JP6698572B2 - スイッチ回路 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチ回路に関する。

スイッチ回路を含むインバータ等の電力変換装置に関する技術として、以下の技術が知られている。例えば、特許文献１には、半導体モジュール、半導体モジュールの両側に配置された２つのヒートシンク、及び半導体モジュールと２つのヒートシンクとを連結する連結装置を有する複数の半導体装置と、複数の半導体装置を収容するケースと、を含む電力変換装置が記載されている。

特許文献２には、半導体装置を収納するとともに、内部に配置されたフィンに対して送風される空気の取り入れ口である複数個の通風口を側面に形成する通風路形成部材を備えるインバータ回路ユニットが記載されている。

特開２０１１−１６６９７３号公報 特開２０１１−１６５９８９号公報

エンジン及びモータを動力源として備えるハイブリッドシステムにおいて、電力制御を行うパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）は、インバータを構成するＩＧＢＴ及びダイオードを１パッケージにしたパワーモジュール（パワーカード）を、冷却器を間に挟んで複数枚積層したパワースタックと、各パワーカードを制御する制御基板と、を含んで構成されている。パワーカードの各々と制御基板とは、ワイヤーハーネスまたはリード端子の形態を有する駆動信号線、電源線、温度センス線、電流センス線によって接続されている。

上記のした従来のＰＣＵの構成によれば、制御基板上には多数のコネクタ、及び電源用絶縁トランス等が配置されている。また、制御基板には高電圧部品が設けられ、絶縁を確保するために、高電圧部品と他の部品との間にある程度の距離を確保する必要がある。これらは、制御基板の小型化を阻害している。さらに、ハイブリッド車用途のＰＣＵは、トランスアクスル上に配置される場合もあり、パワーカードと制御基板との間を接続する配線の、振動による結線不良による信頼性低下が懸念される。

本発明は、制御基板の小型化を図るとともに結線不良の発生リスクを低減できるスイッチ回路を提供することを目的とする。

本発明に係るスイッチ回路は、第１の基板と、前記第１の基板に設けられ、制御信号を生成する制御信号生成回路と、前記第１の基板に設けられ、前記制御信号を送信する第１の送信器と、前記第１の基板に少なくとも一部が重なるように、前記第１の基板との間に間隙を隔てて前記第１の基板に対向配置された第２の基板と、前記第２の基板の、前記第１の基板側の面の、前記第１の送信器と重なる位置に設けられ、前記第１の送信器から送信された前記制御信号を受信する第１の受信器と、前記第２の基板に設けられ、前記第１の受信器によって受信された前記制御信号に基づいて駆動信号を生成する第１の駆動回路と、前記第２の基板に設けられ、前記第１の駆動回路によって生成された前記駆動信号に応じて動作する第１のスイッチング素子と、前記第２の基板の、前記第１の基板側とは反対側の面に設けられ、前記第１の受信器によって受信された前記制御信号を送信する第２の送信器と、を含む。

本発明に係るスイッチ回路は、前記第２の基板の、前記第１の基板側とは反対側において、前記第２の基板との間に間隙を隔てて前記第２の基板に対向配置された第３の基板と、前記第３の基板の、前記第２の基板側の面の、前記第２の送信器と重なる位置に設けられ、前記第２の送信器から送信された前記制御信号を受信する第２の受信器と、前記第３の基板に設けられ、前記第２の受信器によって受信された前記制御信号に基づいて駆動信号を生成する第２の駆動回路と、前記第３の基板に設けられ、前記第２の駆動回路によって生成された前記駆動信号に応じて動作する第２のスイッチング素子と、を更に含んでいてもよい。

本発明に係るスイッチ回路は、前記第１の基板の、前記第２の基板側とは反対側において、前記第１の基板に少なくとも一部が重なるように、前記第１の基板との間に間隙を隔てて前記第１の基板に対向配置された第４の基板と、前記第４の基板の、前記第１の基板側の面の、前記第１の送信器と重なる位置に設けられ、前記第１の送信器から送信された前記制御信号を受信する第３の受信器と、前記第４の基板に設けられ、前記第３の受信器によって受信された前記制御信号に基づいて駆動信号を生成する第３の駆動回路と、前記第４の基板に設けられ、前記第３の駆動回路によって生成された前記駆動信号に応じて動作する第３のスイッチング素子と、前記第４の基板の、前記第１の基板側とは反対側の面に設けられ、前記第３の受信器によって受信された前記制御信号を送信する第３の送信器と、を更に含んでいてもよい。

本発明に係るスイッチ回路は、前記第４の基板の、前記第１の基板側とは反対側において、前記第４の基板との間に間隙を隔てて前記第４の基板に対向配置された第５の基板と、前記第５の基板の、前記第４の基板側の面の、前記第３の送信器と重なる位置に設けられ、前記第３の送信器から送信された前記制御信号を受信する第４の受信器と、前記第５の基板に設けられ、前記第４の受信器によって受信された前記制御信号に基づいて駆動信号を生成する第４の駆動回路と、前記第５の基板に設けられ、前記第４の駆動回路によって生成された前記駆動信号に応じて動作する第４のスイッチング素子と、を更に含んでいてもよい。

本発明に係るスイッチ回路は、前記第１の基板に設けられた給電側コイルと、前記第２の基板の、前記給電側コイルと重なる位置に設けられ、前記第１の駆動回路に電力を供給する受電側コイルと、を更に含んでいてもよい。

前記第１の送信器から送信された前記制御信号は、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子のいずれかを指定する指定情報を含み、前記指定情報によって前記第１のスイッチング素子が指定されていない場合、前記第２の送信器が前記第１の受信器によって受信された前記制御信号を送信してもよい。

本発明に係るスイッチ回路によれば、制御基板の小型化を図るとともに結線不良の発生リスクを低減することが可能となる。

本発明の実施形態に係るスイッチ回路の模式的な構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るスイッチ回路の模式的な構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るスイッチ回路の電気的な構成の一例を示す回路ブロック図である。 本発明の実施形態に係るスイッチ回路における制御信号のワイヤレス伝送の様子を示す図である。 本発明の実施形態に係るスイッチ回路における電力のワイヤレス伝送の様子を示す図である。 本発明の実施形態に係るスイッチ回路を用いて構成されるインバータの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与し、重複する説明は適宜省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るスイッチ回路１の模式的な構成を示す斜視図であり、図２は、スイッチ回路１の側面図である。スイッチ回路１は、一例として、１枚の制御基板１０と、４枚のパワーカード２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを含んで構成されている。

制御基板１０は、ベース基板１０ａと、ベース基板１０ａの表面から突き出すようにベース基板１０ａの表面に挿入された突出基板１０ｂと、を有する。突出基板１０ｂは、その主面の方向が、ベース基板１０ａの主面に対して直交する方向に向けられている。パワーカード２０Ａ〜２０Ｄ、ベース基板１０ａ及び突出基板１０ｂは、それぞれ、絶縁基板及び配線を有する配線基板を基材として構成されている。なお、突出基板１０ｂは、本発明における第１の基板の一例である。パワーカード２０Ａは、本発明における第２の基板の一例である。パワーカード２０Ｂは、本発明における第３の基板の一例である。パワーカード２０Ｃは、本発明における第４の基板の一例である。パワーカード２０Ｄは、本発明における第５の基板の一例である。

突出基板１０ｂには、パワーカード２０Ａ〜２０Ｄを制御するための制御信号を生成する制御信号生成回路（図３に示す制御信号生成回路３０）と、制御信号生成回路によって生成された制御信号をワイヤレス送信する送信器１１Ｒ、１１Ｌと、パワーカード２０Ａ〜２０Ｄに電力を供給するための給電側コイル１２が設けられている。送信器１１Ｒは、突出基板１０ｂの一方の面Ｓ１１に設けられ、送信器１１Ｌは、突出基板１０ｂの他方の面Ｓ１２に設けられている。送信器１１Ｒ、１１Ｌは、本発明における第１の送信器の一例である。

パワーカード２０Ａは、その一部が突出基板１０ｂに重なるように、突出基板１０ｂとの間に間隙を隔てて突出基板１０ｂに対向配置されている。間隙の幅は、例えば１ｃｍ以下であり、好ましくは数ｍｍ程度である。

パワーカード２０Ａの突出基板１０ｂ側の面Ｓ２１には、突出基板１０ｂに設けられた送信器１１Ｒから送信された制御信号を受信する受信器２１Ａが設けられている。受信器２１Ａは、送信器１１Ｒとの距離が最短となるように、面Ｓ２１の、送信器１１Ｒと重なる位置（向かい合う位置）に設けられている。送信器１１Ｒ及び受信器２１Ａは、例えば、マイクロストリップ線路を含んで構成されており、送信器１１Ｒを構成するマイクロストリップ線路と受信器２１Ａを構成するマイクロストリップ線路との間に近接場電磁界結合を形成することで、送信器１１Ｒから受信器２１Ａに制御信号がワイヤレスで伝送される。なお、受信器２１Ａは、本発明における第１の受信器の一例である。

パワーカード２０Ａの面Ｓ２１には、受信器２１Ａによって受信された制御信号に所定の処理を施す受信信号処理回路（図３に示す受信信号処理回路４０ａ、４０ｂ）、及び制御信号に基づいて、後述するスイッチング素子２５Ａを駆動するための駆動信号を生成する駆動回路（図３に示す駆動回路５０ａ、５０ｂ）を収容したＩＣチップ２２Ａが設けられている。

パワーカード２０Ａには、駆動回路によって生成された駆動信号に応じてオンオフするスイッチング素子（パワーデバイス）２５Ａが設けられている。スイッチング素子２５Ａとして、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を好適に用いることができる。なお、スイッチング素子２５Ａとして、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Efect Transistor）またはバイポーラトランジスタ等の他のパワーデバイスを用いることも可能である。なお、スイッチング素子２５Ａは、本発明における第１のスイッチング素子の一例である。

パワーカード２０Ａの面Ｓ２１とは反対側の面Ｓ２２には、受信信号処理回路（図３に示す受信信号処理回路４０ａ、４０ｂ）によって処理された制御信号を、ワイヤレス送信するのに適した形式に変換する送信信号処理回路（図３に示す送信信号処理回路６０ａ、６０ｂ）を収容したＩＣチップ２３Ａが設けられている。

パワーカード２０Ａの面Ｓ２２には、送信信号処理回路によって処理された制御信号を、ワイヤレス送信する送信器２４Ａが設けられている。送信器２４Ａは、パワーカード２０Ａの面Ｓ２２の、受信器２１Ａと重なる位置に設けられている。なお、送信器２４Ａは、本発明における第２の送信器の一例である。

パワーカード２０Ａには、受電側コイル２６Ａが設けられている。受電側コイル２６Ａは、給電側コイル１２と重なる位置（向い合う位置）に配置されている。受電側コイル２６Ａは、パワーカード２０Ａを構成する配線基板の配線によって形成されている。受電側コイル２６Ａは、配線を渦巻き状に旋回させたパターンを有し、面Ｓ２１に形成された巻き線部分及び面Ｓ２２に形成された巻き線部分を含み、これらの巻き線部分が互いにビアを介して接続されている。受信器２１Ａ及び送信器２４Ａは、受電側コイル２６Ａの内側に配置されている。

受電側コイル２６Ａは、給電側コイル１２との間で、磁界結合または電磁界共鳴結合を形成することによって電力を発生させる。受電側コイル２６Ａが発生させた電力は、ＩＣチップ２２Ａ、２３Ａ内に収容された駆動回路（図３に示す駆動回路５０ａ、５０ｂ）、受信信号処理回路（図３に示す受信信号処理回路４０ａ、４０ｂ）、送信信号処理回路（図３に示す送信信号処理回路６０ａ、６０ｂ）等に供給される。

パワーカード２０Ｂは、パワーカード２０Ａの面Ｓ２２側において、パワーカード２０Ａとの間に間隙を隔ててパワーカード２０Ａに対向配置されている。間隙の幅は、例えば１ｃｍ以下であり、好ましくは数ｍｍ程度である。パワーカード２０Ｂの構成は、パワーカード２０Ａの構成と同じである。すなわち、パワーカード２０Ｂは、受信器２１Ｂ、受信信号処理回路及び駆動回路を収容したＩＣチップ２２Ｂ、送信信号処理回路を収容したＩＣチップ２３Ｂ、送信器２４Ｂ、スイッチング素子２５Ｂ及び受電側コイル２６Ｂを含んで構成されている。

受信器２１Ｂは、パワーカード２０Ｂの、パワーカード２０Ａ側の面Ｓ３１に設けられている。受信器２１Ｂは、パワーカード２０Ａに設けられた送信器２４Ａとの距離が最短となるように、送信器２４Ａと重なる位置（向い合う位置）に設けられている。受信器２１Ｂは、例えば、マイクロストリップ線路を含んで構成されており、送信器２４Ａを構成するマイクロストリップ線路と受信器２１Ｂを構成するマイクロストリップ線路との間に近接場電磁界結合を形成することで、送信器２４Ａから受信器２１Ｂに制御信号がワイヤレスで伝送される。なお、受信器２１Ｂは、本発明における第２の受信器の一例である。

ＩＣチップ２２Ｂに収容された駆動回路は、受信器２１Ｂによって受信された制御信号に基づいて駆動信号を生成する。スイッチング素子２５Ｂは、ＩＣチップ２２Ｂに収容された駆動回路によって生成された駆動信号に応じてオンオフする。

送信器２４Ｂは、パワーカード２０Ｂの、面Ｓ３１とは反対側の面Ｓ３２において受信器２１Ｂと重なる位置に設けられている。送信器２４Ｂは、ＩＣチップ２３Ｂ内に収容された送信信号処理回路によって処理された制御信号をワイヤレス送信する。なお、本実施形態に係るスイッチ回路１の構成によれば、送信器２４Ｂから送信される制御信号を受信する回路が存在しないので、送信器２４Ｂについては省略することが可能である。

受電側コイル２６Ｂは、給電側コイル１２及び受電側コイル２６Ａと重なる位置に配置されている。受電側コイル２６Ｂは、給電側コイル１２との間で、磁界結合または電磁界共鳴結合を形成することによって電力を発生させる。受電側コイル２６Ｂが発生させた電力は、ＩＣチップ２２Ｂ、２３Ｂ内に収容された駆動回路、受信信号処理回路、送信信号処理回路等に供給される。

パワーカード２０Ｃは、突出基板１０ｂの、パワーカード２０Ａ側とは反対側に設けられている。パワーカード２０Ｃは、その一部が突出基板１０ｂに重なるように、突出基板１０ｂとの間に間隙を隔てて突出基板１０ｂに対向配置されている。間隙の幅は、例えば１ｃｍ以下であり、好ましくは数ｍｍ程度である。パワーカード２０Ｃの構成は、パワーカード２０Ａの構成と同じである。すなわち、パワーカード２０Ｃは、受信器２１Ｃ、受信信号処理回路及び駆動回路を収容したＩＣチップ２２Ｃ、送信信号処理回路を収容したＩＣチップ２２Ｃ、送信器２４Ｃ、スイッチング素子２５Ｃ及び受電側コイル２６Ｃを含んで構成されている。

受信器２１Ｃは、パワーカード２０Ｃの、突出基板１０ｂ側の面Ｓ４１に設けられている。受信器２１Ｃは、突出基板１０ｂに設けられた送信器１１Ｌとの距離が最短となるように、送信器１１Ｌと重なる位置（向い合う位置）に設けられている。受信器２１Ｃは、例えば、マイクロストリップ線路を含んで構成されており、送信器１１Ｌを構成するマイクロストリップ線路と受信器２１Ｃを構成するマイクロストリップ線路との間に近接場電磁界結合を形成することで、送信器１１Ｌから受信器２１Ｃに制御信号がワイヤレスで伝送される。受信器２１Ｃは、本発明における第３の受信器の一例である。

ＩＣチップ２２Ｃに収容された駆動回路は、受信器２１Ｃによって受信された制御信号に基づいて駆動信号を生成する。スイッチング素子２５Ｃは、ＩＣチップ２２Ｃに収容された駆動回路によって生成された駆動信号に応じてオンオフする。

送信器２４Ｃは、パワーカード２０Ｃの、面Ｓ４１とは反対側の面Ｓ４２において受信器２１Ｃと重なる位置に設けられている。送信器２４Ｃは、ＩＣチップ２３Ｃ内に収容された送信信号処理回路によって処理された制御信号をワイヤレス送信する。なお、送信器２４Ｃは、本発明における第３の送信器の一例である。

受電側コイル２６Ｃは、給電側コイル１２と重なる位置に配置されている。受電側コイル２６Ｃは、給電側コイル１２との間で、磁界結合または電磁界共鳴結合を形成することによって電力を発生させる。受電側コイル２６Ｃが発生させた電力は、ＩＣチップ２２Ｃ、２３Ｃ内に収容された駆動回路、受信信号処理回路、送信信号処理回路等に供給される。

パワーカード２０Ｄは、パワーカード２０Ｃの面Ｓ４２側において、パワーカード２０Ｃとの間に間隙を隔ててパワーカード２０Ｃに対向配置されている。間隙の幅は、例えば１ｃｍ以下であり、好ましくは数ｍｍ程度である。パワーカード２０Ｄの構成は、パワーカード２０Ａの構成と同じである。すなわち、パワーカード２０Ｄは、受信器２１Ｄ、受信信号処理回路及び駆動回路を収容したＩＣチップ２２Ｄ、送信信号処理回路を収容したＩＣチップ２３Ｄ、送信器２４Ｄ、スイッチング素子２５Ｄ及び受電側コイル２６Ｄを含んで構成されている。

受信器２１Ｄは、パワーカード２０Ｄの、パワーカード２０Ｃ側の面Ｓ５１に設けられている。受信器２１Ｄは、パワーカード２０Ｃに設けられた送信器２４Ｃとの距離が最短となるように、送信器２４Ｃと重なる位置（向い合う位置）に設けられている。受信器２１Ｄは、例えば、マイクロストリップ線路を含んで構成されており、送信器２４Ｃを構成するマイクロストリップ線路と受信器２１Ｄを構成するマイクロストリップ線路との間に近接場電磁界結合を形成することで、送信器２４Ｃから受信器２１Ｄに制御信号がワイヤレスで伝送される。なお、受信器２１Ｄは、本発明における第４の受信器の一例である。

ＩＣチップ２２Ｄに収容された駆動回路は、受信器２１Ｄによって受信された制御信号に基づいて駆動信号を生成する。スイッチング素子２５Ｄは、ＩＣチップ２２Ｄに収容された駆動回路によって生成された駆動信号に応じてオンオフする。

送信器２４Ｄは、パワーカード２０Ｄの、面Ｓ５１とは反対側の面Ｓ５２において受信器２１Ｄと重なる位置に設けられている。送信器２４Ｄは、ＩＣチップ２３Ｄ内に収容された送信信号処理回路によって処理された制御信号をワイヤレス送信する。なお、本実施形態に係るスイッチ回路１の構成によれば、送信器２４Ｄから送信される制御信号を受信する回路が存在しないので、パワーカード２０Ｄから送信器２４Ｄを削除してもよい。

受電側コイル２６Ｄは、給電側コイル１２及び受電側コイル２６Ｃと重なる位置に配置されている。受電側コイル２６Ｄは、給電側コイル１２との間で、磁界結合または電磁界共鳴結合を形成することによって電力を発生させる。受電側コイル２６Ｄが発生させた電力は、ＩＣチップ２２Ｄ、２３Ｄ内に収容された駆動回路、受信信号処理回路、送信信号処理回路等に供給される。

図３は、スイッチ回路１の電気的な構成の一例を示す回路ブロック図である。図３には突出基板１０ｂに搭載される回路ブロック、及びパワーカード２０Ａに搭載される回路ブロックが示されている。なお、図３には、パワーカード２０Ａに、２つのスイッチング素子（パワーデバイス）２５Ａａ、２５Ａｂが搭載され、これら２つのスイッチング素子２５Ａａ、２５Ａｂを独立に制御するための２つの信号系統および２つの電源系統がパワーカード２０Ａ及び突出基板１０ｂに設けられた形態が例示されている。他のパワーカード２０Ｂ〜２０Ｃの電気的な構成は、パワーカード２０Ａと同じである。また、図３に示す突出基板１０ｂには、面Ｓ１１に搭載される、パワーカード２０Ａ側に対応する回路ブロックが示され、面Ｓ１２に搭載される、パワーカード２０Ｃ側に対応する回路ブロックについては図示が省略されている。

突出基板１０ｂには、パワーカード２０Ａ〜２０Ｄを制御する制御信号を生成する制御信号生成回路３０が設けられている。制御信号生成回路３０は、ドライバ回路３１、シングル−差動変換回路３２ａ、３２ｂ及びバッファ回路３３ａ、３３ｂを含んでいる。ドライバ回路３１は、ベース基板１０ａから供給されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に基づいて、スイッチング素子２５Ａａ、２５Ａｂのオンオフのタイミングを定めるシングルエンド形式の制御信号を生成する。シングル−差動変換回路３２ａ、３２ｂは、それぞれ、ドライバ回路３１から供給されるシングルエンド形式の制御信号を差動信号形式に変換する。差動信号形式に変換された制御信号は、それぞれ、バッファ回路３３ａ、３３ｂを経由して、送信器１１Ｒａ、１１Ｒｂに供給される。送信器１１Ｒａ、１１Ｒｂは、それぞれ、バッファ回路３３ａ、３３ｂから出力される制御信号をワイヤレス送信する。なお、送信器１１Ｒａ、１１Ｒｂは、図２に示す送信器１１Ｒに対応している。

突出基板１０ｂには、Ｅ級増幅器３３が設けられている。Ｅ級増幅器３３は、ベース基板１０ａから供給される電源信号を増幅し、増幅した電源信号を、キャパシタ３４を介して給電側コイル１２ａ、１２ｂに供給する。

突出基板１０ｂには、送信器１１Ｒａ、１１Ｒｂの外周を囲むように給電側コイル１２ａ、１２ｂが形成されている。給電側コイル１２ａ、１２ｂは、Ｅ級増幅器３３から供給される電源信号に応じて磁束を発生させ、受電側コイル２６Ａａ、２６Ａｂとの間で磁界結合または電磁界共鳴結合を形成する。なお、給電側コイル１２ａ、１２ｂは、図２に示す給電側コイル１２に対応している。

パワーカード２０Ａには、送信器１１Ｒａ、１１Ｒｂからワイヤレス送信される制御信号を受信する受信器２１Ａａ、２１Ａｂが設けられている。なお、受信器２１Ａａ、２１Ａｂは、図２に示す受信器２１Ａに対応している。

パワーカード２０Ａには、第１系統の受信器２１Ａａによって受信された制御信号について処理を行う受信信号処理回路４０ａ及び第２系統の受信器２１Ａｂによって受信された制御信号について処理を行う受信信号処理回路４０ｂが設けられている。第１系統の受信信号処理回路４０ａは、ヒステリシスコンパレータ４１ａ、バッファ回路４２ａ及び判定回路４３ａを含んでいる。ヒステリシスコンパレータ４１ａは、受信器２１Ａａによって受信された差動信号形式の制御信号をシングルエンド形式に変換する。シングルエンド形式に変換された制御信号は、バッファ回路４２ａを経由して判定回路４３ａに供給される。判定回路４３ａは、制御信号に付加されている指定情報によって、スイッチング素子２５Ａａが指定されているか否かを判定する。判定回路４３ａは、指定情報によって、スイッチング素子２５Ａａが指定されているものと判定した場合には、制御信号を駆動回路５０ａに供給する。一方、判定回路４３ａは、指定情報によって、スイッチング素子２５Ａａが指定されていないものと判定した場合には、制御信号を第１系統の送信信号処理回路６０ａに供給する。

第２系統の受信信号処理回路４０ｂは、第１系統の受信信号処理回路４０ａと同様、ヒステリシスコンパレータ４１ｂ、バッファ回路４２ｂ及び判定回路４３ｂを含んでいる。これらの回路の機能は、第１系統の受信信号処理回路４０ａを構成する各回路と同様であるので、説明は省略する。

パワーカード２０Ａには、駆動回路５０ａ、５０ｂが設けられている。第１系統の駆動回路５０ａは、第１系統の受信信号処理回路４０ａから供給される制御信号に基づいて駆動信号を生成し、これを、第１系統のスイッチング素子２５Ａａのゲートに供給する。スイッチング素子２５Ａａは、駆動回路５０ａから供給される駆動信号に応じてオンオフする。同様に、第２系統の駆動回路５０ｂは、第２系統の受信信号処理回路４０ｂから供給される制御信号に基づいて駆動信号を生成し、これを、第２系統のスイッチング素子２５Ａｂのゲートに供給する。スイッチング素子２５Ａｂは、駆動回路５０ｂから供給される駆動信号に応じてオンオフする。なお、スイッチング素子２５Ａａ及び２５Ａｂは、図２に示すスイッチング素子２５Ａに対応している。

パワーカード２０Ａには、第１系統の受信信号処理回路４０ａから供給される制御信号について処理を行う第１系統の送信信号処理回路６０ａ及び第２系統の受信信号処理回路４０ｂから供給される制御信号について処理を行う第２系統の送信信号処理回路６０ｂが設けられている。第１系統の送信信号処理回路６０ａは、シングル−差動変換回路６１ａ及びバッファ回路６２ｂを含んでいる。シングル−差動変換回路６１ａは、第１系統の受信信号処理回路４０ａから供給されるシングルエンド形式の制御信号を差動信号形式に変換する。差動信号形式に変換された制御信号は、それぞれ、バッファ回路６２ａを経由して、送信器２４Ａａに供給される。

第２系統の送信信号処理回路６０ｂは、第１系統の送信信号処理回路６０ａと同様、シングル−差動変換回路６１ｂ及びバッファ回路６２ｂを含んでいる。これらの回路の機能は、第１系統の送信信号処理回路６０ａを構成する各回路と同様であるので、説明は省略する。

送信器２４Ａａ、２４Ａｂは、それぞれ、バッファ回路６２ａ、６２ｂから出力される制御信号をワイヤレス送信する。なお、送信器２４Ａａ、２４Ａｂは、図２に示す送信器２４Ａに対応している。

パワーカード２０Ａには、突出基板１０ｂに設けられた給電側コイル１２ａ、１２ｂから電力供給を受ける受電側コイル２６Ａａ、２６Ａｂが設けられている。第１系統の受電側コイル２６Ａａは、第１系統の受信器２１Ａａの外周を囲むように形成された巻き線部分と、第１系統の送信器２４Ａａの外周を囲むように形成された巻き線部分と、を有する。第１系統の受電側コイル２６Ａａは、第１系統の給電側コイル１２ａとの間で、磁界結合または電磁界共鳴結合を形成することによって電力を発生させる。同様に、第２系統の受電側コイル２６Ａｂは、第２系統の受信器２１Ａｂの外周を囲むように形成された巻き線部分と、第２系統の送信器２４Ａｂの外周を囲むように形成された巻き線部分と、を有する。第２系統の受電側コイル２６Ａｂは、第２系統の給電側コイル１２ｂとの間で、磁界結合または電磁界共鳴結合を形成することによって電力を発生させる。

パワーカード２０Ａには、ＡＣ−ＤＣ変換回路７０ａ、７０ｂ及びレギュレータ７１ａ、７１ｂが設けられている。ＡＣ−ＤＣ変換回路７０ａ、７０ｂは、それぞれ、受電側コイル２６Ａａ、２６Ａｂが発生させる交流電力を直流電力に変換する。レギュレータ７１ａ、７１ｂは、それぞれ、ＡＣ−ＤＣ変換回路７０ａ、７０ｂから出力される直流電力の電圧レベルを所定のレベルに制御する。第１系統のレギュレータ７１ａは、その出力電圧を、電源電圧としてヒステリシスコンパレータ４１ａ、バッファ回路４２ａ、駆動回路５０ａ、シングル−差動変換回路６１ａ及びバッファ回路６２ａに供給する。同様に、第２系統のレギュレータ７１ｂは、その出力電圧を電源電圧として、ヒステリシスコンパレータ４１ｂ、バッファ回路４２ｂ、駆動回路５０ｂ、シングル−差動変換回路６１ｂ及びバッファ回路６２ｂに供給する。

以下に、本実施形態に係るスイッチ回路１の動作について説明する。図４は、スイッチ回路１における電力のワイヤレス伝送の様子を示す図である。突出基板１０ｂに設けられた給電側コイル１２に電力が印加されると、給電側コイル１２は磁束を発生させる。突出基板１０ｂに設けられた給電側コイル１２と、パワーカード２０Ａ〜２０Ｄにそれぞれ設けられた受電側コイル２６Ａ〜２６Ｄとが、互いに重なるように配置されており、給電側コイル１２が発生させる磁束が、受電側コイル２６Ａ〜２６Ｄの内側を貫くことで、受電側コイル２６Ａ〜２６Ｄは電力を発生させる。受電側コイル２６Ａ〜２６Ｄが発生させた電力は、パワーカード２０Ａ〜２０Ｄに搭載されたＩＣチップ２２Ａ〜２２Ｄ、２３Ａ〜２３Ｄ内に収容された各回路に供給される。

図５は、スイッチ回路１における制御信号のワイヤレス伝送の様子を示す図である。制御基板１０に設けられた制御信号生成回路（図３に示す制御信号生成回路３０）によって生成された制御信号は、突出基板１０ｂの面Ｓ１１及びＳ１２に設けられた送信器１１Ｒ及び１１Ｌの双方からワイヤレス送信される。

突出基板１０ｂの送信器１１Ｒから送信された制御信号は、パワーカード２０Ａの受信器２１Ａによって受信され、ＩＣチップ２２Ａに収容された受信信号処理回路（図３に示す受信信号処理回路４０ａ、４０ｂ）に送られる。制御信号には、スイッチング素子２５Ａ〜２５Ｄのいずれかを指定する指定情報が付加されている。指定情報は、受信信号処理回路を構成する判定回路（図３に示す判定回路４３ａ、４３ｂ）によって解析される。

指定情報によって、スイッチング素子２５Ａが指定されている場合、ＩＣチップ２２Ａに収容された駆動回路（図３に示す駆動回路５０ａ、５０ｂ）は、受信器２１Ａによって受信された制御信号に基づいて駆動信号を生成し、これをスイッチング素子２５Ａに供給する。一方、指定情報によって、スイッチング素子２５Ａが指定されていない場合、受信器２１Ａによって受信された制御信号は、ＩＣチップ２３Ａに収容された送信信号処理回路（図３に示す送信信号処理回路６０ａ、６０ｂ）を経由して送信器２４Ａからワイヤレス送信される。送信器２４Ａから送信された制御信号は、パワーカード２０Ｂに搭載された受信器２１Ｂによって受信される。パワーカード２０Ｂは、受信器２１Ｂによって受信した制御信号に対して、パワーカード２０Ａにおける信号処理と同様の信号処理を行う。

突出基板１０ｂの送信器１１Ｌから送信された制御信号は、パワーカード２０Ｃの受信器２１Ｃによって受信される。パワーカード２０Ｃは、受信器２１Ｃによって受信した制御信号に対して、パワーカード２０Ａにおける信号処理と同様の信号処理を行う。パワーカード２０Ｄについても同様である。なお、本実施形態では、制御信号をワイヤレスで伝送する方式として、近接場電磁界結合方式を用いているが、この態様に限定されず、例えば、電磁誘導方式等の他の方式を用いることも可能である。

本実施形態に係るスイッチ回路１は、図６に示すように、モータ１１０を駆動するインバータ１００として用いることができる。パワーカード２０Ａに搭載されるスイッチング素子２５Ａａ及び２５Ａｂは、それぞれＵ相の上アーム用のスイッチ及びＵ相下アーム用のスイッチとして機能する。パワーカード２０Ａには、スイッチング素子２５Ａａを駆動する駆動回路５０Ａａ及びスイッチング素子２５Ａｂを駆動する駆動回路Ａｂが搭載される。パワーカード２０Ｂに搭載されるスイッチング素子２５Ｂａ及び２５Ｂｂは、それぞれＶ相の上アーム用のスイッチ及びＶ相下アーム用のスイッチとして機能する。パワーカード２０Ｂには、スイッチング素子２５Ｂａを駆動する駆動回路５０Ｂａ及びスイッチング素子２５Ｂｂを駆動する駆動回路５０Ｂｂが搭載される。パワーカード２０Ｃに搭載されるスイッチング素子２５Ｃａ及び２５Ｃｂは、それぞれＷ相の上アーム用のスイッチ及びＷ相下アーム用のスイッチとして機能する。パワーカード２０Ｃには、スイッチング素子２５Ｃａを駆動する駆動回路５０Ｃａ及びスイッチング素子２５Ｃｂを駆動する駆動回路５０Ｃｂが搭載される。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴで構成され、それぞれのコレクタ−エミッタ間には、還流用のダイオード２７が接続されている。

本実施形態に係るスイッチ回路１によれば、制御基板１０（突出基板１０ｂ）と、パワーカード２０Ａ〜２０Ｄとの間での電力伝送及び信号伝送をワイヤレスで行うことができる。これにより、制御基板１０において、コネクタ、電源絶縁用トランス、フォトカプラ等の搭載が不要となり、制御基板１０の大きさを、従来のＰＣＵの制御基板よりも小さくすることができる。また、制御基板１０において高電圧部品を排除することができるので、制御基板１０に搭載される部品において絶縁距離を確保する等の制約がなくなり、制御基板１０の設計が容易となる。また、制御基板１０とパワーカード２０Ａ〜２０Ｄとの間を接続する配線が不要となり、振動による結線不良の発生リスクを低減することができる。

また、本実施形態に係るスイッチ回路１によれば、制御基板１０（突出基板１０ｂ）からワイヤレス送信された制御信号が、突出基板１０ｂに最も近い位置に配置されたパワーカード２０Ａ、２０Ｃによって受信され、その後、順次リレー方式で遠方のパワーカード２０Ｂ、２０Ｄに受信される。また、本実施形態に係るスイッチ回路１によれば、パワーカード２０Ａ〜２０Ｄは、スイッチング素子２５Ａ〜２５Ｄを指定する指定情報を含む制御信号によって、時分割方式で制御される。これにより、１枚の制御基板１０によって、複数のパワーカード２０Ａ〜２０Ｄをワイヤレスで制御することが可能となる。

１ スイッチ回路
１０ 制御基板
１０ａ ベース基板
１０ｂ 突出基板
１１Ｒ、１１Ｌ 送信器
１２ 給電側コイル
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ パワーカード
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ 受信器
２４Ａ，２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ 送信器
２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ スイッチング素子
２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ 受電側コイル
３０ 制御信号生成回路
５０ａ、５０ｂ 駆動回路

Claims (6)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板に設けられ、制御信号を生成する制御信号生成回路と、
   前記第１の基板に設けられ、前記制御信号を送信する第１の送信器と、
   前記第１の基板に少なくとも一部が重なるように、前記第１の基板との間に間隙を隔てて前記第１の基板に対向配置された第２の基板と、
   前記第２の基板の、前記第１の基板側の面の、前記第１の送信器と重なる位置に設けられ、前記第１の送信器から送信された前記制御信号を受信する第１の受信器と、
   前記第２の基板に設けられ、前記第１の受信器によって受信された前記制御信号に基づいて駆動信号を生成する第１の駆動回路と、
   前記第２の基板に設けられ、前記第１の駆動回路によって生成された前記駆動信号に応じて動作する第１のスイッチング素子と、
   前記第２の基板の、前記第１の基板側とは反対側の面に設けられ、前記第１の受信器によって受信された前記制御信号を送信する第２の送信器と、
   を含むスイッチ回路。
2. 前記第２の基板の、前記第１の基板側とは反対側において、前記第２の基板との間に間隙を隔てて前記第２の基板に対向配置された第３の基板と、
   前記第３の基板の、前記第２の基板側の面の、前記第２の送信器と重なる位置に設けられ、前記第２の送信器から送信された前記制御信号を受信する第２の受信器と、
   前記第３の基板に設けられ、前記第２の受信器によって受信された前記制御信号に基づいて駆動信号を生成する第２の駆動回路と、
   前記第３の基板に設けられ、前記第２の駆動回路によって生成された前記駆動信号に応じて動作する第２のスイッチング素子と、
   を更に含む請求項１に記載のスイッチ回路。
3. 前記第１の基板の、前記第２の基板側とは反対側において、前記第１の基板に少なくとも一部が重なるように、前記第１の基板との間に間隙を隔てて前記第１の基板に対向配置された第４の基板と、
   前記第４の基板の、前記第１の基板側の面の、前記第１の送信器と重なる位置に設けられ、前記第１の送信器から送信された前記制御信号を受信する第３の受信器と、
   前記第４の基板に設けられ、前記第３の受信器によって受信された前記制御信号に基づいて駆動信号を生成する第３の駆動回路と、
   前記第４の基板に設けられ、前記第３の駆動回路によって生成された前記駆動信号に応じて動作する第３のスイッチング素子と、
   前記第４の基板の、前記第１の基板側とは反対側の面に設けられ、前記第３の受信器によって受信された前記制御信号を送信する第３の送信器と、
   を更に含む請求項２に記載のスイッチ回路。
4. 前記第４の基板の、前記第１の基板側とは反対側において、前記第４の基板との間に間隙を隔てて前記第４の基板に対向配置された第５の基板と、
   前記第５の基板の、前記第４の基板側の面の、前記第３の送信器と重なる位置に設けられ、前記第３の送信器から送信された前記制御信号を受信する第４の受信器と、
   前記第５の基板に設けられ、前記第４の受信器によって受信された前記制御信号に基づいて駆動信号を生成する第４の駆動回路と、
   前記第５の基板に設けられ、前記第４の駆動回路によって生成された前記駆動信号に応じて動作する第４のスイッチング素子と、
   を更に含む請求項３に記載のスイッチ回路。
5. 前記第１の基板に設けられた給電側コイルと、
   前記第２の基板の、前記給電側コイルと重なる位置に設けられ、前記第１の駆動回路に電力を供給する受電側コイルと、
   を更に含む請求項１に記載のスイッチ回路。
6. 前記第１の送信器から送信された前記制御信号は、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子のいずれかを指定する指定情報を含み、前記指定情報によって前記第１のスイッチング素子が指定されていない場合、前記第２の送信器が前記第１の受信器によって受信された前記制御信号を送信する
   請求項２に記載のスイッチ回路。