JP7091800B2 - 回路基板 - Google Patents

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Description

本明細書が開示する技術は、電圧コンバータの入力電圧と出力電圧を測定する回路が設けられている回路基板に関する。
特許文献1は、電力変換装置に含まれる電圧コンバータの入力電圧と出力電圧を測定する回路が設けられている回路基板を開示する。この回路基板に実装されている制御回路は、電圧コンバータの入力電圧と出力電圧に基づいて、電力変換装置を制御するための制御信号を生成するように構成されている。
回路基板に実装されている制御回路は、A/D変換回路を有しており、電圧コンバータの入力電圧と出力電圧に対応するデジタル値を取得するように構成されている。電圧コンバータの入力電圧と出力電圧は高電圧である。このため、電圧コンバータの入力電圧と出力電圧を制御回路に入力するためには、電圧コンバータの入力電圧と出力電圧がA/D変換回路の入力可能電圧にまで降圧されなければならない。特許文献1の回路基板は、制御回路のA/D変換回路の前段に、電圧コンバータの入力電圧と出力電圧を降圧するための抵抗回路を有している。
特開2012-239251号公報
このような抵抗回路は、複数の抵抗素子で構成される抵抗素子群を有している。このため、このような抵抗素子群を回路基板内に少ない面積で実装する技術が必要とされている。
本明細書は、第1電圧と第2電圧の差である入力電圧を第3電圧と前記第2電圧の差である出力電圧に変圧する電圧コンバータの前記入力電圧と前記出力電圧を測定する回路が設けられている回路基板を開示する。この回路基板は、第1抵抗素子群を有する第1抵抗回路、第2抵抗素子群を有する第2抵抗回路、第3抵抗素子群を有する第3抵抗回路、第4抵抗素子群を有する第4抵抗回路、第1差動増幅回路、第2差動増幅回路及び制御回路を備えることができる。前記第1差動増幅回路は、一対の入力端子を有しており、前記第1電圧が前記第1抵抗回路の前記第1抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の一方に入力し、前記第2電圧が前記第2抵抗回路の前記第2抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の他方に入力するように構成されている。前記第2差動増幅回路は、一対の入力端子を有しており、前記第3電圧が前記第3抵抗回路の前記第3抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の一方に入力し、前記第2電圧が前記第4抵抗回路の前記第4抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の他方に入力するように構成されている。前記制御回路は、前記第1差動増幅回路の出力と前記第2差動増幅回路の出力のそれぞれをA/D変換するA/D変換回路を有している。前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群は、前記第1抵抗素子群と前記第3抵抗素子群の間で隣接して配置されている。
上記回路基板では、前記第2抵抗回路の前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗回路の前記第4抵抗素子群のいずれにも前記第2電圧が入力しており、両者に印加される電圧が同電圧である。このため、前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群の間に沿面距離を確保する必要がない。これにより、前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群を前記回路基板内に隣接して配置することができるので、前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群を前記回路基板内に少ない面積で実装することができる。
電力変換装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である。 電力変換装置の筐体内の部品レイアウトを示す平面図である(回路基板を除く)。 電力変換装置の筐体内の部品レイアウトを示す底面図である。 電力変換装置の筐体内の部品レイアウトを示す断面図である。 回路基板に実装される複数の抵抗素子群のレイアウトの一例を示す図であり、半田面に対応した図である。 回路基板に実装される複数の抵抗素子群のレイアウトの他の一例を示す図であり、半田面に対応した図である。 回路基板に実装される複数の抵抗素子群のレイアウトの他の一例を示す図であり、部品面に対応した図である。
図1に、電力変換装置2を含む電気自動車100の電力系のブロック図を示す。電力変換装置2は、バッテリの電力を走行用のモータの駆動電力に変換するデバイスである。電気自動車100は、2個の走行用のモータ53a、53bを備えている。それゆえ、電力変換装置2は、2セットのインバータ回路43a、43bを備えている。なお、2個のモータ53a、53bの出力は、ギアセット55で合成されて車軸56(即ち駆動輪)へと伝送される。
電力変換装置2は、バッテリ51と接続されている。電力変換装置2は、バッテリ51の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路42と、昇圧後の直流電力を交流に変換する2セットのインバータ回路43a、43bを備えている。
電圧コンバータ回路42は、バッテリ側の端子に印加された電圧を昇圧してインバータ回路側の端子に出力する昇圧動作と、インバータ回路側の端子に印加された電圧を降圧してバッテリ側の端子に出力する降圧動作の双方を行うことが可能な双方向DC-DCコンバータである。説明の便宜上、以下では、バッテリ側(低電圧側)の端子を入力端48と称し、インバータ回路側(高電圧側)の端子を出力端49と称する。また、入力端48の正極と負極を夫々、入力正極端48aと入力負極端48bと称する。出力端49の正極と負極を夫々、出力正極端49aと出力負極端49bと称する。入力正極端48aの電圧が入力正極電圧VLであり、出力正極端49aの電圧が出力正極電圧VHであり、入力負極端48b及び出力負極端49bの電圧が負極電圧VNである。なお、「入力端48」、「出力端49」との表記は説明の便宜を図るためのものであり、先に述べたように、電圧コンバータ回路42は双方向DC-DCコンバータであるので、出力端49から入力端48へ電力が流れる場合がある。
電圧コンバータ回路42は、2個のスイッチング素子9a、9bの直列回路、フィルタコンデンサ44、リアクトル45、各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードを有している。リアクトル45は、一端が入力正極端48aに接続されており、他端は直列回路の中点に接続されている。フィルタコンデンサ44は、入力正極端48aと入力負極端48bの間に接続されている。入力負極端48bは、出力負極端49bと直接に接続されている。スイッチング素子9bが主に昇圧動作に関与し、スイッチング素子9aが主に降圧動作に関与する。符号3gが示す破線矩形の範囲の回路が、後述する半導体モジュール3gに対応する。図1の電圧コンバータ回路42は、チョッパタイプと呼ばれる。図1の電圧コンバータ回路42はよく知られているので詳細な説明は省略する。
インバータ回路43aは、2個のスイッチング素子の直列回路が3セット並列に接続された構成を有している。スイッチング素子9cと9d、スイッチング素子9eと9f、スイッチング素子9gと9hがそれぞれ直列回路を構成している。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。3セットの直列回路の高電圧側は電圧コンバータ回路42の出力正極端49aに接続されており、3セットの直列回路の低電圧側は電圧コンバータ回路42の出力負極端49bに接続されている。3セットの直列回路の夫々の中点から交流(U相、V相、W相)が出力される。3セットの直列回路の夫々が、後述する半導体モジュール3a、3b、3cに対応する。
インバータ回路43bの構成はインバータ回路43aと同じであるため、図1では具体的な回路の図示を省略している。インバータ回路43bもインバータ回路43aと同様に、2個のスイッチング素子の直列回路が3セット並列に接続された構成を有している。3セットの直列回路の高電圧側が電圧コンバータ回路42の出力正極端49aに接続されており、3セットの直列回路の低電圧側が電圧コンバータ回路42の出力負極端49bに接続されている。3セットの直列回路の中点から三相交流が出力される。各直列回路に対応するハードウエアを半導体モジュール3d、3e、3fと称する。
インバータ回路43a、43bの入力端に平滑コンデンサ46が並列に接続されている。平滑コンデンサ46は、別言すれば、電圧コンバータ回路42の出力端49に並列に接続されている。平滑コンデンサ46は、電圧コンバータ回路42の出力電流の脈動を除去することができる。
スイッチング素子9a-9hは、電力変換用のトランジスタであり、典型的にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であるが、他のトランジスタ、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であってもよい。電力変換用のトランジスタはパワー半導体素子と呼ばれることもある。
電力変換装置2はさらに、スイッチング素子9a-9hを制御するための各種回路が実装されている回路基板19を備えている。この回路基板19には、入力正極電圧VLと負極電圧VNとの差である入力電圧(VL-VN)を降圧した調整入力電圧VINを生成する入力電圧調整回路61a、及び、出力正極電圧VHと負極電圧VNの差である出力電圧(VL-VN)を降圧した調整出力電圧VOUTを生成する出力電圧調整回路61bが設けられている。調整入力電圧VINと調整出力電圧VOUTは、制御回路62に入力する。制御回路62は、調整入力電圧VINと調整出力電圧VOUTの各々をデジタル値に変換するA/D変換回路を有している。制御回路62は、これらデジタル値に加えて、不図示の上位コントローラからの出力目標指令に基づいて、各スイッチング素子9a-9hのデューティ比を決定する。制御回路62は、決定したデューティ比を有するPWM信号を各々のスイッチング素子9a-9hを駆動する駆動回路に送信する。スイッチング素子9a-9hの各々の駆動回路も、回路基板19に実装されている。
入力電圧調整回路61aは、調整入力電圧VINがA/D変換回路の入力可能電圧となるように、入力電圧(VL-VN)を降圧する回路であり、第1抵抗回路63、第2抵抗回路64及び第1差動増幅回路65を有している。第1抵抗回路63と第2抵抗回路64は、入力電圧(VL-VN)を降圧して第1差動増幅回路65に出力するように構成されている。第1抵抗回路63で降圧された入力正極電圧VLは、第1差動増幅回路65のオペアンプOP1の反転入力端子に入力する。第2抵抗回路64で降圧された負極電圧VNは、第1差動増幅回路65のオペアンプOP1の非反転入力端子に入力する。
第1抵抗回路63は、第1抵抗素子群Rlpと第1抵抗素子R1を有している。第1抵抗素子群RIpの一端は入力正極端48aに接続されており、第1抵抗素子群Rlpの他端は第1抵抗素子R1の一端に接続されており、第1抵抗素子R1の他端は基準端子に接続されている。オペアンプOP1の同相入力電圧範囲を調整するために、基準端子には電圧V1が印加されている。第1抵抗素子群Rlpと第1抵抗素子R1の中点がオペアンプOP1の反転入力端子に接続されている。
第2抵抗回路64は、第2抵抗素子群Rlnと第2抵抗素子R2を有している。第2抵抗素子群Rlnの一端は入力負極端48bに接続されており、第2抵抗素子群Rlnの他端は第2抵抗素子R2の一端に接続されており、第2抵抗素子R2の他端は基準端子に接続されている。オペアンプOP1の同相入力電圧範囲を調整するために、基準端子には電圧V1が印加されている。第2抵抗素子群Rlnと第2抵抗素子R2の中点がオペアンプOP1の非反転入力端子に接続されている。第1抵抗素子群RIpと第2抵抗素子群Rlnの各々が複数の抵抗素子で構成されていることにより、各抵抗素子間の絶縁性を確保することができる。
オペアンプOP1の出力と反転入力端子の間に抵抗素子R11が接続されており、第1差動増幅回路65の増幅率が調整されている。また、オペアンプOP1の非反転入力端子には抵抗素子R12を介して電圧V2が印加されており、オペアンプOP1の出力端子には抵抗R13を介して接地電圧が印加されている。これにより、入力電圧調整回路61aは、抵抗回路63,64及び第1差動増幅回路65を利用して、入力正極電圧VLと負極電圧VNとの差である入力電圧(VL-VN)を制御回路62が有するA/D変換回路の入力可能電圧にまで降圧し、降圧した調整入力電圧VINを制御回路62のA/D変換回路に出力することができる。
出力電圧調整回路61bは、調整出力電圧VOUTがA/D変換回路の入力可能電圧となるように、出力電圧(VH-VN)を降圧する回路であり、第3抵抗回路66、第4抵抗回路67及び第2差動増幅回路68を有している。第3抵抗回路66と第4抵抗回路67は、出力電圧(VH-VN)を降圧して第2差動増幅回路68に出力するように構成されている。第3抵抗回路66で降圧された出力正極電圧VHは、第2差動増幅回路68のオペアンプOP2の反転入力端子に入力する。第4抵抗回路67で降圧された負極電圧VNは、第2差動増幅回路68のオペアンプOP2の非反転入力端子に入力する。
第3抵抗回路66は、第3抵抗素子群Rhpと第3抵抗素子R3を有している。第3抵抗素子群Rhpの一端は出力正極端49aに接続されており、第3抵抗素子群Rhpの他端は第3抵抗素子R3の一端に接続されており、第3抵抗素子R3の他端は基準端子に接続されている。オペアンプOP2の同相入力電圧範囲を調整するために、基準端子には電圧V1が印加されている。第3抵抗素子群Rhpと第3抵抗素子R3の中点がオペアンプOP2の反転入力端子に接続されている。
第4抵抗回路67は、第4抵抗素子群Rhnと第4抵抗素子R4を有している。第4抵抗素子群Rhnの一端は入力負極端48b(即ち、出力負極端49b)に接続されており、第4抵抗素子群Rhnの他端は第4抵抗素子R4の一端に接続されており、第4抵抗素子R4の他端は基準端子に接続されている。オペアンプOP2の同相入力電圧範囲を調整するために、基準端子には電圧V1が印加されている。第4抵抗素子群Rhnと第4抵抗素子R4の中点がオペアンプOP2の非反転入力端子に接続されている。第3抵抗素子群Rhpと第4抵抗素子群Rhnの各々が複数の抵抗素子で構成されていることにより、各抵抗素子間の絶縁性を確保することができる。
オペアンプOP2の出力と反転入力端子の間には抵抗素子R14が接続されており、第2差動増幅回路68の増幅率が調整されている。また、オペアンプOP2の非反転入力端子には抵抗素子R15を介して電圧V2が印加されており、オペアンプOPの出力端子には抵抗R16を介して接地電圧が印加されている。これにより、出力電圧調整回路61bは、抵抗回路66,67及び第2差動増幅回路68を利用して、出力正極電圧VHと負極電圧VNとの差である出力電圧(VH-VN)を制御回路62が有するA/D変換回路の入力可能電圧にまで降圧し、降圧した調整出力電圧VOUTを制御回路62のA/D変換回路に出力することができる。
図2-図4を参照して電力変換装置2のハードウエア構成を説明する。図2は、電力変換装置2の筐体30の内部の部品レイアウトを示す平面図である。説明の便宜上、図中の座標系のZ軸正方向を「上」と定義する。なお、後述するように筐体30内の最上位には回路基板19が配置されているが、図2では回路基板19の図示を省略している。また、後述する筐体中仕切り30aも、図2では図示を省略している。筐体30は上方と下方が開口しており、上下それぞれから部品を収容することができる。図3は、筐体30を下方からみた底面図である。図4は筐体30を図中の座標系におけるYZ平面でカットした断面図である。図4では、図示明瞭化のために、いくつかの構成の図示を省略している。
電力変換装置2の筐体30には、積層ユニット10、コンデンサユニット13、リアクトルユニット14、端子ユニット20、及び、回路基板19が収容されている。なお、先に述べたように、図2では回路基板19の図示を省略しており、回路基板19は図4にのみ描かれている。積層ユニット10は、複数の半導体モジュール3a-3gと複数の冷却器12を積層したデバイスである。図2と図3では、積層ユニット10の両端の冷却器に符号12を付し、他の冷却器には符号を省略した。複数の冷却器12は平行に配置されており、隣り合う冷却器12の間に半導体モジュールが挟まれている。各半導体モジュールは扁平であり、複数の半導体モジュール3a-3gは、その幅広面が対向するように積層ユニット10の中で互いに平行に配置されている。半導体モジュール3a-3gの夫々には2個のトランジスタと2個のダイオードが収容されており、内部で2個のトランジスタが直列に接続されている。各ダイオードは各トランジスタに逆並列に接続されている。先に述べたように、半導体モジュール3a-3cはインバータ回路43aに用いられ、半導体モジュール3d-3fはインバータ回路43bに用いられる。半導体モジュール3gは電圧コンバータ回路42に用いられる。以下、半導体モジュール3a-3gのいずれか一つを区別なく示すときには半導体モジュール3と称する。
積層ユニット10は、筐体30に設けられた内壁31と支柱32の間に、板バネ33とともに挟まれている。なお、内壁31と支柱32は、図2と図3では図示を省略している筐体中仕切り30aから延びている。板バネ33は、積層ユニット10を複数の半導体モジュール3の積層方向に加圧する。図中の座標系のX方向が積層方向に相当する。冷媒供給パイプ34と冷媒排出パイプ35が複数の冷却器12を貫いている。冷媒供給パイプ34を通じて供給される冷媒は、複数の冷却器12に分配される。冷媒は、各冷却器12を通過する間に隣接している半導体モジュール3から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は冷媒排出パイプ35を通じて積層ユニット10から排出される。
各半導体モジュール3の上面から複数の制御端子304が延びている。図2では、左端の一つの半導体モジュール3の制御端子にのみ符号304を付し、他の半導体モジュール3の制御端子には符号を省略した。制御端子304は、半導体モジュール3に収容されているトランジスタのゲート端子に接続している制御端子や、半導体モジュール3に内蔵されている温度センサの制御端子などを含む。図4に示されているように、制御端子304は、回路基板19を貫通して回路基板19に実装されている回路に接続されている。
図3に示すように、各半導体モジュール3の下面から3本のパワー端子(正極端子301、負極端子302、中点端子303)が延びている。図3では、右端の一つの半導体モジュール3のパワー端子にのみ符号301、302、303を付し、他の半導体モジュール3のパワー端子には符号を省略した。正極端子301、負極端子302、中点端子303は、それぞれ、半導体モジュール3の内部で、2個のトランジスタの直列接続の高電圧側、低電圧側、及び、中点に接続している。複数の半導体モジュール3の正極端子301は正極バスバ36でコンデンサユニット13に接続しており、負極端子302は負極バスバ37でコンデンサユニット13に接続している。コンデンサユニット13は、図1に示したフィルタコンデンサ44に相当するコンデンサ素子と、平滑コンデンサ46に相当するコンデンサ素子を封止している。正極バスバ36と負極バスバ37を介して、全ての半導体モジュール3の正極端子301と負極端子302が、平滑コンデンサ46に相当するコンデンサ素子と接続している。なお、図2-図4では、図1のフィルタコンデンサ44、入力端48、出力端49に関する接続構造については図示を省略している。
図1のインバータ回路43a、43bを構成する複数の半導体モジュール3a-3fの各々の中点端子303に第1バスバ4が接続している。複数の第1バスバ4は端子ユニット20につながっている。端子ユニット20は、モータにつながるパワーケーブルを接続するための部品である。複数の第1バスバ4は、端子ユニット20の樹脂製の本体を通過しており、その先端は、パワーケーブルを接続するための接続端子401になっている。
リアクトルユニット14の内部には、図1に示したリアクトル45に相当するリアクトル素子15が収容されている。リアクトル素子15の実態はコイルであり、その一端15aには第2バスバ17が接続している。リアクトル素子15(図1のリアクトル45)の他端は、図示を省略している。第2バスバ17も、端子ユニット20に支持されている。第2バスバ17は、端子ユニット20の本体の内部で、半導体モジュール3gの中点端子から延びている第3バスバ18と接続している。なお、先に述べたように、半導体モジュール3gは、電圧コンバータ回路42(図1参照)に用いられるモジュールである。
図4に示されるように、筐体30の内側面から筐体中仕切り30aが延びており、その筐体中仕切り30a上に回路基板19が固定されている。筐体中仕切り30aには開口が形成されており、複数の半導体モジュール3a-3fの各々から伸びる制御端子304がその開口を通過して回路基板19に接続されている。回路基板19には、図1に示すように、入力電圧調整回路61a、出力電圧調整回路61b及び制御回路62等の各種回路が実装されている。
図5に、回路基板19に実装される抵抗素子群Rlp,Rln,Rhp,Rhnのレイアウトの一例を示す。なお、図5は回路基板19の部品面を示している。回路基板19の半田面とは、図4に示す回路基板19の符号19bに対応する面であり、部品面とは、図4に示す回路基板19の符号19aに対応する面である。
図中の符号72,74は、インバータ回路43a、43bを構成する複数の半導体モジュール3a-3fのうちの1つの半導体モジュールの制御端子304が接続される箇所である。例えば、接続領域72には半導体モジュール3gの上側のスイッチング素子9aから伸びる制御端子304が挿入して接続されており、接続領域74には半導体モジュール3gの下側のスイッチング素子9bから伸びる制御端子304が挿入して接続されている。回路基板19には、このような接続領域が複数の半導体モジュール3a-3gの各々に対応して設けられているが、図5では、そのうちの1つの半導体モジュールの接続領域のみを図示している。
図5に示されるように、抵抗素子群Rlp,Rln,Rhp,Rhnはいずれも、回路基板19の半田面に実装されている。さらに、第2抵抗素子群Rlnと第4抵抗素子群Rhnは、第1抵抗素子群Rlpと第3抵抗素子群Rhpの間に配置されており、回路基板19内で隣接して配置されている。この例に代えて、抵抗素子群Rlp,Rln,Rhp,Rhnはいずれも、回路基板19の部品面に実装されてもよい。
第1抵抗素子群Rlpと第2抵抗素子群Rlnの間には、絶縁領域92が設けられている。第3抵抗素子群Rhpと第4抵抗素子群Rhnの間にも、絶縁領域94が設けられている。絶縁領域92,94とは、電位差が生じる領域での絶縁破壊を防止するために、必要な沿面距離が確保された領域であり、配線及び素子等の回路要素が設けられていない領域である。一方、第2抵抗素子群Rlnと第4抵抗素子群Rhnの間には、そのような絶縁領域が実質的に設けられていない。具体的には、第2抵抗素子群Rlnに属する複数の抵抗素子の外縁で画定される実装範囲と第4抵抗素子群Rhnに属する複数の抵抗素子の外縁で画定される実装範囲が隣接しており、両者の間に絶縁領域が実質的に設けられていない。換言すると、第2抵抗素子群Rlnの実装範囲と第4抵抗素子群Rhnの実装範囲の間の面積に比して、第1抵抗素子群Rlpの実装範囲と第2抵抗素子群Rlnの実装範囲の間の絶縁領域92の面積が大きく、第3抵抗素子群Rhpの実装範囲と第4抵抗素子群Rhnの実装範囲の間の絶縁領域94の面積も大きい。
符号81の端子が入力正極端48aに接続されており、符号82の端子が第1差動増幅回路65のオペアンプOP1の反転入力端子に接続されている。符号83の端子が入力負極端48bに接続されており、符号84の端子が第1差動増幅回路65のオペアンプOP1の非反転入力端子に接続されている。符号85の端子が出力正極端49aに接続されており、符号86の端子が第2差動増幅回路68のオペアンプOP2の反転入力端子に接続されている。符号87の端子が入力負極端48b(即ち、出力負極端49b)に接続されており、符号88の端子が第2差動増幅回路68のオペアンプOP2の非反転入力端子に接続されている。
第2抵抗素子群Rlnと第4抵抗素子群Rhnのいずれにも負極電圧VNが入力しており、両者に印加される電圧が同電圧である。このため、第2抵抗素子群Rlnと第4抵抗素子群Rhnの間に沿面距離を確保する必要がない。これにより、第2抵抗素子群Rlnと第4抵抗素子群Rhnを回路基板19内に隣接して配置することができる。この結果、抵抗素子群Rlp,Rln,Rhp,Rhnを回路基板19内に少ない面積で実装することができる。
第1抵抗素子群Rlpに属する複数の抵抗素子のうちの端子81に最も近い側の抵抗素子と第2抵抗素子群Rlnに属する複数の抵抗素子のうちの端子83に最も近い側の抵抗素子の間は電圧差が大きいことから、両者の距離D1が大きく設定されている。一方、第1抵抗素子群Rlpに属する複数の抵抗素子のうちの端子82に最も近い側の抵抗素子と第2抵抗素子群Rlnに属する複数の抵抗素子のうちの端子84に最も近い側の抵抗素子の間は電圧差が小さいことから、両者の距離D2が小さく設定されている。このように、第1抵抗素子群Rlpと第2抵抗素子群RlnがD1>D2の関係が成立するようなレイアウトを有することで、回路基板19の面積の削減に寄与することができる。
同様に、第3抵抗素子群Rhpに属する複数の抵抗素子のうちの端子85に最も近い側の抵抗素子と第4抵抗素子群Rhnに属する複数の抵抗素子のうちの端子87に最も近い側の抵抗素子の間は電圧差が大きいことから、両者の距離D3が大きく設定されている。一方、第3抵抗素子群Rhpに属する複数の抵抗素子のうちの端子86に最も近い側の抵抗素子と第4抵抗素子群Rhnに属する複数の抵抗素子のうちの端子88に最も近い側の抵抗素子の間は電圧差が小さいことから、両者の距離D4が小さく設定されている。このように、第3抵抗素子群Rhpと第4抵抗素子群RhnがD3>D4の関係が成立するようなレイアウトを有することで、回路基板19の面積の削減に寄与することができる。
回路基板19には、半導体モジュールのスイッチング素子を駆動するための駆動回路も実装されている。このような駆動回路は、高速でスイッチング動作をすることから、ノイズを輻射している。このため、このような輻射ノイズの影響を抑えるために、高インピーダンスである抵抗素子群Rlp,Rln,Rhp,Rhnは、駆動回路から離れた位置に実装されるのが望ましい。上記したように、抵抗素子群Rlp,Rln,Rhp,Rhnは、回路基板19内に少ない面積で実装することができるので、回路基板19内におけるレイアウトの制約が緩和される。このため、抵抗素子群Rlp,Rln,Rhp,Rhnは、回路基板19内において、輻射ノイズを受け難い場所に実装可能である。
図6及び図7に、回路基板19に実装される抵抗素子群Rlp,Rln,Rhp,Rhnのレイアウトの他の一例を示す。なお、図6は回路基板19の半田面を示しており、図7は回路基板19の部品面を示している。
図6に示されるように、回路基板19の半田面には、第1抵抗素子群Rlpと第2抵抗素子群Rlnと第3抵抗素子群Rhpが実装されている。図7に示されるように、回路基板19の部品面には、第4抵抗素子群Rhnが実装されている。このように、第2抵抗素子群Rlnと第4抵抗素子群Rhnは、回路基板19の半田面と部品面に分かれて実装されている。この例に代えて、第2抵抗素子群Rlnが部品面に実装され、第4抵抗素子群Rhnが半田面に実装されてもよい。
第2抵抗素子群Rlnに接続する端子83(図6参照)と第4抵抗素子群Rhnに接続する端子87(図7)は、半田面と部品面を貫通して設けられている導体を介して接続されている。第4抵抗素子群Rhnに接続する端子88(図6,7)は、半田面と部品面を貫通して設けられている導体によって半田面と部品面の両面に現れている。
第2抵抗素子群Rlnに属する複数の抵抗素子の少なくとも一部と第4抵抗素子群Rhnに属する複数の抵抗素子の少なくとも一部は、回路基板19を平面視したときに、重複するように配置されている。ここで、「回路基板19を平面視したとき」とは、「回路基板19の半田面及び部品面に直交する方向から見たとき」という意味である。第2抵抗素子群Rlnと第4抵抗素子群Rhnのいずれにも負極電圧VNが入力しており、両者に印加される電圧が同電圧である(図1参照)。このため、第2抵抗素子群Rlnと第4抵抗素子群Rhnが回路基板19の表裏面に分かれて配置されていても、これら第2抵抗素子群Rlnと第4抵抗素子群Rhnの間において回路基板19が絶縁破壊されることが抑えられる。このように、第2抵抗素子群Rlnと第4抵抗素子群Rhnを回路基板19の表裏面に隣接して配置することができるので、抵抗素子群Rlp,Rln,Rhp,Rhnを回路基板19内に少ない面積で実装することができる。
図6に示されるように、第1抵抗素子群Rlpに属する複数の抵抗素子のうちの端子81に最も近い側の抵抗素子と第2抵抗素子群Rlnに属する複数の抵抗素子のうちの端子83に最も近い側の抵抗素子の間は電圧差が大きいことから、両者の距離D11が大きく設定されている。一方、第1抵抗素子群Rlpに属する複数の抵抗素子のうちの端子82に最も近い側の抵抗素子と第2抵抗素子群Rlnに属する複数の抵抗素子のうちの端子84に最も近い側の抵抗素子の間は電圧差が小さいことから、両者の距離D12が小さく設定されている。このように、第1抵抗素子群Rlpと第2抵抗素子群RlnがD11>D12の関係が成立するようなレイアウトを有することで、回路基板19の面積の削減に寄与することができる。
同様に、第3抵抗素子群Rhpに属する複数の抵抗素子のうちの端子85に最も近い側の抵抗素子と第2抵抗素子群Rlnに属する複数の抵抗素子のうちの端子83に最も近い側の抵抗素子の間は電圧差が大きいことから、両者の距離D13が大きく設定されている。一方、第3抵抗素子群Rhpに属する複数の抵抗素子のうちの端子86に最も近い側の抵抗素子と第2抵抗素子群Rlnに属する複数の抵抗素子のうちの端子84に最も近い側の抵抗素子の間は電圧差が小さいことから、両者の距離D14が小さく設定されている。このように、第3抵抗素子群Rhpと第2抵抗素子群RlnがD13>D14の関係が成立するようなレイアウトを有することで、回路基板19の面積の削減に寄与することができる。
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
回路基板には、第1電圧と第2電圧の差である入力電圧を第3電圧と前記第2電圧の差である出力電圧に変圧する電圧コンバータの前記入力電圧と前記出力電圧を測定する回路が設けられている。この回路基板は、第1抵抗素子群を有する第1抵抗回路、第2抵抗素子群を有する第2抵抗回路、第3抵抗素子群を有する第3抵抗回路、第4抵抗素子群を有する第4抵抗回路、第1差動増幅回路、第2差動増幅回路及び制御回路を備えることができる。前記第1差動増幅回路は、一対の入力端子を有しており、前記第1電圧が前記第1抵抗回路の前記第1抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の一方に入力し、前記第2電圧が前記第2抵抗回路の前記第2抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の他方に入力するように構成されている。前記第2差動増幅回路は、一対の入力端子を有しており、前記第3電圧が前記第3抵抗回路の前記第3抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の一方に入力し、前記第2電圧が前記第4抵抗回路の前記第4抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の他方に入力するように構成されている。前記制御回路は、前記第1差動増幅回路の出力と前記第2差動増幅回路の出力のそれぞれをA/D変換するA/D変換回路を有している。前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群は、前記第1抵抗素子群と前記第3抵抗素子群の間で隣接して配置されている。
上記回路基板の一実施形態では、前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群が、前記回路基板の同一面上に配置されていてもよい。
上記回路基板の一実施形態において、前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群が、前記第1抵抗素子群と前記第3抵抗素子群が配置されている面上に配置されていてもよい。この場合、前記第1抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第1距離とし、前記第1抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第2距離とすると、前記第1距離が前記第2距離よりも大きくてもよい。さらに、前記第3抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第3距離とし、前記第3抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第4距離とすると、前記第3距離が前記第4距離よりも大きくてもよい。
上記回路基板の他の一実施形態では、前記第2抵抗素子群が前記回路基板の一方の面に配置され、前記第4抵抗素子群が前記回路基板の他方の面に配置されてもよい。この場合、前記回路基板を平面視したときに、前記第2抵抗素子群に属する複数の抵抗素子の少なくとも一部と前記第4抵抗素子群に属する複数の抵抗素子の少なくとも一部が重複するように配置されていてもよい。
上記回路基板の他の一実施形態において、前記第2抵抗素子群が、前記第1抵抗素子群と前記第3抵抗素子群が配置されている面上に配置されていてもよい。この場合、前記第1抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第1距離とし、前記第1抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第2距離とすると、前記第1距離が前記第2距離よりも大きくてもよい。さらに、前記第3抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第3距離とし、前記第3抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第4距離とすると、前記第3距離が前記第4距離よりも大きくてもよい。
上記回路基板の他の一実施形態において、前記第4抵抗素子群が、前記第1抵抗素子群と前記第3抵抗素子群が配置されている面上に配置されていてもよい。この場合、前記第1抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第1距離とし、前記第1抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第2距離とすると、前記第1距離が前記第2距離よりも大きくてもよい。さらに、前記第3抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第3距離とし、前記第3抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第4距離とすると、前記第3距離が前記第4距離よりも大きくてもよい。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
2:電力変換装置
3a-3g:半導体モジュール
19:回路基板
42:電圧コンバータ回路
43a、43b:インバータ回路
44:フィルタコンデンサ
45:リアクトル
46:平滑コンデンサ
51:バッテリ
53a、53b:モータ
55:ギアセット
56:車軸
61a:入力電圧調整回路
61b:出力電圧調整回路
62:制御回路
63:第1抵抗回路
64:第2抵抗回路
65:第1差動増幅回路
66:第3抵抗回路
67:第4抵抗回路
68:第2差動増幅回路
100:電気自動車
Rlp:第1抵抗素子群
Rln:第2抵抗素子群
Rhp:第3抵抗素子群
Rhn:第4抵抗素子群

Claims (3)

  1. 第1電圧と第2電圧の差である入力電圧を第3電圧と前記第2電圧の差である出力電圧に変圧する電圧コンバータの前記入力電圧と前記出力電圧を測定する回路が設けられている回路基板であって、
    第1抵抗素子群を有する第1抵抗回路と、
    第2抵抗素子群を有する第2抵抗回路と、
    第3抵抗素子群を有する第3抵抗回路と、
    第4抵抗素子群を有する第4抵抗回路と、
    一対の入力端子を有する第1差動増幅回路であって、前記第1電圧が前記第1抵抗回路の前記第1抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の一方に入力し、前記第2電圧が前記第2抵抗回路の前記第2抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の他方に入力するように構成されている、第1差動増幅回路と、
    一対の入力端子を有する第2差動増幅回路であって、前記第3電圧が前記第3抵抗回路の前記第3抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の一方に入力し、前記第2電圧が前記第4抵抗回路の前記第4抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の他方に入力するように構成されている、第2差動増幅回路と、
    前記第1差動増幅回路の出力と前記第2差動増幅回路の出力のそれぞれをA/D変換するA/D変換回路を有する制御回路と、を備えており、
    前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群は、前記第1抵抗素子群と前記第3抵抗素子群の間で隣接して配置されており、
    前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群が、前記回路基板の同一面上に配置されており、
    前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群が、前記第1抵抗素子群と前記第3抵抗素子群が配置されている面上に配置されており、
    前記第1抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第1距離とし、前記第1抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第2距離とすると、前記第1距離が前記第2距離よりも大きく、
    前記第3抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第3距離とし、前記第3抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第4距離とすると、前記第3距離が前記第4距離よりも大きい、回路基板。
  2. 第1電圧と第2電圧の差である入力電圧を第3電圧と前記第2電圧の差である出力電圧に変圧する電圧コンバータの前記入力電圧と前記出力電圧を測定する回路が設けられている回路基板であって、
    第1抵抗素子群を有する第1抵抗回路と、
    第2抵抗素子群を有する第2抵抗回路と、
    第3抵抗素子群を有する第3抵抗回路と、
    第4抵抗素子群を有する第4抵抗回路と、
    一対の入力端子を有する第1差動増幅回路であって、前記第1電圧が前記第1抵抗回路の前記第1抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の一方に入力し、前記第2電圧が前記第2抵抗回路の前記第2抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の他方に入力するように構成されている、第1差動増幅回路と、
    一対の入力端子を有する第2差動増幅回路であって、前記第3電圧が前記第3抵抗回路の前記第3抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の一方に入力し、前記第2電圧が前記第4抵抗回路の前記第4抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の他方に入力するように構成されている、第2差動増幅回路と、
    前記第1差動増幅回路の出力と前記第2差動増幅回路の出力のそれぞれをA/D変換するA/D変換回路を有する制御回路と、を備えており、
    前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群は、前記第1抵抗素子群と前記第3抵抗素子群の間で隣接して配置されており、
    前記第2抵抗素子群が前記回路基板の一方の面に配置され、前記第4抵抗素子群が前記回路基板の他方の面に配置されており、
    前記回路基板を平面視したときに、前記第2抵抗素子群に属する複数の抵抗素子の少なくとも一部と前記第4抵抗素子群に属する複数の抵抗素子の少なくとも一部が重複するように配置されており、
    前記第2抵抗素子群が、前記第1抵抗素子群と前記第3抵抗素子群が配置されている面上に配置されており、
    前記第1抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第1距離とし、前記第1抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第2距離とすると、前記第1距離が前記第2距離よりも大きく、
    前記第3抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第3距離とし、前記第3抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第2抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第4距離とすると、前記第3距離が前記第4距離よりも大きい、回路基板。
  3. 第1電圧と第2電圧の差である入力電圧を第3電圧と前記第2電圧の差である出力電圧に変圧する電圧コンバータの前記入力電圧と前記出力電圧を測定する回路が設けられている回路基板であって、
    第1抵抗素子群を有する第1抵抗回路と、
    第2抵抗素子群を有する第2抵抗回路と、
    第3抵抗素子群を有する第3抵抗回路と、
    第4抵抗素子群を有する第4抵抗回路と、
    一対の入力端子を有する第1差動増幅回路であって、前記第1電圧が前記第1抵抗回路の前記第1抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の一方に入力し、前記第2電圧が前記第2抵抗回路の前記第2抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の他方に入力するように構成されている、第1差動増幅回路と、
    一対の入力端子を有する第2差動増幅回路であって、前記第3電圧が前記第3抵抗回路の前記第3抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の一方に入力し、前記第2電圧が前記第4抵抗回路の前記第4抵抗素子群を介して前記一対の入力端子の他方に入力するように構成されている、第2差動増幅回路と、
    前記第1差動増幅回路の出力と前記第2差動増幅回路の出力のそれぞれをA/D変換するA/D変換回路を有する制御回路と、を備えており、
    前記第2抵抗素子群と前記第4抵抗素子群は、前記第1抵抗素子群と前記第3抵抗素子群の間で隣接して配置されており、
    前記第2抵抗素子群が前記回路基板の一方の面に配置され、前記第4抵抗素子群が前記回路基板の他方の面に配置されており、
    前記回路基板を平面視したときに、前記第2抵抗素子群に属する複数の抵抗素子の少なくとも一部と前記第4抵抗素子群に属する複数の抵抗素子の少なくとも一部が重複するように配置されており、
    前記第4抵抗素子群が、前記第1抵抗素子群と前記第3抵抗素子群が配置されている面上に配置されており、
    前記第1抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第1距離とし、前記第1抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第1差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第2距離とすると、前記第1距離が前記第2距離よりも大きく、
    前記第3抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する複数の抵抗素子のうちの最も前記電圧コンバータ側に接続されている抵抗素子の間の距離を第3距離とし、前記第3抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子と前記第4抵抗素子群に属する前記複数の抵抗素子のうちの最も前記第2差動増幅回路側に接続されている抵抗素子の間の距離を第4距離とすると、前記第3距離が前記第4距離よりも大きい、回路基板。
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