JP7308999B1

JP7308999B1 - 電力変換装置

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Publication number: JP7308999B1
Application number: JP2022019181A
Authority: JP
Inventors: 嘉▲徳▼ 松井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-02-10
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2042-02-10
Also published as: JP2023116851A

Abstract

【課題】パルストランスとゲートドライバの放熱経路を分離することで部品の熱干渉を最小限に抑制し、部品を直近に実装することで小型・低コスト化を図る。【解決手段】ゲートドライバ５は、多層基板２００の第一のパターン１０および多層基板２００を冷却器３００に固定する第一のねじ２０を介して冷却器３００に熱的に当接されており、第一のパターン１０はパルストランス８端子およびパルストランス８の端子に接続される配線と平面視で重ならないように配線している。【選択図】図２

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。

ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）あるいは電気自動車（ＥＶ）等に搭載される電力変換装置には小型化、低コスト化が求められる。
入力電力に基づいて出力電力を制御する車載電力変換装置においては、高価な絶縁ＩＣの代わりに、低コストのパルストランスがしばしば用いられる。
しかしながら、複数のスイッチング素子の駆動にそれぞれパルストランスを使用した場合、実装面積が拡大し、大型化につながる懸念があった。そこで、例えば、多出力のパルストランスと多出力のゲートドライバを組み合わせ小型化する技術があった。（例えば下記特許文献１参照）。

特開２０２１―１６８５３４号公報

パルストランスと、これを駆動するゲートドライバは直列的に繋がっており、二つの部品を繋ぐ配線はノイズ重畳を考慮しそれぞれ近傍に配置する必要がある。これらは近傍に配置していることから、どちらか一方が発熱した場合、多層基板の樹脂または多層基板のパターン等を介して他方に熱干渉し、熱の煽りを受けた部品は部品定格温度を超過する傾向にあった。多出力の部品では発熱しやすい傾向にあることから、この課題は上記のような手法ではより顕著となる。発熱の抑制を目的として直流抵抗を下げるために配線を太くする等した場合、部品が大型化、ひいては電力変換器全体が大型化していた。熱干渉しないように部品間の距離を取った場合、実装面積の観点から基板が大型化し、また、ノイズが重畳する可能性が有った。

本願は、上記課題を解決するためのものであり、実装部品ごとに放熱経路を形成することで、部品間において発生する熱干渉による発熱を抑制し部品、ひいては電力変換装置を小型化且つ低コストにすることを目的としている。

本願に開示される電力変換装置は、半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する制御部から出力された駆動信号を受け取りゲート信号を出力するゲートドライバと、ゲートドライバから半導体スイッチング素子にゲート信号を伝達するパルストランスが多層基板に実装された電力変換装置において、ゲートドライバは多層基板に設けられた第一のパターンおよび多層基板を冷却器に固定する第一のねじを介して冷却器と熱的に当接されており、第一のパターンはパルストランスの端子およびパルストランスの端子に接続される配線と平面視で重ならず、且つ、前記パルストランスは前記多層基板に設けられた配線のための第二のパターンおよび前記多層基板を前記冷却器に固定する第二のねじを介して前記冷却器に熱的に当接されており、前記多層基板にて前記第一のパターンと前記第二のパターンは平面視で重ならないものである。

本願の電力変換装置によれば、小型のパルストランス及びゲートドライバの実装を可能にし、さらにこれらを直近に配置することが可能であるため、小型かつ低コストの電力変換装置を実現できる。

実施の形態１に係る電力変換装置の回路構成例を示す回路図である。実施の形態１に係る電力変換装置における放熱経路の分断例を平面視にて示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置における放熱経路の分断例を側面視にて示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置におけるパルストランスが放熱パターンを有する例を平面視にて示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置におけるパルストランスが放熱パターンを有する例を側面視にて示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置においてスリットを使用した放熱経路の分断例を平面視にて示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置においてスリットを使用した放熱経路の分断例を側面視にて示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置においてパルストランスの端子直下に放熱経路を設けた例を平面視にて示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置においてパルストランスの端子直下に放熱経路を設けた例を側面視にて示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置において、パルストランスの巻き線を多層基板に実装した場合における放熱経路の分断例を分解して示す斜視図である。実施の形態１に係る電力変換装置において、パルストランスの巻き線を多層基板に実装した場合における放熱経路の分断例を平面視にて示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置において、パルストランスの巻き線を多層基板に実装した場合における放熱経路の分断例を側面視にて示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置において、パルストランスの巻き線及び冷却パターンを冷却器に当接した場合における放熱経路の分断例を平面視にて示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置において、パルストランスの巻き線及び冷却パターンを冷却器に当接した場合における放熱経路の分断例を側面視にて示す図である。実施の形態１係る電力変換装置おけるゲートドライバの放熱パターンに関する配線例を平面視にて示す図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１について説明する。
図１は、実施の形態１による電力変換装置の一例である。図１に示すように、電力変換装置１０００は、半導体スイッチング素子１ａ～１ｄと、トランス２と、ダイオード３ａ～３ｄと、平滑リアクトル４とで主回路が構成される。制御部１００により生成されたゲート信号はゲートドライバ５、ゲート抵抗６、直流カット用コンデンサ７、パルストランス８、ゲート抵抗９ａ～９ｄを介して半導体スイッチング素子１ａ～１ｄのゲートに当接され、それぞれを駆動する。半導体スイッチング素子１ａ～１ｄは、例えばＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）あるいはＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の自己消弧型半導体、ワイドバンドギャップ半導体でもよい。

制御部１００は、センシングされた電力変換装置１０００の入出力電圧および入出力電流などを元に、所望のトポロジーで半導体スイッチング素子１ａ～１ｄを駆動する。制御部１００より出力されたゲート信号はゲートドライバ５に伝達される。

ゲートドライバ５は、パルストランス８を介して、各半導体スイッチング素子１ａ～１ｄを駆動する。なお、本実施の形態では、２出力を有する２出力タイプの１つのゲートドライバＩＣとしているが、1出力を有する１出力タイプのゲートドライバを２個使用する、あるいは、半導体部品であるディスクリートで構成してもよい。パルストランス８は、２つ以上の半導体スイッチング素子１ａ～１ｄに接続され、ゲートドライバ５は、２つ以上の半導体スイッチング素子１ａ～１ｄを駆動する。

ゲートドライバ５より伝達されたゲート信号はパルストランス８を介して、半導体スイッチング素子１ａ，１ｄと１ｂ，１ｃの組合せで片側アームずつ駆動する。パルストランスの適用により、高圧側と低圧側を絶縁でき、また、スイッチング素子を駆動するための新たな電源回路を追加する必要がなく、電源回路数を最小限にできる。
本実施の形態では、半導体スイッチング素子１ａをオンしている際には、半導体スイッチング素子１ｂをオフするよう出力側極性を相互逆に当接させる。このようにすることで、アーム短絡が防止することができる。

ゲート抵抗６および９ａ～９ｄを、パルストランス８の前後に備え、各半導体スイッチング素子１ａ～１ｄに印加されるときの波形を調整することで、主回路スイッチング動作時の電圧、電流の立ち上がりおよび立ち下がりを調整できる。この調整により、主回路スイッチング動作時のサージ電圧を抑制でき、これにより、主回路のスイッチング起因によるノイズ発生を抑制できる。ゲート抵抗６および９ａ～９ｄはそれぞれ一素子のみ記載しているが、並列、直列あるいは複数組合せで実現してもよい。

直流カット用コンデンサ７は、パルストランス入力への直流成分をカットするためのもので、これにより、パルストランスの損失を軽減し、パルストランスの磁気飽和を抑制、パルストランスの小型化に寄与する。

パルストランス８とゲートドライバの５間の配線におけるノイズ重畳を避けるため、これら二つの部品は直近に配置する必要がある。ゲート信号を伝達する際、パルストランス８およびゲートドライバ５内部において電流が発生し、これにより生じた損失で発熱するが、この時、パルストランス８およびゲートドライバ５は直近に配置されているため、どちらか一方の熱が他方に伝わる熱干渉が発生する。この熱干渉は、冷却パターン、パルストランス８およびゲートドライバ５の周辺の空気、パルストランス８およびゲートドライバ５が実装されている基板の樹脂等を介して発生する。

以下では、熱干渉経路を分断することでパルストランス８およびゲートドライバ５を直近に配置しながら、パルストランスの巻き線を太くすることをせずに小型化できる構成について説明する。

図２、図３に記載のように、ゲートドライバ５は制御部１００よりゲートドライバ５の入力線１８を介して入力されたゲート信号を、多層基板２００に実装されたゲート抵抗６および直流カット用コンデンサ７等を含んだ回路部品群２３と、これら回路部品群とパルストランス８との間のパターン１５を介してパルストランス８に伝達する。なお、以降の図の側面視は、平面視の基板手前方向から見た側面の透視図である。

パルストランス８に入力されたゲート信号はパルストランス８と半導体スイッチング素子１ａ～１ｄとの間のパターン１７に出力され、ゲート抵抗９ａ～９ｄを介して半導体スイッチング素子１ａ～１ｄのゲート部に入力される。ゲートドライバ５は多層基板２００における配線のための第一のパターン１０、第一のパターン１０において後述の第一のねじ２０周辺に設けられたランドおよび多層基板２００を固定するための第一のねじ２０を介して冷却器３００の突起部３００ａを介して熱的に当接される。以降、図に記載のねじは存在の明示のため、前面に示している。この時、第一のパターン１０はゲートドライバ５のサーマルパッド１９に当接される。また、パルストランス８の端子と第一のパターン１０、パルストランス８および回路部品群２３間のパターン１５と第一のパターン１０がそれぞれ平面視で重ならないように配線する。

なお、第一のパターン１０は一般的にＧＮＤパターンであり、例えば、ノイズ抑制のために回路部品群２３の周囲まで広がっている。パルストランス８の端子およびパルストランス８および回路部品群２３間のパターン１５の下層に第一のパターン１０を配線した場合、ゲートドライバ５において発生した熱は第一のパターン１０、第一のパターン１０上の、パルストランス８の端子およびパルストランス８および回路部品群２３間のパターン１５を介してパルストランス８の内部に伝わる。

このような熱干渉を防ぐため、前述のようにパルストランス８の端子、パルストランス８および回路部品群２３間のパターン１５と、第一のパターン１０が重ならないように配線する。熱干渉を抑制した結果、部品定格温度内に抑えることができるため、実装部品を小型にすることができ、ひいては電力変換器を小型化できる。

以下では、パルストランス８に対しても冷却パターンを設けた場合について説明する。先の形態と同様、図４、図５に示す通り、パルストランス８およびゲートドライバ５は多層基板２００に実装された回路部品群２３と、これら回路部品群とパルストランス８間のパターン１５を介してゲート信号を伝達する。ゲートドライバ５は多層基板２００における第一のパターン１０、第一のパターン１０における第一のねじ２０周辺に設けられたランドおよび多層基板２００を固定するための第一のねじ２０を介して冷却器３００に熱的に当接される。

一方、パルストランス８は絶縁性の放熱部材２９、放熱部材２９に当接された多層基板２００の配線のための第二のパターン１１、第二のパターン１１に設けられた後述の第二のねじ２１周辺に設けられたランドおよび多層基板２００を固定するための第二のねじ２１を介して冷却器３００の突起部３００ａを介して熱的に当接される。この放熱部材２９には放熱シートあるいはシリコン系のグリスなどを用いてもよい。

上記の構成において、第一のパターン１０と第二のパターン１１は分断し、第一のパターン１０は第二のパターン１１、パルストランス８および回路部品群２３間のパターン１５とそれぞれ平面視で重ならないように配線しつつ、第一のパターン１０と第二のパターン１１をそれぞれ冷却器３００に突起部３００ｂを介して当接する。

第一のパターン１０と第二のパターン１１が分断されていないもしくは平面視で重なっていた場合、ゲートドライバ５の方がパルストランス８よりも高温である環境下において、その熱はゲートドライバ５から第一のパターン１０および第一のねじ２０を介して冷却器３００に放熱される一方で、第一のパターン１０、第二のパターン１１を介してパルストランス８へと熱が伝達し、パルストランス８の温度が上昇する。そこで、第一のパターン１０と第二のパターン１１は分断することで熱の伝達経路を無くし、熱干渉による発熱を抑制する。熱干渉を抑制した結果、部品定格温度内に抑えることができるため、実装部品を小型にすることができ、ひいては電力変換器を小型化できる。

以下では、多層基板のパターンによる熱干渉だけでなく、多層基板の基材を介した熱干渉経路を抑制する方法について説明する。前述の通り、パルストランス８およびゲートドライバ５における熱の伝達経路は多層基板におけるパターンだけではなく、多層基板に充填された基材も同様に伝達経路になりうる。そこで、図６、図７に記載のように、前述の第一のパターンと第二のパターン間および、パルストランス８およびゲートドライバ５の間に基材が充填されていない空間（スリット２８）を設ける。

このスリット２８により、多層基板の樹脂を介したパルストランス８およびゲートドライバ５間の熱干渉も抑制できるため、熱干渉の影響を最小限化出来る。このスリット２８と、パルストランス８および回路部品群２３間のパターン１５との間には、例えば、基板を製造する上で必要な最小距離をもうける。製造制約として距離を無くせる場合は、スリット２８にパルストランス８および回路部品群２３間のパターン１５が露出するため、パルストランス８および回路部品群２３間のパターン１５と冷却器３００との間に絶縁距離を設ける。

パルストランス８における第二のパターン１１は、図８、図９に記載のように、パルストランス８の端子と基板平面視で重なるような、内層の基板パターンとしてもよい。このような構成とすることで、パルストランス８において発生した熱はパルストランス８の端子を介してパルストランス８および半導体スイッチング素子１ａ～１ｄ間のパターン１７、パルストランス８および半導体スイッチング素子１ａ～１ｄ間のパターン１７に重なる第二のパターン１１に伝達される。さらにスルーホール３０を介して表層に設けられた第二のパターン１１のランド、第二のねじ２１を介して冷却器３００に伝達されることで放熱される。ゲートドライバ５は多層基板２００における第一のパターン１０、第一のパターン１０における第一のねじ２０周辺に設けられたランドおよび多層基板２００を固定するための第一のねじ２０を介して冷却器３００に熱的に当接される。このような構成においては、前述した放熱部材２９を用いる必要が無くなるため、低コスト化を実現できる。

前述のパルストランス８の巻き線は多層基板に実装してもよい。この場合、基板に穴をあけて、コアを挿入し、コアの周囲の基板パターンにて巻線を形成する。例えば、図１０に記載のように多層基板２００の第二層Ｌ２においてパルストランスのコア２４およびコア２５の周囲を周回した一次側巻き線１４は多層基板２００のスルーホールを通り、第三層Ｌ３を介して一次側の入力側に戻り、パルストランス８および回路部品群２３間のパターン１５に当接する。同様に、多層基板２００の第一層Ｌ１においてコアの周囲を周回した二次側巻き線１６は多層基板２００のスルーホールを通り、第四層Ｌ４を介して二次側の入力側に戻り、パルストランス８および半導体スイッチング素子１ａ～１ｄ間のパターン１７に当接される。このような構成をとることで、パルストランス８の部品高を抑制できるため、電力変換器を小型化できる。

巻き線を多層基板２００に実装した場合、パターンにおいて発生した熱はコアに囲まれた空間に溜まり、放熱しにくい。そこで図１１、図１２に示すように、パルストランス８の二次側巻き線１６の最外層の一部の配線を太くして、パルストランス８の一次側巻き線１４と平面視で重ならないような二次側巻き線配線拡大領域２７を作り、二次側巻き線配線拡大領域２７と平面視で重なるように第四のパターン１３を配線の上、スルーホール３０で第一層Ｌ１の第三のパターン１２に当接する。

パルストランス８の一次側巻き線１４は、二次側巻き線１６と同様に、最外層の一部の配線を太くして、パルストランス８の二次側巻き線１６と平面視で重ならないような一次側巻き線配線拡大領域２６を作り、一次側巻き線配線拡大領域２６と平面視で重なるように第三のパターン１２を配線する。

第三のパターン１２は、多層基板２００を冷却器３００に固定する第二のねじ２１を介して冷却器３００に熱的に当接する。また、ゲートドライバ５は多層基板２００における第一のパターン１０、第一のパターン１０に設けられたランドおよび第一のパターン１０多層基板２００を固定するための第一のねじ２０を介して冷却器３００に突起部３００ａを介して熱的に当接される。

前述のような構成において、第一のパターン１０と表層の第三のパターン１２、第一のパターン１０と内層の第四のパターン１３はそれぞれ当接しない。このような構成にすることで、パルストランス８およびゲートドライバ５間に発生する熱干渉を抑制しつつ、パルストランス８の巻き線を多層基板に実装したことによって発生する熱の伝達も抑制できる。パルストランス８の一次側巻き線１４において発生した熱は、隣接する表層の第三のパターン１２、第三のパターン１２において設けられた第二のねじ２１周辺のランドおよび第二のねじ２１を介して冷却器３００に放熱される。

また、パルストランス８の二次側巻き線において発生した熱は、隣接する内層の第四のパターン１３、第四のパターン１３に設けられたスルーホール３０を介して表層の第三のパターン１２に伝達され、一次側巻き線同様、第三のパターン１２において設けられた第二のねじ周辺のランドおよび第二のねじ２１を介して冷却器３００の突起部３００ｂを介した放熱される。この時、パルストランス８において発生した熱、ゲートドライバ５において発生した熱はそれぞれ別の経路をたどって放熱されるため、熱干渉が発生せず、それぞれを小型化できる。本形態では、パルストランス８の一次側巻き線における冷却パターンと二次側巻き線における冷却パターンを同一のものとしたが、一次側巻き線と二次側巻き線で放熱パターンを分け、それぞれにねじを設けて冷却器に当接してもよい。一次側巻き線と二次側巻き線で放熱パターンを分けることでより効率的にパルストランス８を冷却することができる。

また、上記ではパルストランス８の一次側巻き線および二次側巻き線を冷却するものとしたが、それぞれに接続されるパルストランス８および回路部品群２３間のパターン１５およびパルストランス８および半導体スイッチング素子１ａ～１ｄ間のパターン１７を冷却した場合についても同様の効果が期待できる。加えて、本実施の形態では４層基板とし、パルストランス８の一次側巻き線１４の上下層に冷却パターンとして第三のパターン１２、パルストランス８の二次側巻き線１６の上下層に冷却パターンとして第四のパターン１３を設けているが、６層基板として、第一層にパルストランス８の二次側巻き線１６の冷却パターンとして第四のパターン１３を、第二層にパルストランス８の二次側巻き線１６を、第三層にパルストランス８の一次側巻き線１４を、第四層にパルストランス８の一次側巻き線１４の冷却パターンとして第三のパターン１２を、第五層にパルストランス８の一次側巻き線１４を、第六層にパルストランス８の二次側巻き線１６を配線することで各巻き線を冷却しても同様の効果が期待できる。

以下では、パルストランス８の冷却パターンに対してねじを設けずに、ゲートドライバ５との放熱経路を分離する方法について説明する。先述では、パルストランス８の一次巻線が内層（第二層Ｌ２、第三層Ｌ３）、二次巻線を表層（第一層Ｌ１、第四層Ｌ４）としたが、ここではパルストランス８の二次巻線が内層（第二層Ｌ２、第三層Ｌ３）、一次巻線が表層（第一層Ｌ１、第四層Ｌ４）の場合について説明する。多層基板２００の第一層Ｌ１においてコアの周囲を周回した一次側巻き線１４は多層基板２００のスルーホールを通り、第四層Ｌ４を介して一次側の入力側に戻る。同様に、多層基板２００の第二層Ｌ２においてコアの周囲を周回した二次側巻き線１６は多層基板２００のスルーホールを通り、第三層Ｌ３を介して二次側の入力側に戻る。図１３、図１４に示すようにパルストランス８の一次側巻き線１４は多層基板２００の表層（第一層Ｌ１、第四層Ｌ４）に配線される。

一方で、パルストランス８の二次側巻き線１６は内層（第二層Ｌ２、第三層Ｌ３）に配線され、パルストランス８の二次側巻き線１６の最外層の一部の配線を太くして、パルストランス８の一次側巻き線１４と平面視で重ならないような二次側巻き線配線拡大領域２７を作り、二次側巻き線配線拡大領域２７と平面視で重なるように第三のパターン１２を配線する。この場合、第三のパターン１２の一部およびパルストランス８の一次側巻き線の一部にはレジストを設けず、配線を露出させ、絶縁性の放熱部材２９を介して冷却器３００に熱的に当接する。ゲートドライバ５は多層基板２００における第一のパターン１０、第一のパターン１０に設けられたランドおよび多層基板２００を固定するための第一のねじ２０を介して冷却器３００に熱的に当接される。ゲートドライバ５において発生した熱は第一のパターン１０、第一のパターン１０に設けられた第一のねじ２０の周辺のランド、第一のねじ２０を介して冷却器３００に放熱される。一方でパルストランス８の一次側巻き線において発生した熱は、放熱部材２９を介して冷却器３００に放熱され、二次側巻き線１６において発生した熱は二次側巻き線配線拡大領域２７から隣接する第三のパターン１２および放熱部材２９を介して冷却器３００に放熱される。このような構成をとることで、ねじ等の部品を介さずに、パルストランス８の巻き線をそれぞれ直接冷却しながら、ゲートドライバ５の放熱経路と分断することが可能となる。

パルストランス８の二次側はゲート抵抗９ａ～９ｄを介して半導体スイッチング素子１ａ～１ｄに当接されているため、必然的にパルストランス８の二次側は高電圧系統となる。一方で、パルストランス８の一次側は直流カット用コンデンサ７、ゲート抵抗６、ゲートドライバ５を介して制御部１００に当接されており、これらは低電圧系統である。パルストランス８の巻き線を多層基板２００の表層に配線した場合、冷却器３００とパルストランス８の表層に配線された巻き線間には絶縁距離の確保が必要となる。そこで、図１３、図１４に関して述べたように、パルストランス８の一次側巻き線１４を表層に配線することで、二次側巻き線１６を表面に配線した場合よりも冷却器と基板間高さの絶縁距離が短くて済み、電力変換器の高さを抑制できるため、電力変換器の小型化に寄与できる。

以下では、ゲートドライバ５の放熱パターンである第一のパターン１０の最適な配線方法について説明する。ゲートドライバ５の放熱パターンである第一のパターン１０をパルストランス８の直近に配線した場合、ゲートドライバ５において発生した熱はパルストランス８またはゲートドライバ５の周辺の空気、または基材を介してパルストランス８に伝達される。そこで、図１５に示すように、ゲートドライバ５を中心としてパルストランス８方向に伸びる線を第一の線Ｌａとし、第一の線Ｌａに直交し、パルストランス８に当接される回路部品群２３のパルストランス８側端を通る線を第二の線Ｌｂとした時、第一のパターン１０を第二の線Ｌｂからパルストランス８とは逆の方向に広げるよう配線する。このような構造とすることで、ゲートドライバ５の放熱パターンである第一のパターン１０からパルストランス８に対する熱干渉を最小限に抑制できる。

パルストランス８またはゲートドライバ５は多入出力のものでもよい。多入出力の部品においては、複数のスイッチング素子を駆動するにあたって電流量が増加するため、これに伴い損失が増加、発熱しやすくなる。単入出力に比べ、この発熱量は大きくなることから、熱干渉の影響も大きくなるため、パルストランス８およびゲートドライバ５の放熱経路を分断することによる熱干渉の最小限化の影響は大きい。また、多入出力のものを用いることで実装面積を削減、小型化できる。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１ａ～１ｄ半導体スイッチング素子、５ゲートドライバ、８パルストランス、１０第一のパターン、１１第二のパターン、１２第三のパターン、１３第四のパターン、１４一次側巻き線、１６二次側巻き線、２０第一のねじ、２１第二のねじ、２３回路部品群、２８スリット、２９放熱部材、１００制御部、２００多層基板、３００冷却器、１０００電力変換装置

Claims

半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する制御部から出力された駆動信号を受け取りゲート信号を出力するゲートドライバと、前記ゲートドライバから前記半導体スイッチング素子にゲート信号を伝達するパルストランスが多層基板に実装された電力変換装置において、前記ゲートドライバは前記多層基板に設けられた配線のための第一のパターンおよび前記多層基板を冷却器に固定する第一のねじを介して前記冷却器と熱的に当接されており、前記第一のパターンは前記パルストランスの端子および前記パルストランスの端子に接続される配線と平面視で重ならず、且つ、前記パルストランスは前記多層基板に設けられた配線のための第二のパターンおよび前記多層基板を前記冷却器に固定する第二のねじを介して前記冷却器に熱的に当接されており、前記多層基板にて前記第一のパターンと前記第二のパターンは平面視で重ならないことを特徴とする電力変換装置。
前記多層基板において、前記第一のパターンと前記第二のパターンの間の少なくとも一部にはスリットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記第二のパターンは前記パルストランスの端子と平面視で重なっていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記パルストランスの巻き線は前記多層基板のパターンで実装され、
前記パルストランスのコアは前記多層基板の基材が充填されていない空間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記第二のパターンは、前記パルストランスの前記巻き線の一部と平面視で重なり、前記パルストランスの前記巻き線に隣接する層に配線されており、前記パルストランスの前記巻き線の一部は、前記第二のパターンおよび前記多層基板を前記冷却器に固定する前記第二のねじを介して熱的に前記冷却器に当接されていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
前記多層基板の表層に配線された前記パルストランスの一次側巻き線または前記パルストランスの二次側巻き線のいずれか一方の巻き線の内の一部は絶縁性を有する第一の放熱部材を介して前記冷却器に熱的に当接されており、
表層に配線された前記パルストランスの前記一次側巻き線または前記パルストランスの前記二次側巻き線のもう一方の巻き線の内の一部は前記多層基板の内層に配線されており、
前記第二のパターンは内層に配線された前記パルストランスの前記一次側巻き線または前記パルストランスの二次側巻き線の一部と平面視で重なって隣接する層に配線され、絶縁性を有する第二の放熱部材を介して前記冷却器に熱的に当接されており、
内層に配線された前記パルストランスの前記一次側巻き線または前記パルストランスの前記二次側巻き線の一部は、前記第二のパターンおよび前記第二の放熱部材を介して熱的に前記冷却器に当接されていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
前記多層基板の表層に前記パルストランスの前記一次側巻き線が配線されており、
前記多層基板の内層に前記パルストランスの前記二次側巻き線が配線されていることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
前記ゲートドライバを中心として前記パルストランスの方向に伸びる線を第一の線とし、前記第一の線に直交し、前記パルストランスに当接される配線端を通る線を第二の線とした時、前記第一のパターンは前記第二の線から前記パルストランスとは逆の方向に広がっていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記パルストランスは２つ以上の前記半導体スイッチング素子に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記ゲートドライバは２つ以上の前記半導体スイッチング素子を駆動することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。