JP6962152B2 - Shield structure of in-vehicle power conversion device and in-vehicle power conversion device - Google Patents

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Description

本発明は、車載用電力変換装置のシールド構造、及び、該シールド構造を備えた車載用電力変換装置に関する。 The present invention relates to a shield structure of an in-vehicle power conversion device and an in-vehicle power conversion device provided with the shield structure.

近年、エンジンと電動モータとを併用することで車両の燃料消費率(燃費)を効果的に向上させることができるプラグイン・ハイブリッド自動車(PHEV)が実用化されている。また、電動モータのみを動力源とし、排気ガスを排出しない電気自動車(EV)も実用化されている。このようなプラグイン・ハイブリッド自動車や電気自動車では、例えばリチウムイオン電池などの二次電池(電池セル)を複数直列に接続した高電圧バッテリ(電池モジュール)が搭載されている。また、外部の交流電源(商用電力系統)を用いて高電圧バッテリを充電するための車載用充電器(オンボードチャージャ)や、高電圧バッテリの電圧を例えば12Vに降圧して車載電装品に供給するDC−DCコンバータ等が搭載されている。なお、本明細書中では、例えばDC60V以上の電圧を高電圧という。 In recent years, a plug-in hybrid vehicle (PHEV) capable of effectively improving the fuel consumption rate (fuel efficiency) of a vehicle by using an engine and an electric motor in combination has been put into practical use. In addition, an electric vehicle (EV) that uses only an electric motor as a power source and does not emit exhaust gas has also been put into practical use. Such plug-in hybrid vehicles and electric vehicles are equipped with high-voltage batteries (battery modules) in which a plurality of secondary batteries (battery cells) such as lithium-ion batteries are connected in series. In addition, an in-vehicle charger (on-board charger) for charging a high-voltage battery using an external AC power supply (commercial power system) and an in-vehicle charger that steps down the voltage of the high-voltage battery to, for example, 12V and supplies it to in-vehicle electrical components. A DC-DC converter or the like is installed. In the present specification, for example, a voltage of DC60V or higher is referred to as a high voltage.

このような車載用充電器やDC−DCコンバータなどの車載用電力変換装置では、電圧や周波数などを変換する際に、例えばFETなどのスイッチング素子によるスイッチング動作に伴いノイズが放射される。そして、その放射ノイズが車載用充電器などの導電性の筐体と結合し、さらに、例えば、筐体と接続されたグランドと電源ラインなどとの間に形成される浮遊容量(寄生容量)を介して、伝導ノイズとして電源ラインなどに出ていくという問題がある。 In such an in-vehicle power converter such as an in-vehicle charger or a DC-DC converter, noise is radiated when converting a voltage, a frequency, or the like due to a switching operation by a switching element such as an FET. Then, the radiated noise is combined with a conductive housing such as an in-vehicle charger, and further, for example, a stray capacitance (parasitic capacitance) formed between the ground connected to the housing and a power supply line or the like is generated. There is a problem that it goes out to the power supply line or the like as conduction noise.

一方、従来から、スイッチング素子などの電子部品から放射されるノイズを低減するために、シールドが用いられている。ここで、特許文献1には、スイッチング素子のようなノイズの発生源となる部品の周囲を覆うように構成された電磁シールド部を備える電源装置が開示されている。 On the other hand, conventionally, a shield has been used in order to reduce noise radiated from electronic components such as switching elements. Here, Patent Document 1 discloses a power supply device including an electromagnetic shield portion configured to cover the periphery of a component such as a switching element that is a source of noise.

より具体的には、この電源装置は、FET、ダイオード、トランス、及びコイルなどの発熱部品を実装した基板と、基板を固定する固定部材と、固定部材に取付けられ、基板を覆う蓋部とを備えており、蓋部と発熱部品との間に電磁シールド部が設けられている。また、この電磁シールド部は、上記発熱部品のうち、スイッチング素子のようなノイズの発生源となる部品の周囲を覆うように構成されている。この電源装置によれば、ノイズを低減しつつ発熱部品の放熱を向上させることができる。 More specifically, this power supply device includes a substrate on which heat-generating components such as FETs, diodes, transformers, and coils are mounted, a fixing member for fixing the substrate, and a lid portion attached to the fixing member and covering the substrate. An electromagnetic shield is provided between the lid and the heat generating component. Further, the electromagnetic shield portion is configured to cover the periphery of the component that is a source of noise, such as a switching element, among the heat generating components. According to this power supply device, it is possible to improve heat dissipation of heat-generating components while reducing noise.

特開2016−119395号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-119395

ここで、特許文献1に記載されている電源装置のシールド構造を、上述したプラグイン・ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される車載用充電器などに適用しようとした場合、電磁シールド部が、直接又は導電性の放熱部を介して、蓋部(筐体)と接触しているため、蓋部(筐体)と同電位の電磁シールド部を基板のグランドに接続すると、車載用充電器などに用いられるスイッチング素子から放射されたノイズが、電磁シールド部を介して蓋部(筐体)と結合し、該蓋部(筐体)にまわる。そのため、上述したように、蓋部(筐体)にまわったノイズが、蓋部(筐体)と接続された基板のグランドと電源ラインなどとの間に形成される浮遊容量(寄生容量)を介して、伝導ノイズとして電源ラインなどに出ていくおそれがある。なお、導電性の電磁シールド部に代えて、フェライト等の絶縁性の素材からなるシールドを用いるとすると(すなわち、スイッチング素子から放射されるノイズをフェライト等の絶縁性のシールドで遮蔽しようとすると)、シールドの厚みを非常に厚くする必要があり、現実的な解決策とはなり得ない。 Here, when the shield structure of the power supply device described in Patent Document 1 is to be applied to the in-vehicle charger mounted on the above-mentioned plug-in hybrid vehicle or electric vehicle, the electromagnetic shield portion is directly applied. Alternatively, since it is in contact with the lid (housing) via the conductive heat dissipation part, if the electromagnetic shield part having the same potential as the lid (housing) is connected to the ground of the substrate, it can be used as an in-vehicle charger or the like. The noise radiated from the switching element used is coupled to the lid portion (housing) via the electromagnetic shield portion and goes around the lid portion (housing). Therefore, as described above, the noise around the lid (housing) causes stray capacitance (parasitic capacitance) formed between the ground of the substrate connected to the lid (housing) and the power supply line. There is a risk that it will appear on the power supply line as conduction noise. If a shield made of an insulating material such as ferrite is used instead of the conductive electromagnetic shield (that is, when noise radiated from the switching element is shielded by an insulating shield such as ferrite). , The shield needs to be very thick and cannot be a viable solution.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、放熱性能を向上させつつ、車載用電力変換装置のノイズをより低減することが可能な車載用電力変換装置のシールド構造、及び、該シールド構造を備えた車載用電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and has a shield structure of an in-vehicle power conversion device capable of further reducing noise of the in-vehicle power conversion device while improving heat dissipation performance, and a shield structure of the in-vehicle power conversion device. An object of the present invention is to provide an in-vehicle power conversion device having the shield structure.

本発明に係る車載用電力変換装置のシールド構造は、車両に搭載される車載用電力変換装置のシールド構造であって、互いに絶縁された第1グランド、第2グランドが形成されるとともに、スイッチング素子を含み、入力される電力を変換(例えば電圧や周波数を変換)して出力する電力変換回路が実装された配線基板と、少なくともスイッチング素子を覆うように設けられた導電性を有するシールド部材と、配線基板を収納する導電性を有する筐体と、スイッチング素子とシールド部材との間に介装された絶縁性を有する第1放熱部材と、シールド部材と筐体との間に介装された絶縁性を有する第2放熱部材とを備え、第1グランドが筐体と電気的に接続されており、第2グランドが、シールド部材と電気的に接続されるとともに、スイッチング素子のグランド電極と接続されていることを特徴とする。 The shield structure of the vehicle-mounted power conversion device according to the present invention is a shield structure of the vehicle-mounted power conversion device mounted on a vehicle, in which a first ground and a second ground insulated from each other are formed, and a switching element is formed. A wiring board on which a power conversion circuit that converts input power (for example, converts voltage and frequency) and outputs it, and a conductive shield member provided so as to cover at least a switching element. The conductive housing that houses the wiring board, the first heat-dissipating member that has insulation between the switching element and the shield member, and the insulation that is interposed between the shield member and the housing. It is provided with a second heat dissipation member having properties, the first ground is electrically connected to the housing, the second ground is electrically connected to the shield member, and is connected to the ground electrode of the switching element. It is characterized by being.

本発明に係る車載用電力変換装置のシールド構造によれば、導電性を有するシールド部材がスイッチング素子を覆うように設けられているため、スイッチング素子から放射されたノイズはシールド部材と結合する。ここで、シールド部材は、スイッチング素子のグランド電極が接続されている第2グランドと電気的に接続されているため、シールド部材と結合したノイズは第2グランドを介してスイッチング素子側に戻される。一方、第2グランドは、筐体と電気的に接続された第1グランドと絶縁されているため、シールド部材と結合したノイズが、筐体及び該筐体が接続された第1グランドに伝わることが防止される。すなわち、筐体へのノイズの伝達が遮断される。なお、シールド部材と筐体との間に絶縁性を有する第2放熱部材が介装されているため、シールド部材と筐体とが導通することが確実に防止される。よって、筐体と接続された第1グランドと電源ラインなどとの間に浮遊容量(寄生容量)が形成されたとしても、ノイズが伝導ノイズとして電源ラインなどに出ていくことを防止できる。また、スイッチング素子とシールド部材との間に絶縁性を有する第1放熱部材が介装されるとともに、シールド部材と筐体との間に絶縁性を有する第2放熱部材が介装されている。そのため、スイッチング素子で発生した熱を、第1放熱部材、シールド部材、第2放熱部材を介して筐体に伝えることができ、高い放熱性を発揮することができる。その結果、放熱性能を向上させつつ、車載用電力変換装置のノイズ(放射ノイズ及び伝導ノイズ)をより低減することが可能となる。 According to the shield structure of the vehicle-mounted power conversion device according to the present invention, since the conductive shield member is provided so as to cover the switching element, the noise radiated from the switching element is combined with the shield member. Here, since the shield member is electrically connected to the second ground to which the ground electrode of the switching element is connected, the noise coupled with the shield member is returned to the switching element side via the second ground. On the other hand, since the second ground is insulated from the first ground electrically connected to the housing, the noise coupled with the shield member is transmitted to the housing and the first ground to which the housing is connected. Is prevented. That is, the transmission of noise to the housing is blocked. Since a second heat radiating member having an insulating property is interposed between the shield member and the housing, it is surely prevented that the shield member and the housing are electrically connected. Therefore, even if a stray capacitance (parasitic capacitance) is formed between the first ground connected to the housing and the power supply line or the like, it is possible to prevent noise from going out to the power supply line or the like as conduction noise. Further, a first heat radiating member having an insulating property is interposed between the switching element and the shield member, and a second heat radiating member having an insulating property is interposed between the shield member and the housing. Therefore, the heat generated by the switching element can be transferred to the housing via the first heat radiating member, the shield member, and the second heat radiating member, and high heat radiating property can be exhibited. As a result, it is possible to further reduce the noise (radiation noise and conduction noise) of the in-vehicle power conversion device while improving the heat dissipation performance.

本発明に係る車載用電力変換装置のシールド構造では、上記配線基板に、第1グランド及び第2グランドと絶縁された第3グランドが形成されており、電力変換回路が、互いに絶縁された1次側回路と、2次側回路とを有し、第2グランドが1次側回路のグランドであり、第3グランドが2次側回路のグランドであることが好ましい。 In the shield structure of the vehicle-mounted power conversion device according to the present invention, a first ground and a third ground insulated from the second ground are formed on the wiring board, and the power conversion circuits are primary isolated from each other. It is preferable that the side circuit and the secondary side circuit are provided, the second ground is the ground of the primary side circuit, and the third ground is the ground of the secondary side circuit.

また、本発明に係る車載用電力変換装置のシールド構造では、筐体が、車両のボディグランドと電気的に接続されていることが好ましい。 Further, in the shield structure of the in-vehicle power conversion device according to the present invention, it is preferable that the housing is electrically connected to the body ground of the vehicle.

本発明に係る車載用電力変換装置のシールド構造では、上記電力変換回路が、AC−DCコンバータ回路、DC−DCコンバータ回路、又は、DC−ACコンバータ回路であることが好ましい。 In the shield structure of the vehicle-mounted power conversion device according to the present invention, it is preferable that the power conversion circuit is an AC-DC converter circuit, a DC-DC converter circuit, or a DC-AC converter circuit.

この場合、AC−DCコンバータ回路、DC−DCコンバータ回路、又は、DC−ACコンバータ回路の放熱性能を向上させつつ、ノイズをより低減することが可能となる。 In this case, it is possible to further reduce noise while improving the heat dissipation performance of the AC-DC converter circuit, the DC-DC converter circuit, or the DC-AC converter circuit.

本発明に係る車載用電力変換装置のシールド構造では、上記電力変換回路が、インバータ回路であることが好ましい。 In the shield structure of the vehicle-mounted power conversion device according to the present invention, it is preferable that the power conversion circuit is an inverter circuit.

この場合、インバータ回路の放熱性能を向上させつつ、ノイズをより低減することが可能となる。 In this case, it is possible to further reduce noise while improving the heat dissipation performance of the inverter circuit.

本発明に係る車載用電力変換装置は、上記いずれかの車載用電力変換装置のシールド構造を備えることを特徴とする。 The vehicle-mounted power conversion device according to the present invention is characterized by including a shield structure of any of the above-mentioned vehicle-mounted power conversion devices.

本発明に係る車載用電力変換装置のシールド構造によれば、上記いずれかのシールド構造を備えているため、放熱性能を向上させつつ、車載用電力変換装置のノイズ(放射ノイズ及び伝導ノイズ)をより低減することが可能となる。 According to the shield structure of the in-vehicle power conversion device according to the present invention, since any of the above shield structures is provided, noise (radiation noise and conduction noise) of the in-vehicle power conversion device can be reduced while improving heat dissipation performance. It can be further reduced.

本発明によれば、放熱性能を向上させつつ、車載用電力変換装置のノイズ(放射ノイズ及び伝導ノイズ)をより低減することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to further reduce noise (radiation noise and conduction noise) of an in-vehicle power conversion device while improving heat dissipation performance.

実施形態に係る車載用電力変換装置、及び、該車載用電力変換装置のシールド構造を示す模式図(断面図)である。It is a schematic diagram (cross-sectional view) which shows the vehicle-mounted power conversion device according to the embodiment, and the shield structure of the vehicle-mounted power conversion device. 実施形態に係る車載用電力変換装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the in-vehicle power conversion apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る車載用電力変換装置のシールド構造、及び、比較例に係る車載用電力変換装置(図4)それぞれのノイズレベルの測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the noise level of each of the shield structure of the vehicle-mounted power conversion device according to the embodiment, and the vehicle-mounted power conversion device (FIG. 4) according to a comparative example. 比較例に係る車載用電力変換装置(シールド部材を有しない例)を示す模式図(断面図)である。It is a schematic diagram (cross-sectional view) which shows the vehicle-mounted power conversion apparatus (example which does not have a shield member) which concerns on a comparative example.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

まず、図1、図2を併せて用いて、実施形態に係る車載用電力変換装置1、及び、該車載用電力変換装置1のシールド構造について説明する。図1は、車載用電力変換装置1、及び、該車載用電力変換装置1のシールド構造を模式的に示した断面図である。図2は、車載用電力変換装置1の機能構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、車載用電力変換装置1として、プラグイン・ハイブリッド自動車(PHEV)や電気自動車(EV)などに搭載される車載用充電器を例にして説明する(以下「車載用充電器1」という)。 First, the vehicle-mounted power conversion device 1 and the shield structure of the vehicle-mounted power conversion device 1 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an in-vehicle power conversion device 1 and a shield structure of the in-vehicle power conversion device 1. FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the in-vehicle power conversion device 1. In the present embodiment, as the vehicle-mounted power conversion device 1, an vehicle-mounted charger mounted on a plug-in hybrid vehicle (PHEV), an electric vehicle (EV), or the like will be described as an example (hereinafter, “vehicle-mounted charging”). It is called "vessel 1").

車載用充電器1は、プラグイン・ハイブリッド自動車(PHEV)や電気自動車(EV)に搭載され、車両の外部から一対のACライン(AC入力)71,71を通して供給される交流電源(例えばAC200V)を所望の直流電圧に変換してDCライン(DC出力)73,73から出力し、例えばリチウムイオン電池などの二次電池(電池セル)が複数直列に接続されて構成される高電圧バッテリを充電する充電器である。 The in-vehicle charger 1 is mounted on a plug-in hybrid vehicle (PHEV) or an electric vehicle (EV), and is an AC power source (for example, AC200V) supplied from the outside of the vehicle through a pair of AC lines (AC inputs) 71 and 71. Is converted to a desired DC voltage and output from the DC lines (DC output) 73, 73 to charge a high-voltage battery configured by connecting a plurality of secondary batteries (battery cells) such as a lithium ion battery in series. It is a charger to do.

車載用充電器1は、主として、PFC(Power Factor Correction)回路3と絶縁型DC−DCコンバータ回路5とを備えている。RFC回路3は、4つの整流用のダイオードを用いて全波整流を行うことでACライン71,71から入力される交流電圧を直流電圧に変換(整流)するダイオードブリッジ(ブリッジ整流回路)、及び整流後のリップルを低減する平滑コンデンサに加えて、電源の力率(Power Factor)を1に近づける力率改善(PFC)回路を備えている。 The in-vehicle charger 1 mainly includes a PFC (Power Factor Rectifier) circuit 3 and an isolated DC-DC converter circuit 5. The RFC circuit 3 is a diode bridge (bridge rectifier circuit) that converts (rectifies) AC voltage input from AC lines 71 and 71 into DC voltage by performing full-wave rectification using four rectifying diodes, and In addition to a smoothing capacitor that reduces ripple after rectification, it is equipped with a power factor improvement (PFC) circuit that brings the power factor of the power supply closer to 1.

絶縁型DC−DCコンバータ回路5は、トランス(スイッチングトランス)を利用して、PFC回路3から出力された直流電圧の電圧変換(DC−DC変換)を行う。このトランスによって、絶縁型DC−DCコンバータ回路5は、1次側(入力側)回路5aと2次側(出力側)回路5bとが電気的に絶縁される。なお、そのため、絶縁型DC−DCコンバータ回路5では、伝導ノイズの遮断や感電防止を図ることができる。絶縁型DC−DCコンバータ回路5としては、公知の方式、例えば、フライバック・コンバータや、フォワード・コンバータを用いることができる。RFC回路3及び絶縁型DC−DCコンバータ回路5は、特許請求の範囲に記載の電力変換回路に相当する。なお、絶縁型DC−DCコンバータ回路5によって所望の電圧に変換された直流電圧はDCライン73,73から出力される。 The isolated DC-DC converter circuit 5 uses a transformer (switching transformer) to perform voltage conversion (DC-DC conversion) of the DC voltage output from the PFC circuit 3. In the isolated DC-DC converter circuit 5, the primary side (input side) circuit 5a and the secondary side (output side) circuit 5b are electrically insulated by this transformer. Therefore, in the isolated DC-DC converter circuit 5, it is possible to cut off conduction noise and prevent electric shock. As the isolated DC-DC converter circuit 5, a known method, for example, a flyback converter or a forward converter can be used. The RFC circuit 3 and the isolated DC-DC converter circuit 5 correspond to the power conversion circuit described in the claims. The DC voltage converted to a desired voltage by the isolated DC-DC converter circuit 5 is output from the DC lines 73 and 73.

車載用充電器1の筐体10は、例えば金属等の導電性を有する素材からなり、略直方体状に形成されている。ここで、筐体10は、筐体自体が金属等の導電性を有する素材から形成されていてもよいし、例えば、樹脂などの導電性を有しない素材に、導電性を有する薄膜が貼り付けられたり、又は導電性を有するコーティングが施されることによって形成されていてもよい。 The housing 10 of the vehicle-mounted charger 1 is made of a conductive material such as metal, and is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. Here, the housing 10 may be formed of a material having conductivity such as metal, or for example, a thin film having conductivity is attached to a material having no conductivity such as resin. It may be formed by being applied or by applying a conductive coating.

筐体10の内部には、配線基板20などが収納されている。配線基板20は、例えば、配線パターン(グランドパターン(詳細は後述する)、電源パターン、信号パターン)が形成された複数の絶縁層が積層されて構成されている。絶縁層は、例えば、FR−4(Flame Retardant Type 4)から形成された矩形の薄板である。配線パターンは、例えば銅箔などから形成される。 A wiring board 20 and the like are housed inside the housing 10. The wiring board 20 is configured by stacking a plurality of insulating layers on which a wiring pattern (ground pattern (details will be described later), power supply pattern, signal pattern) is formed, for example. The insulating layer is, for example, a rectangular thin plate formed of FR-4 (Flame Retardant Type 4). The wiring pattern is formed from, for example, copper foil.

配線基板20には、例えば、上述したPFC回路3を構成するダイオードブリッジや平滑コンデンサ、及び、絶縁型DC−DCコンバータ回路5(1次側回路5a、2次側回路5b)を構成するMOS−FETなどのスイッチング素子25(以下「FET25」という)やトランス(スイッチングトランス)などの電子部品が実装されている。ここで、絶縁側DC−DCコンバータ回路5の1次側回路5aには、FET25やトランスの1次側が含まれる。一方、2次側回路5bには、トランスの2次側や、その出力を整流し平滑化する例えばチョークコイルやコンデンサなどが含まれる。 The wiring board 20 includes, for example, a diode bridge and a smoothing capacitor constituting the above-mentioned PFC circuit 3, and a MOS- constituting an isolated DC-DC converter circuit 5 (primary side circuit 5a and secondary side circuit 5b). Electronic components such as a switching element 25 (hereinafter referred to as "FET 25") such as a FET and a transformer (switching transformer) are mounted. Here, the primary side circuit 5a of the isolated side DC-DC converter circuit 5 includes the FET 25 and the primary side of the transformer. On the other hand, the secondary side circuit 5b includes the secondary side of the transformer and, for example, a choke coil and a capacitor that rectify and smooth the output thereof.

配線基板20には、互いに絶縁された、第1グランド(パターン)21、第2グランド(パターン)22、第3グランド(パターン)23が形成されている。第1グランド21は、筐体10と電気的に接続(導通)されたグランドである。第2グランド22は、上述したPFC回路3、及び、絶縁型DC−DCコンバータ回路5の1次側回路5aのグランドである。よって、第2グランド22には、FET25のグランド電極(−端子)が接続されている。第3グランド23は、上述した絶縁型DC−DCコンバータ回路5の2次側回路5bのグランドである。なお、ここで、筐体10は、例えば、ボルトやケーブル等により、車体のボディグランド(車体グランド)75と接続(導通)されている。 The wiring board 20 is formed with a first ground (pattern) 21, a second ground (pattern) 22, and a third ground (pattern) 23 that are insulated from each other. The first ground 21 is a ground that is electrically connected (conducted) to the housing 10. The second ground 22 is the ground of the PFC circuit 3 described above and the primary side circuit 5a of the isolated DC-DC converter circuit 5. Therefore, the ground electrode (− terminal) of the FET 25 is connected to the second ground 22. The third ground 23 is the ground of the secondary side circuit 5b of the above-mentioned isolated DC-DC converter circuit 5. Here, the housing 10 is connected (conducting) to the body ground (body ground) 75 of the vehicle body by, for example, a bolt or a cable.

配線基板20上には、実装されたFET25を覆うように導電性を有するシールド部材30が設けられている。シールド部材30は、例えば導電性を有する金属箔(銅箔等)から形成されている。シールド部材30は、第2グランド22と電気的に接続(導通)されている。 A conductive shield member 30 is provided on the wiring board 20 so as to cover the mounted FET 25. The shield member 30 is formed of, for example, a conductive metal foil (copper foil or the like). The shield member 30 is electrically connected (conducted) to the second ground 22.

FET25とシールド部材30との間には、絶縁性を有し、例えばシート状に形成された第1放熱部材41が介装されている。同様に、シールド部材30と筐体10との間には、絶縁性を有し、例えばシート状に形成された第2放熱部材42が介装されている。よって、FET25のスイッチング動作に伴う発熱は、FET25から、第1放熱部材41、シールド部材30、第2放熱部材42を介して筐体10に伝えられ、筐体10から外部に放熱される。 A first heat radiating member 41 having an insulating property, for example, formed in a sheet shape, is interposed between the FET 25 and the shield member 30. Similarly, a second heat radiating member 42, which has an insulating property and is formed in a sheet shape, is interposed between the shield member 30 and the housing 10. Therefore, the heat generated by the switching operation of the FET 25 is transmitted from the FET 25 to the housing 10 via the first heat radiating member 41, the shield member 30, and the second heat radiating member 42, and is radiated from the housing 10 to the outside.

上述したように構成されることにより、導電性を有するシールド部材30がFET25を覆うように設けられているため、FET25から放射されたノイズはシールド部材30と結合する。ここで、シールド部材30は、FET25のグランド電極が接続されている第2グランド22と電気的に接続(導通)されているため、シールド部材30と結合したノイズは第2グランド22を介してFET25側に戻される。一方、第2グランド22は、筐体10と電気的に接続された第1グランド21とは絶縁されているため、シールド部材30と結合したノイズが、筐体10及び該筐体10が接続された第1グランド21に伝わることが防止される。すなわち、筐体10及び第1グランド21へのノイズの伝達が遮断される。なお、シールド部材30と筐体10との間に絶縁性を有する第2放熱部材42が介装されているため、シールド部材30と筐体10とが導通することが確実に防止される。よって、筐体10と接続された第1グランド21とACライン71,71などとの間に浮遊容量(寄生容量)が形成されたとしても、ノイズが伝導ノイズとしてACライン71,71などに出ていくことが防止される。 With the above-described configuration, the conductive shield member 30 is provided so as to cover the FET 25, so that the noise radiated from the FET 25 is combined with the shield member 30. Here, since the shield member 30 is electrically connected (conducted) to the second ground 22 to which the ground electrode of the FET 25 is connected, the noise coupled with the shield member 30 is transmitted to the FET 25 via the second ground 22. Returned to the side. On the other hand, since the second ground 22 is insulated from the first ground 21 that is electrically connected to the housing 10, noise combined with the shield member 30 causes the housing 10 and the housing 10 to be connected. It is prevented from being transmitted to the first ground 21. That is, the transmission of noise to the housing 10 and the first ground 21 is cut off. Since the second heat radiating member 42 having an insulating property is interposed between the shield member 30 and the housing 10, it is surely prevented that the shield member 30 and the housing 10 are electrically connected. Therefore, even if stray capacitance (parasitic capacitance) is formed between the first ground 21 connected to the housing 10 and the AC lines 71, 71, etc., noise is emitted to the AC lines 71, 71, etc. as conduction noise. It is prevented from going on.

そこで、本実施形態に係る車載用充電器1のシールド構造のノイズ低減効果を確認するため、CISPR11に基づいた測定系において、ACラインの伝導エミッションの測定を行った。続いて、図3及び図4を併せて用いて、本実施形態に係る車載用充電器1のシールド構造のノイズ低減効果について、測定結果を示して説明する。図4は、比較例に係る車載用電力変換装置(シールド部材30を有しない例)を模式的に示す断面図である。ここでは、比較例として、図4に示されるように、シールド部材30を備えない車載用充電器を用い、シールド部材30の有無(接続されるグランドの違いも含む)によるノイズレベルの違い、すなわちシールド部材30のシールド効果を評価した。 Therefore, in order to confirm the noise reduction effect of the shield structure of the in-vehicle charger 1 according to the present embodiment, the conduction emission of the AC line was measured in the measurement system based on CISPR11. Subsequently, the noise reduction effect of the shield structure of the vehicle-mounted charger 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4 by showing the measurement results. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an in-vehicle power conversion device (example without a shield member 30) according to a comparative example. Here, as a comparative example, as shown in FIG. 4, an in-vehicle charger not provided with the shield member 30 is used, and the difference in noise level depending on the presence or absence of the shield member 30 (including the difference in the connected ground), that is, The shielding effect of the shield member 30 was evaluated.

図3は、実施形態に係る車載用充電器1のシールド構造、及び、図4に示される比較例に係るシールド部材30を有しない車載用充電器それぞれの伝導エミッションの測定結果を示すグラフである。図3のグラフは、ACライン71,71のノイズレベルを示す。このグラフの横軸は周波数(MHz)であり、縦軸はノイズレベル(dBμV)である。 FIG. 3 is a graph showing the measurement results of the conduction emissions of the shield structure of the vehicle-mounted charger 1 according to the embodiment and the vehicle-mounted charger without the shield member 30 according to the comparative example shown in FIG. .. The graph of FIG. 3 shows the noise levels of the AC lines 71 and 71. The horizontal axis of this graph is frequency (MHz), and the vertical axis is noise level (dBμV).

図3に示されるように、本実施形態に係る車載用充電器1のシールド構造によれば、比較例に係るシールド部材30を有しない車載用充電器と比べて、ノイズレベルが、全測定周波数域で約10(dBμV)低下することが確認された。 As shown in FIG. 3, according to the shield structure of the vehicle-mounted charger 1 according to the present embodiment, the noise level is the total measurement frequency as compared with the vehicle-mounted charger without the shield member 30 according to the comparative example. It was confirmed that the decrease was about 10 (dBμV) in the region.

ここで、図4に示される、比較例に係る車載用充電器(シールド部材30を有しない車載用充電器)では、FET25のスイッチング動作に伴いノイズが放射されると、放射されたノイズが、筐体10との間に形成される浮遊容量(寄生容量)を介して筐体10に伝えられる。筐体10に伝えられたノイズは、筐体10から配線基板20の第1グランド21に伝導される。そして、第1グランド21に伝導されたノイズが、第1グランド21とACライン(電源ライン)71,71との間に形成される浮遊容量(寄生容量)を介してACライン71,71に伝導されると考えられる。 Here, in the vehicle-mounted charger (vehicle-mounted charger without the shield member 30) according to the comparative example shown in FIG. 4, when noise is radiated due to the switching operation of the FET 25, the radiated noise is generated. It is transmitted to the housing 10 via a stray capacitance (parasitic capacitance) formed between the housing 10 and the housing 10. The noise transmitted to the housing 10 is conducted from the housing 10 to the first ground 21 of the wiring board 20. Then, the noise conducted to the first ground 21 is conducted to the AC lines 71 and 71 via the stray capacitance (parasitic capacitance) formed between the first ground 21 and the AC lines (power supply lines) 71 and 71. It is thought that it will be done.

一方、本実施形態に係る車載用充電器1のシールド構造によれば、導電性を有するシールド部材30がFET25を覆うように設けられているため、FET25から放射されたノイズはシールド部材30と結合する。ここで、シールド部材30は、FET25のグランド電極が接続されている第2グランド22と電気的に接続(導通)されているため、シールド部材30と結合したノイズは第2グランド22を介してFET25側に戻される。一方、第2グランド22は、筐体10と電気的に接続された第1グランド21とは絶縁されているため、シールド部材30と結合したノイズが、筐体10及び該筐体10が接続された第1グランド21に伝わることが防止される。すなわち、筐体10及び第1グランド21へのノイズの伝達が遮断される。なお、シールド部材30と筐体10との間には、絶縁性を有する第2放熱部材42が介装されているため、シールド部材30と筐体10とが導通することが確実に防止される。よって、筐体10と接続された第1グランド21とACライン71,71(電源ライン)などとの間に浮遊容量(寄生容量)が形成されたとしても、ノイズが伝導ノイズとしてACライン71,71などに出ていくことが防止される。その結果、上述したように、ノイズレベルを、全測定周波数域で約10(dBμV)低下させることができる。 On the other hand, according to the shield structure of the vehicle-mounted charger 1 according to the present embodiment, since the conductive shield member 30 is provided so as to cover the FET 25, the noise radiated from the FET 25 is combined with the shield member 30. do. Here, since the shield member 30 is electrically connected (conducted) to the second ground 22 to which the ground electrode of the FET 25 is connected, the noise coupled with the shield member 30 is transmitted to the FET 25 via the second ground 22. Returned to the side. On the other hand, since the second ground 22 is insulated from the first ground 21 that is electrically connected to the housing 10, noise combined with the shield member 30 causes the housing 10 and the housing 10 to be connected. It is prevented from being transmitted to the first ground 21. That is, the transmission of noise to the housing 10 and the first ground 21 is cut off. Since the second heat radiating member 42 having an insulating property is interposed between the shield member 30 and the housing 10, it is surely prevented that the shield member 30 and the housing 10 are electrically connected to each other. .. Therefore, even if stray capacitance (parasitic capacitance) is formed between the first ground 21 connected to the housing 10 and the AC lines 71, 71 (power supply line), the noise is the conduction noise of the AC line 71, It is prevented from going out to 71 and so on. As a result, as described above, the noise level can be reduced by about 10 (dBμV) in the entire measurement frequency range.

また、本実施形態によれば、FET25とシールド部材30との間に絶縁性を有する第1放熱部材41が介装されるとともに、シールド部材30と筐体10との間に絶縁性を有する第2放熱部材42が介装されている。そのため、FET25で発生した熱を、第1放熱部材41、シールド部材30、第2放熱部材42を介して筐体10に伝えることができ、放熱性(効果)を高めることができる。 Further, according to the present embodiment, the first heat radiating member 41 having an insulating property is interposed between the FET 25 and the shield member 30, and the shield member 30 and the housing 10 have an insulating property. 2 A heat radiating member 42 is interposed. Therefore, the heat generated by the FET 25 can be transferred to the housing 10 via the first heat radiating member 41, the shield member 30, and the second heat radiating member 42, and the heat radiating property (effect) can be enhanced.

以上の結果、本実施形態によれば、放熱性能を向上させつつ、車載用充電器1のノイズ(放射ノイズ及び伝導ノイズ)をより低減することが可能となる。 As a result of the above, according to the present embodiment, it is possible to further reduce the noise (radiation noise and conduction noise) of the in-vehicle charger 1 while improving the heat dissipation performance.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明を、車載用充電器1(AC−DCコンバータ)に適用した場合を例にして説明したが、本発明は、スイッチング素子を有し入力される電力の電圧や周波数などを変換して出力する電力変換回路、例えば、高電圧を12Vに変換するDC−DCコンバータや、DC−ACコンバータ、インバータ回路(モータドライバ回路)などにも適用することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various ways. For example, in the above embodiment, the present invention has been described by taking the case where the present invention is applied to the in-vehicle charger 1 (AC-DC converter) as an example. It can also be applied to a power conversion circuit that converts a frequency or the like and outputs it, for example, a DC-DC converter that converts a high voltage to 12V, a DC-AC converter, an inverter circuit (motor driver circuit), or the like.

上記実施形態では、シールド部材30がFET25を覆う構成としたが、シールド部材30が、FET25に加えてノイズを放出する他の電子部品を覆う構成としてもよい。同様に、第1放熱部材41が、FET25に加えて、これらの他の電子部品とシールド部材30との間に介装される構成としてもよい。 In the above embodiment, the shield member 30 covers the FET 25, but the shield member 30 may cover the FET 25 and other electronic components that emit noise. Similarly, the first heat radiating member 41 may be interposed between these other electronic components and the shield member 30 in addition to the FET 25.

なお、上記実施形態では、スイッチング素子としてMOS−FETを用いたが、用いるスイッチング素子はMOS−FETに限られることなく、要件等に合わせて、例えばIGBTなどを用いてもよい。 In the above embodiment, the MOS-FET is used as the switching element, but the switching element used is not limited to the MOS-FET, and for example, an IGBT may be used according to the requirements and the like.

1 車載用充電器(車載用電力変換装置)
3 RFC回路
5 絶縁型DC−DCコンバータ回路
5a 1次側回路
5b 2次側回路
10 筐体
20 配線基板
21 第1グランド
22 第2グランド
23 第3グランド
25 FET(スイッチング素子)
30 シールド部材
41 第1放熱部材
42 第2放熱部材
71 ACライン(AC入力)
73 DCライン(DC出力)
75 ボディグランド(車体グランド)
1 Car charger (car power converter)
3 RFC circuit 5 Insulated DC-DC converter circuit 5a Primary side circuit 5b Secondary side circuit 10 Housing 20 Wiring board 21 1st ground 22 2nd ground 23 3rd ground 25 FET (switching element)
30 Shield member 41 First heat dissipation member 42 Second heat dissipation member 71 AC line (AC input)
73 DC line (DC output)
75 Body ground (body ground)

Claims (6)

車両に搭載される車載用電力変換装置のシールド構造であって、
互いに絶縁された第1グランド、第2グランドが形成されるとともに、スイッチング素子を含み、入力される電力を変換して出力する電力変換回路が実装された配線基板と、
少なくとも前記スイッチング素子を覆うように設けられた導電性を有するシールド部材と、
前記配線基板を収納する導電性を有する筐体と、
前記スイッチング素子と前記シールド部材との間に介装された絶縁性を有する第1放熱部材と、
前記シールド部材と前記筐体との間に介装された絶縁性を有する第2放熱部材と、を備え、
前記第1グランドは、前記筐体と電気的に接続されており、
前記第2グランドは、前記シールド部材と電気的に接続されるとともに、前記スイッチング素子のグランド電極と接続されていることを特徴とする車載用電力変換装置のシールド構造。
It is a shield structure of the in-vehicle power conversion device mounted on the vehicle.
A wiring board on which a first ground and a second ground that are isolated from each other are formed, and a power conversion circuit that includes a switching element and converts input power and outputs it is mounted.
A conductive shield member provided so as to cover at least the switching element, and
A conductive housing for accommodating the wiring board and
A first heat radiating member having an insulating property, which is interposed between the switching element and the shield member,
A second heat radiating member having an insulating property, which is interposed between the shield member and the housing, is provided.
The first ground is electrically connected to the housing and is connected to the housing.
The shield structure of an in-vehicle power conversion device, wherein the second ground is electrically connected to the shield member and is also connected to the ground electrode of the switching element.
前記配線基板には、前記第1グランド及び前記第2グランドと絶縁された第3グランドが形成されており、
前記電力変換回路は、互いに絶縁された1次側回路と、2次側回路とを有し、
前記第2グランドは、前記1次側回路のグランドであり、
前記第3グランドは、前記2次側回路のグランドであることを特徴とする請求項1に記載の車載用電力変換装置のシールド構造。
A third ground insulated from the first ground and the second ground is formed on the wiring board.
The power conversion circuit has a primary side circuit and a secondary side circuit that are isolated from each other.
The second ground is the ground of the primary side circuit, and is
The shield structure of an in-vehicle power conversion device according to claim 1, wherein the third ground is a ground of the secondary circuit.
前記筐体は、前記車両のボディグランドと電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の車載用電力変換装置のシールド構造。 The shield structure of an in-vehicle power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the housing is electrically connected to the body ground of the vehicle. 前記電力変換回路は、AC−DCコンバータ回路、DC−DCコンバータ回路、又は、DC−ACコンバータ回路であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の車載用電力変換装置のシールド構造。 The vehicle-mounted power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the power conversion circuit is an AC-DC converter circuit, a DC-DC converter circuit, or a DC-AC converter circuit. Shield structure. 前記電力変換回路は、インバータ回路であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の車載用電力変換装置のシールド構造。 The shield structure of an in-vehicle power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the power conversion circuit is an inverter circuit. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の車載用電力変換装置のシールド構造を備えることを特徴とする車載用電力変換装置。
An in-vehicle power conversion device comprising the shield structure of the in-vehicle power conversion device according to any one of claims 1 to 5.
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