側配線ＷＰから接地側配線ＷＧへの熱の伝達が阻害されている。これと同様に、導電層１２において出力側配線ＷＯと接地側配線ＷＧとが分断されているので、出力側配線ＷＯから接地側配線ＷＧへの熱の伝達が阻害されている。このように、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから接地側配線ＷＧへ向けて熱が伝達しにくくなっている。
また、絶縁層１１の厚みが導電層１２および放熱層１３の各々の厚みよりも薄くなっており、さらに、絶縁層１１の熱伝導率が導電層１２および放熱層１３の各々の熱伝導率よりも低くなっている。そのため、絶縁層１１では、熱が積層方向と直交する方向に広がりにくくなっている。これにより、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから絶縁層１１を経由して接地側配線ＷＧへ向かう熱の伝達が阻害されているので、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから絶縁層１１を経由して接地側配線ＷＧへ向けて熱が伝達されにくくなっている。
〔実施形態による効果〕
スイッチング電源装置１０では、第１スイッチング素子２１が電源側配線ＷＰに面実装され、第２スイッチング素子２２が出力側配線ＷＯに面実装され、キャパシタ３０が接地側配線ＷＧに面実装されている。すなわち、第１スイッチング素子２１と第２スイッチング素子２２とキャパシタ３０とがいずれも導電層１２に面実装されている。そのため、キャパシタ３０を第１スイッチング素子２１および第２スイッチング素子２２の近傍に配置させることができる。これにより、キャパシタ３０から第１スイッチング素子２１までの配線経路の長さを短縮することができるとともに、キャパシタ３０から第２スイッチング素子２２までの配線経路の長さを短縮することができる。したがって、これらの配線経路における寄生インダクタンスを低減することができるので、第１および第２スイッチング素子２１，２２のスイッチング動作に起因するサージ電圧を抑制することができる。
また、スイッチング電源装置１０では、接地側配線ＷＧが電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから分断されているので、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから接地側配線ＷＧへ向けて熱が伝達しにくくなっている。そのため、第１および第２スイッチング素子２１，２２のスイッチング動作により第１および第２スイッチング素子２１，２２が発熱したとしても、第１および第２スイッチング素子２１，２２の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができる。これにより、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
また、接地側配線ＷＧの長手方向に沿うように配列された複数の独立キャパシタ３００を用いてキャパシタ３０を構成することにより、キャパシタ３０の熱を分散させることができる。これにより、第１および第２スイッチング素子２１，２２の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができ、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
また、キャパシタ３０と電源側配線ＷＰとを電気的に接続するための接続配線４０を複数の独立配線４００を用いて構成することにより、１つの太い配線用部材を用いて接続配線４０を構成する場合よりも、電源側配線ＷＰから接続配線４０を経由してキャパシタ３０へ向けて熱が伝達されにくくなる。これにより、第１スイッチング素子２１の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができ、その結果、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
また、電源側配線ＷＰの長手方向に沿うように配列された複数の第１独立スイッチング素子２１０を用いて第１スイッチング素子２１を構成することにより、第１スイッチング素子２１において発生する熱（第１スイッチング素子２１のスイッチング動作に起因して発生する熱）を分散させることができる。これにより、第１スイッチング素子２１から電源側配線ＷＰへ向けて伝達される熱の量を低減することができるので、第１スイッチング素子２１の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができる。その結果、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
また、出力側配線ＷＯの長手方向に沿うように配列された複数の第２独立スイッチング素子２２０を用いて第２スイッチング素子２２を構成することにより、第２スイッチング素子２２において発生する熱（第２スイッチング素子２２のスイッチング動作に起因して発生する熱）を分散させることができる。これにより、第２スイッチング素子２２から出力側配線ＷＯへ向けて伝達される熱の量を低減することができるので、第２スイッチング素子２２の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができる。その結果、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
また、互いに並行するように電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧと出力側配線ＷＯを形成することにより、電源側配線ＷＰに面実装される第１スイッチング素子２１と、接地側配線ＷＧに面実装されるキャパシタ３０と、出力側配線ＷＯに面実装される第２スイッチング素子２２とを、互いに近傍に配置させることができる。これにより、キャパシタ３０から第１スイッチング素子２１までの配線経路における寄生インダクタンスを低減することができるとともに、キャパシタ３０から第２スイッチング素子２２までの配線経路における寄生インダクタンスを低減することができる。その結果、第１および第２スイッチング素子２１，２２のスイッチング動作に起因するサージ電圧を抑制することができる。
さらに、出力側配線ＷＯを電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧとの間に配置することにより、電源側配線ＷＰに面実装される第１スイッチング素子２１と出力側配線ＷＯとの接続を容易にすることができるとともに、出力側配線ＷＯに面実装される第２スイッチング素子２２と接地側配線ＷＧとの接続を容易にすることができる。
また、絶縁層１１の他方の面に放熱層１３を設けることにより、絶縁層１１から放熱層１３へ熱を伝達させることができる。これにより、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから絶縁層１１を経由して接地側配線ＷＧへ向かう熱の伝達を阻害することができるので、第１および第２スイッチング素子２１，２２の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができる。その結果、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
また、放熱層１３に冷却部材１４を取り付けることにより、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから絶縁層１１を経由して放熱層１３へ向かう熱の伝達を促進させることができる。これにより、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから絶縁層１１を経由して接地側配線ＷＧへ向かう熱の伝達を阻害することができるので、第１および第２スイッチング素子２１，２２の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができる。その結果、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
（スイッチング電源装置の変形例）
なお、図４に示すように、第１スイッチング素子２１を構成する第１独立スイッチング素子２１０の個数は、３つに限らず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。第２独立スイッチング素子２２０，独立キャパシタ３００，独立配線４００についても同様である。また、第１スイッチング素子２１を構成する第１独立スイッチング素子２１０の個数は、第２スイッチング素子２２を構成する第２独立スイッチング素子２２０の個数と同じであってもよいし、第２独立スイッチング素子２２０の個数と異なっていてもよい。また、独立配線４００の個数は、独立キャパシタ３００の個数と同じであってもよいし、独立キャパシタ３００の個数よりも多くなっていてもよい。
また、図４に示すように、第１独立スイッチング素子２１０と第２独立スイッチング素子２２０と独立キャパシタ３００は、第１方向（図２における左右方向）に一直線に並ぶように配置されていなくてもよい。
また、図４に示すように、独立キャパシタ３００は、その一部が平面視において接地側配線ＷＧの外縁よりも外側に配置されていてもよい。すなわち、独立キャパシタ３００は、平面視において接地側配線ＷＧからはみ出していてもよい。
（その他の実施形態）
以上の説明では、第１スイッチング素子２１が複数の第１独立スイッチング素子２１０により構成されている場合を例に挙げたが、第１スイッチング素子２１は、１つの第１独立スイッチング素子２１０により構成されていてもよい。例えば、第１スイッチング素子２１は、１つの面実装型の電界効果トランジスタにより構成されていてもよい。
また、第２スイッチング素子２２が複数の第２独立スイッチング素子２２０により構成されている場合を例に挙げたが、第２スイッチング素子２２は、１つの第２独立スイッチング素子２２０により構成されていてもよい。例えば、第２スイッチング素子２２は、１つの面実装型の電界効果トランジスタにより構成されていてもよい。
また、キャパシタ３０が複数の独立キャパシタ３００により構成されている場合を例に挙げたが、キャパシタ３０は、１つの独立キャパシタ３００により構成されていてもよい。例えば、キャパシタ３０は、１つの面実装型の電解コンデンサ（または１つの面実装型のフィルムコンデンサなど）により構成されていてもよい。
また、接続配線４０が複数の独立配線４００により構成されている場合を例に挙げたが、接続配線４０は、１つの独立配線４００により構成されていてもよい。例えば、接続配線４０は、１つのバスバー（または１つのジャンパーや１つの配線用部材など）により構成されていてもよい。
また、以上の説明では、キャパシタ３０が接続配線４０により電源側配線ＷＰと電気的に接続されている場合を例に挙げたが、キャパシタ３０は、接続配線４０により出力側配線ＷＯと電気的に接続されていてもよい。なお、具体例については、後で詳しく説明する。
また、スイッチング電源装置１０は、直流電力（または交流電力）をスイッチング動作により交流電力に変換するインバータを構成するものであってよいし、直流電力（または交流電力）をスイッチング動作により直流電力に変換するコンバータを構成するものであってもよい。例えば、スイッチング電源装置１０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ（入力直流電力をスイッチング動作により入力直流電力とは異なる電圧値を有する出力直流電力に変換するコンバータ）を構成していてもよい。なお、ＤＣ/ＤＣコンバータには、降圧コンバータと、昇圧コンバータと、双方向ＤＣ/ＤＣコンバータとが含まれる。
スイッチング電源装置１０が降圧コンバータを構成している場合、キャパシタ３０は、その一端が接地側配線ＷＧと接続され、その他端がインダクタを介して出力側配線ＷＯと電気的に接続されている。
スイッチング電源装置１０が昇圧コンバータを構成している場合、キャパシタ３０は、その一端が接地側配線ＷＧと接続され、その他端が電源側配線ＷＰと接続されている。なお、昇圧コンバータでは、電流の流れる方向を考慮すると出力側配線ＷＯが電源側となり電源側配線ＷＰが出力側となるが、ここでは、配線ＷＯが電源側となっていても配線ＷＯを「出力側配線ＷＯ」と呼び、配線ＷＰが出力側となっていても配線ＷＰを「電源側配線ＷＰ」と呼ぶことと定義する。
スイッチング電源装置１０が双方向ＤＣ/ＤＣコンバータを構成している場合、スイッチング電源装置１０には２つのキャパシタ３０が設けられている。そして、一方のキャパシタ３０は、その一端が接地側配線ＷＧと接続され、その他端が出力側配線ＷＯと接続されている。他方のキャパシタ３０は、その一端が接地側配線ＷＧと接続され、その他端が電源側配線ＷＰと接続されている。
以上のように、スイッチング電源装置１０では、キャパシタ３０は、接地側配線ＷＧに面実装されて電源側配線ＷＰまたは出力側配線ＷＯと電気的に接続されている。また、キャパシタ３０を複数の独立キャパシタ３００により構成する場合、キャパシタ３０と電源側配線ＷＰまたは出力側配線ＷＯとを電気的に接続するための接続配線４０を、複数の独立キャパシタ３００と電源側配線ＷＰまたは出力側配線ＷＯとをそれぞれ電気的に接続する複数の独立配線４００により構成してもよい。
また、以上の実施形態や変形例を適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態や変形例は、本質的に好ましい例示であって、この開示、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
以上説明したように、この開示は、スイッチング電源装置に適用可能である。
１０ スイッチング電源装置
１１ 絶縁層
１２ 導電層
１３ 放熱層
１４ 冷却部材
２１ 第１スイッチング素子
２１０ 第１独立スイッチング素子
２２ 第２スイッチング素子
２２０ 第２独立スイッチング素子
３０ キャパシタ
３００ 独立キャパシタ
４０ 接続配線
４００ 独立配線
ＷＰ 電源側配線
ＷＧ 接地側配線
ＷＯ 出力側配線
ＳＷ スイッチング部
ＣＰ 容量部

Claims (7)

  1. 絶縁層と、
    前記絶縁層の一方の面に設けられて電源側配線と接地側配線と出力側配線とを有する導電層と、
    前記電源側配線に面実装されて前記出力側配線と接続された第１スイッチング素子と、
    前記出力側配線に面実装されて前記接地側配線と接続された第２スイッチング素子と、
    前記接地側配線に面実装されて前記電源側配線または前記出力側配線と電気的に接続された複数のキャパシタとを備え、
    複数の前記キャパシタは、前記接地側配線に載置されるとともに、前記接地側配線の長手方向に沿うように配列され、
    複数の前記キャパシタの負極が前記接地側配線と接合されるように前記接地側配線に面実装され、
    複数の前記キャパシタの正極が前記電源側配線または前記出力側配線と細長い板状の独立配線により、それぞれ電気的に接続している
    スイッチング電源装置。
  2. 前記第１スイッチング素子は、前記電源側配線の長手方向に沿うように配列され、かつ、電気的に並列接続された複数の第１独立スイッチング素子により構成されている
    請求項１に記載のスイッチング電源装置。
  3. 前記第２スイッチング素子は、前記出力側配線の長手方向に沿うように配列され、かつ、電気的に並列接続された複数の第２独立スイッチング素子により構成されている
    請求項１に記載のスイッチング電源装置。
  4. 前記電源側配線と前記接地側配線と前記出力側配線は、互いに並行するように形成されている請求項１に記載のスイッチング電源装置。
  5. 前記出力側配線は、前記電源側配線と前記接地側配線との間に配置されている
    請求項４に記載のスイッチング電源装置。
  6. 前記絶縁層の他方の面に設けられた放熱層を備えている
    請求項１に記載のスイッチング電源装置。
  7. 前記放熱層には、該放熱層を冷却するための冷却部材が取り付けられる
    請求項６に記載のスイッチング電源装置。
JP2018506507A 2016-03-25 2016-10-27 スイッチング電源装置 Active JP6646819B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016061098 2016-03-25
JP2016061098 2016-03-25
PCT/JP2016/004725 WO2017163290A1 (ja) 2016-03-25 2016-10-27 スイッチング電源装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017163290A1 JPWO2017163290A1 (ja) 2019-01-17
JP6646819B2 true JP6646819B2 (ja) 2020-02-14

Family

ID=59900128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018506507A Active JP6646819B2 (ja) 2016-03-25 2016-10-27 スイッチング電源装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190260301A1 (ja)
JP (1) JP6646819B2 (ja)
CN (1) CN109104891A (ja)
DE (1) DE112016006651T5 (ja)
WO (1) WO2017163290A1 (ja)

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07181568A (ja) * 1993-12-22 1995-07-21 Konica Corp フラッシュ発光装置
JPH1169840A (ja) * 1997-08-22 1999-03-09 Aisin Seiki Co Ltd スイッチングアセンブリ
JP4009056B2 (ja) * 2000-05-25 2007-11-14 三菱電機株式会社 パワーモジュール
JP4640425B2 (ja) * 2008-03-04 2011-03-02 株式会社豊田自動織機 電力変換装置
JP4582161B2 (ja) * 2008-03-04 2010-11-17 株式会社豊田自動織機 電力変換装置
JP2009219268A (ja) * 2008-03-11 2009-09-24 Daikin Ind Ltd 電力変換装置
US8057239B2 (en) * 2009-04-29 2011-11-15 GM Global Technology Operations LLC Power module assembly
JP2011036015A (ja) * 2009-07-31 2011-02-17 Daikin Industries Ltd 電力変換装置
JP2013118783A (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 Panasonic Corp 電力変換装置および電力変換システム
EP2916348B1 (en) * 2012-11-05 2020-05-13 NSK Ltd. Semiconductor module
JP2014116995A (ja) * 2012-12-06 2014-06-26 Hitachi Ltd ３レベル電力変換装置
CN105191131A (zh) * 2013-03-25 2015-12-23 株式会社安川电机 电力转换装置
JP5853998B2 (ja) * 2013-06-12 2016-02-09 株式会社デンソー 電力変換装置
JP5778840B1 (ja) * 2014-09-25 2015-09-16 株式会社日立製作所 電力変換ユニットおよび電力変換装置
US10388596B2 (en) * 2014-11-20 2019-08-20 Nsk Ltd. Electronic part mounting heat-dissipating substrate
US10411609B2 (en) * 2017-12-22 2019-09-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Substrate mounted inverter device
DE102019103032B4 (de) * 2018-02-23 2021-02-25 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Schaltnetzteilvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
CN109104891A (zh) 2018-12-28
WO2017163290A1 (ja) 2017-09-28
DE112016006651T5 (de) 2018-12-13
US20190260301A1 (en) 2019-08-22
JPWO2017163290A1 (ja) 2019-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPWO2019092926A1 (ja) 電子回路装置
JP6709810B2 (ja) 低誘導性ハーフブリッジ装置
WO2018016162A1 (ja) 半導体装置
US9300222B2 (en) Three-dimensional power supply module with passive stacked over cavity
US20090108821A1 (en) Multi-phase voltage regulation module
JP6230946B2 (ja) 電力変換装置、およびそれを搭載した鉄道車両
JP2008042074A (ja) 半導体装置及び電力変換装置
JP4538474B2 (ja) インバータ装置
JPWO2018235484A1 (ja) 電子回路装置
JP6502768B2 (ja) 電力変換器
JP2018143010A (ja) 電子回路装置
US9373560B2 (en) Drive circuit device
CN102396141A (zh) 电源装置
JP6646819B2 (ja) スイッチング電源装置
JP2015073376A (ja) 電力変換装置
JP2020043710A (ja) スナバ回路及びパワー半導体モジュール並びに誘導加熱用電源装置
JP2019201187A (ja) 電子回路装置
TW200926948A (en) Power module package structure
JP2019030040A (ja) スイッチング電源装置
JP2008130719A (ja) 半導体装置及びｄｃ−ｄｃコンバータ
JP6685020B2 (ja) スイッチング電源装置
JP6601776B2 (ja) スイッチング電源装置
WO2021199261A1 (ja) 部品モジュール
JP7008241B2 (ja) スイッチング電源装置
JP5118402B2 (ja) スイッチング電源

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180906

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180912

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20190124

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191119

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191202

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6646819

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

SZ03 Written request for cancellation of trust registration

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313Z03

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350