JPWO2019098217A1 - インバータ制御基板 - Google Patents

Abstract

直流と交流との間で電力を変換するインバータの直流側の電圧を検出する検出回路を適切にインバータ制御基板に配置する。インバータ制御基板（９）の基板上には、低電圧領域（Ａ１）と、複数の上段側高電圧領域（Ａ３１）と、複数の下段側高電圧領域（Ａ３２）と、絶縁領域（Ａ５）とが形成されている。低電圧領域（Ａ１）の回路とそれぞれの上段側高電圧領域（Ａ３１）の回路とは、上段側接続回路（５１）によって接続され、低電圧領域（Ａ１）の回路とそれぞれの下段側高電圧領域（Ａ３２）の回路とは、下段側接続回路（５２）によって接続されている。インバータ（１０）の直流側の電圧を検出する電圧検出回路（６）は、互いに隣り合う上段側接続回路（５１）と下段側接続回路（５２）との間に配置されている。

Description

本発明は、直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータに接続されて、インバータを駆動制御する駆動制御回路が形成されたインバータ制御基板に関する。

特開２０１７−６０３７２号公報には、直流電圧を検出し、検出した電圧に基づいて、直流電力と交流電力との間で電力を変換する電力変換装置（１１）が開示されている（図１、図８、［００１６］〜［００１９］、［００４７］等参照。）尚、背景技術の説明において括弧内に示す符号は参照する文献のものである。ここで、高電圧バッテリ（１２）から供給される直流電圧は、概ね１００ボルト以上であり、制御装置（４０）の動作電圧（一般的に３．３〜５ボルト程度）に対して、遥かに高電圧である。そこで、検出対象の直流電圧を制御装置（４０）の入力可能電圧に変換するための差動増幅回路（２０，３０）が備えられている。差動増幅回路（２０，３０）に備えられるオペアンプ（２１，３１）には、分圧用の複数の抵抗体を介して直流電圧が入力される。例えば、１つの差動増幅回路（２０）を構成するオペアンプ（２１）の１つの端子には、複数の高抵抗体（２３）と１つの低抵抗体（２４）とにより、検出対象の直流電圧が分圧された電圧が入力される。

複数の高抵抗体（２３）は、回路基板（５０ｃ）において、電力変換装置（１１）を構成するスイッチング素子（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）を駆動する駆動回路（Ｄｐ１〜ＤＰ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４）が形成された領域の外に配置されている。このため、回路基板（５０ｃ）を小型化する上では、改善の余地がある。

特開２０１７−６０３７２号公報

上記背景に鑑みて、直流と交流との間で電力を変換するインバータの直流側の電圧を検出する検出回路を適切にインバータ制御基板に配置することが望まれる。

１つの態様として、上記に鑑みたインバータ制御基板は、直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータに接続されて、前記インバータを駆動制御する駆動制御回路が形成されたインバータ制御基板であって、
前記インバータは、交流１相分のアームが、直流の正極に接続される上段側スイッチング素子と、直流の負極に接続される下段側スイッチング素子との直列回路により構成され、
基板上には、回路が配置される領域として、低電圧領域と、前記低電圧領域に比べて動作電圧が高い回路が配置される高電圧領域であって各相の前記上段側スイッチング素子に接続される複数の上段側高電圧領域と、前記高電圧領域であって各相の前記下段側スイッチング素子に接続される複数の下段側高電圧領域と、が形成され、
さらに、前記低電圧領域と、それぞれの前記上段側高電圧領域と、それぞれの前記下段側高電圧領域と、を電気的に絶縁する絶縁領域が形成され、
前記低電圧領域の回路とそれぞれの前記上段側高電圧領域の回路とは、前記絶縁領域を挟んで配置される接続回路であって、電気的に絶縁された状態で信号を伝達する上段側接続回路によって接続され、
前記低電圧領域の回路とそれぞれの前記下段側高電圧領域の回路とは、前記接続回路であって、電気的に絶縁された状態で信号を伝達する下段側接続回路によって接続され、
前記インバータの直流側の電圧を検出する電圧検出回路が、互いに隣り合う前記上段側接続回路と前記下段側接続回路との間に配置されている。

上段側接続回路及び下段側接続回路は、絶縁領域を挟んで低電圧領域の回路と高電圧領域の回路とを接続するように配置されている。つまり、上段側接続回路及び下段側接続回路の一部は、低電圧領域に配置され、他の一部は高電圧領域に配置される。そして、電圧検出回路は、互いに隣り合う上段側接続回路と下段側接続回路との間に配置されている。従って、電圧検出回路の一部は、低電圧領域に配置され、他の一部は高電圧領域に配置される。電圧検出回路においても、低電圧領域に配置される回路と、高電圧領域に配置される回路とを絶縁することが必要な場合があるが、別途絶縁領域を設定しなくても、電圧検出回路の両隣の接続回路が跨ぐ絶縁領域を共用することができる。従って、電圧検出回路をインバータ制御基板に配置しても、インバータ制御基板が大型化することを抑制することができる。即ち、本構成によれば、直流と交流との間で電力を変換するインバータの直流側の電圧を検出する検出回路を適切にインバータ制御基板に配置することができる。

インバータ制御基板のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。

回転電機駆動装置の模式的回路ブロック図 電圧検出回路の模式的回路ブロック図 インバータユニットの模式的な分解斜視図 駆動電源回路の模式的回路ブロック図 駆動回路の構成例を示す模式的ブロック図 電圧検出回路の基板上における配置例を模式的に示す図 電圧検出回路の基板上における配置例を模式的に示す拡大図 電圧検出回路の基板上における他の配置例を模式的に示す図 電圧検出回路の基板上における他の配置例を模式的に示す図

以下、回転電機駆動装置に適用される形態を例としてインバータ制御基板の実施形態を図面に基づいて説明する。図１の回路ブロック図は、回転電機駆動装置１００のシステム構成を模式的に示している。回転電機駆動装置１００は、直流電源１１（高圧直流電源）に接続されて直流電力と複数相の交流電力との間で電力を変換するインバータ１０を介して回転電機８０を駆動する。図１に示すように、インバータ１０は、上段側スイッチング素子３１と下段側スイッチング素子３２との直列回路により構成された交流１相分のアーム３Ａを複数本（ここでは３本）備えている。インバータ１０は、直流電力を複数相（ｎを自然数としてｎ相、ここでは３相）の交流電力に変換して回転電機８０に供給する。本実施形態では、回転電機８０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコイル８のそれぞれに一組の直列回路（アーム３Ａ）が対応したブリッジ回路としてインバータ１０が構成されている。

尚、回転電機８０は、発電機として機能してもよい。回転電機８０が発電機としても機能する場合には、回転電機８０が発電した交流電力を直流電力に変換して直流電源１１に供給する。直流電源１１は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどにより構成されていると好適である。

回転電機８０は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両の駆動力源とすることができる。回転電機８０が車両の駆動力源の場合、インバータ１０の直流側の電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）は、例えば２００〜４００ボルトである。インバータ１０の直流側には、回転電機８０の消費電力の変動に応じて変動する直流リンク電圧Ｖｄｃを平滑化する平滑コンデンサ（直流リンクコンデンサ４）が備えられている。

図１に示すように、インバータ１０は、複数のスイッチング素子３を有して構成される。スイッチング素子３には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET）やＳｉＣ−ＳＩＴ（SiC-Static Induction Transistor）、ＧａＮ−ＭＯＳＦＥＴ（Gallium Nitride - MOSFET）などのパワー半導体素子を適用すると好適である。図１に示すように、本実施形態では、スイッチング素子３としてＩＧＢＴが用いられる形態を例示している。尚、各スイッチング素子３には、負極から正極へ向かう方向（下段側から上段側へ向かう方向）を順方向として、不図示のフリーホイールダイオードが、スイッチング素子３に対して並列に備えられている。

尚、スイッチング素子３は、フリーホイールダイオードや素子温度を検出する温度センサ、過電流を検出する過電流センサ等を内蔵したスイッチング素子モジュール３Ｍとして構成されてもよい（図３参照）。また、スイッチング素子モジュール３Ｍは、複数のスイッチング素子３を有して構成されてもよい。例えば、２つのスイッチング素子３を備えて１つのアーム３Ａがスイッチング素子モジュール３Ｍとして構成されてもよいし、図３に示すように、６つのスイッチング素子３を備えてインバータ１０の全体がスイッチング素子モジュール（インバータモジュール１０Ｍ）として構成されてもよい。

インバータ１０は、インバータ制御装置（CTRL）１により制御される。インバータ１０のスイッチング素子３をスイッチング制御するスイッチング制御信号ＳＷを生成するスイッチング素子生成回路に相当するインバータ制御装置１は、マイクロコンピュータ等の論理プロセッサを中核部材として構築されている。例えば、インバータ制御装置１は、不図示の車両制御装置などの他の制御装置から提供される回転電機８０の目標トルクに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ１０を介して回転電機８０を制御する。インバータ１０の直流側の電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）は、電圧検出回路（DC）６によって検出され、インバータ制御装置１はその検出結果を取得する。回転電機８０の各相のステータコイル８を流れる実電流は電流センサ１４により検出され、インバータ制御装置１はその検出結果を取得する。また、回転電機８０のロータの各時点での磁極位置や回転速度は、レゾルバなどの回転センサ１５により検出され、インバータ制御装置１はその検出結果を取得する。

インバータ制御装置１は、電圧検出回路６、電流センサ１４、回転センサ１５の検出結果を用いて、例えばベクトル制御法を用いて電流フィードバック制御を実行する。インバータ制御装置１は、モータ制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働により実現される。ベクトル制御及び電流フィードバック制御については、公知であるのでここでは詳細な説明は省略する。

図２に示すように、電圧検出回路６は、例えば電圧検出ＩＣ（DCIC）６１などのアナログＡＳＳＰ（Application Specific Standard Product）などを中核として構成されている。このような素子の動作電圧は、一般的に１０数ボルト以下（概ね１５ボルト以下）程度である。このため、図２に示すように、電圧検出回路６は、直流の正極Ｐと負極Ｎとの間に直列接続された複数の抵抗器（分圧抵抗６２）を備える。尚、各分圧抵抗６２の抵抗値は同一とは限らない。電圧検出ＩＣ６１は、２００〜４００ボルトの直流リンク電圧Ｖｄｃが抵抗分圧された電圧値（電圧検出ＩＣ６１の動作電圧未満まで分圧された電圧値）を検出する。分圧比は既知であるから、検出結果を取得したインバータ制御装置１は、検出結果と分圧比とに基づいて直流リンク電圧Ｖｄｃの値を演算することができる。図７を参照して後述するように、１つの態様として、電圧検出回路６は、直流の正極Ｐと負極Ｎとの間に直列接続された複数の分圧用の抵抗器（分圧抵抗６２）を備え、複数の分圧抵抗６２の全てが、下段側高電圧領域Ａ３２に配置されていると好適である。

また、スイッチング制御信号ＳＷを生成するインバータ制御装置１は、マイクロコンピュータなどを中核とした電子回路であり、その動作電圧は、５ボルトや３．３ボルトである。多くの場合、車両には、直流電源１１の他に、直流電源１１よりも低電圧（例えば１２ボルト〜２４ボルト）の電源である低圧直流電源（不図示）も搭載されている。インバータ制御装置１は、低圧直流電源の電力に基づいてこのような動作電圧を生成する不図示の電圧レギュレータなどの電源回路から電力を供給されて動作する。インバータ１０など、相対的に動作電圧が高い回路を高電圧回路と称し、インバータ制御装置１など、相対的に動作電圧の低い回路を低電圧回路と称する。

図３の分解斜視図は、インバータ１０とインバータ制御基板９とを含む、インバータユニット９０を模式的に示している。ここでは、インバータ１０が１つのインバータモジュール１０Ｍとして構成されている形態を例示している。インバータ制御装置１は、インバータ制御基板９の上に形成されており、インバータ制御基板９とインバータモジュール１０Ｍとが電気的に接続されることによって、インバータ制御装置１とインバータ１０とが電気的に接続される。詳細は後述するが、インバータ制御基板９には、低電圧回路であるインバータ制御装置１が形成される低電圧領域Ａ１と、高電圧回路であるインバータ１０のスイッチング素子３が接続される高電圧領域Ａ３と、両者を電気的に絶縁して分離する絶縁領域Ａ５とが設けられている。

ところで、動作電圧が３．３〜５ボルト程度の低電圧回路と、動作電圧が２００〜４００ボルト程度の高電圧回路とでは、動作電圧が大きく異なる。このため、回転電機駆動装置１００には、各スイッチング素子３に対するスイッチング制御信号ＳＷ（スイッチング素子３がＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴの場合、ゲート駆動信号）の電力を増幅する駆動回路２（DRV）が備えられている。換言すれば、駆動回路２は、スイッチング制御信号ＳＷの駆動能力（例えば電圧振幅や出力電流など、後段の回路を動作させる能力）をそれぞれ高めて、対応するスイッチング素子３に伝達する。

駆動回路２は、複数のスイッチング素子３のそれぞれに対応して複数個備えられている。図１に示すように、本実施形態では、インバータ１０には駆動対象となるスイッチング素子３が６つ備えられており、それらに対応する駆動回路２も６つ備えられている。駆動回路２は、上段側スイッチング素子３１にスイッチング制御信号ＳＷを伝達する上段側駆動回路２１と、下段側スイッチング素子３２にスイッチング制御信号ＳＷを伝達する下段側駆動回路２２とを含むが、特に区別する必要が無い場合は、単に駆動回路２と称する。

高電圧回路に属するスイッチング素子３を駆動するため、駆動回路２には低電圧回路よりも高い動作電圧が必要である。駆動回路２に電力を供給するために、駆動電源回路（PW）７が設けられている。図４は、駆動電源回路７の一例を示している。６つのスイッチング素子３及び６つの駆動回路２に対応して、駆動電源回路７は６つのトランスＬ（駆動電源）を備えている。具体的には、駆動電源回路７は、３つの上段用トランス７１（上段用駆動電源：Ｕ相上段用トランスＬ２、Ｖ相上段用トランスＬ４、Ｗ相上段用トランスＬ６）と、３つの下段用トランス７２（下段用駆動電源：Ｕ相下段用トランスＬ１、Ｖ相下段用トランスＬ３、Ｗ相下段用トランスＬ５）とを有している。各トランス（Ｌ１〜Ｌ６）は同じ構成であり、ほぼ同電圧の二次側電圧（出力電圧Ｖ２）が出力される尚、各トランスＬに共通する一次側電圧（入力電圧Ｖ１）は、電圧レギュレータ等による電源回路から供給されると共にフィルタコンデンサＣｆも備えられており、安定している。このため、二次側の出力電圧Ｖ２が一次側にフィードバックされることなく、トランスＬの変圧比によって二次側の出力電圧Ｖ２が決定されている。

本実施形態では、各トランスＬの一次側コイルＬｐは低電圧回路に属し、二次側コイルＬｓは高電圧回路に属している。つまり、図５に示すように、トランスＬは、低電圧領域Ａ１と高電圧領域Ａ３との境界部分に配置され、絶縁状態で低電圧回路と高電圧回路とを接続している。尚、駆動回路２も、図５に示すように、光によって信号を伝達するフォトカプラや磁気によって信号を伝達する磁気カプラなど、電気的に絶縁された状態で信号を伝達する絶縁素子２０を備えている。この絶縁素子２０も、低電圧領域Ａ１と高電圧領域Ａ３との境界部分に配置されている。

図２に示すように、一次側コイルＬｐには、一次側コイルＬｐに印加される電圧をスイッチングするトランス駆動用スイッチング素子Ｍが接続されている。ここでは、プッシュプル型のスイッチング電源回路を例示しており、一次側コイルＬｐには相補的にスイッチング制御される２つのトランス駆動用スイッチング素子Ｍ（トランス駆動用第１スイッチング素子Ｍ１，トランス駆動用第２スイッチング素子Ｍ２）が接続されている。これらのトランス駆動用スイッチング素子Ｍは、電源制御回路（PW-CTRL）７０によってスイッチング制御される。

尚、駆動電源回路７は、ハーフブリッジ方式やフルブリッジ方式のスイッチング電源であってもよい。また、駆動電源回路７の方式は、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式、フルブリッジ方式などのように、相補的にスイッチング制御される複数のトランス駆動用スイッチング素子Ｍを有する方式に限るものでもない。駆動電源回路７は、単一のトランス駆動用スイッチング素子Ｍにより制御されるシングルフォワード方式やフライバック方式のスイッチング電源であってもよい。

上述したように、駆動回路２及び駆動電源回路７は、共に、絶縁領域Ａ５を挟んで低電圧領域Ａ１と高電圧領域Ａ３とに亘って配置されて、電気的に絶縁された状態で信号を伝達する接続回路５と称することができる。尚、この場合の「信号」には、スイッチング制御信号ＳＷや、電圧検出回路６の検出結果、温度センサの検出結果、過電流センサの検出結果などに限らず、電力を伝達する電力信号も含む。

また、高電圧領域Ａ３に属する高電圧回路には、上段側スイッチング素子３１に対応する回路と、下段側スイッチング素子３２に対応する回路とがある。従って、高電圧領域Ａ３は、上段側高電圧領域Ａ３１と、下段側高電圧領域Ａ３２とを含む（図３、図６等参照）。上段側高電圧領域Ａ３１は、上段側駆動回路２１の一部や上段用トランス７１の一部など、上段側スイッチング素子３１に対応する回路が配置され、上段側スイッチング素子３１が接続される領域である。また、下段側高電圧領域Ａ３２は、下段側駆動回路２２の一部や下段用トランス７２の一部など、下段側スイッチング素子３２に対応する回路が配置され、下段側スイッチング素子３２が接続される領域である。

高電圧領域Ａ３が、上段側高電圧領域Ａ３１と下段側高電圧領域Ａ３２とを含むため、低電圧領域Ａ１の回路と高電圧領域Ａ３の回路との間で、電気的に絶縁された状態で信号を伝達する接続回路５も、上段側接続回路５１と下段側接続回路５２とを含む。上段側接続回路５１は、上段側駆動回路２１及び上段用トランス７１を含み、下段側接続回路５２は、下段側駆動回路２２及び下段用トランス７２を含む。低電圧領域Ａ１の回路とそれぞれの上段側高電圧領域Ａ３１の回路とは、上段側接続回路５１によって接続され、低電圧領域Ａ１の回路とそれぞれの下段側高電圧領域Ａ３２の回路とは、下段側接続回路５２によって接続される。

図６は、電圧検出回路６、駆動電源としてのトランスＬ（駆動電源回路７）、駆動回路２などのインバータ制御基板９上における配置例を示している。尚、インバータ制御装置１（スイッチング制御信号生成回路）、電圧検出回路６、駆動電源回路７、駆動回路２など、インバータ１０を駆動制御する回路を「駆動制御回路」と総称する。つまり、インバータ制御基板９には、インバータ１０を駆動制御するために駆動制御回路が形成されている。

図６には、図３に示すように、スイッチング素子３が、１列に並ぶ状態でインバータ制御基板９に接続される場合の配置例を示している。このため、基板上において、上段側高電圧領域Ａ３１及び下段側高電圧領域Ａ３２は、スイッチング素子３の並び方向に沿って交互に一列に並ぶように形成されている。また、全ての上段側高電圧領域Ａ３１及び下段側高電圧領域Ａ３２は、スイッチング素子３の並び方向（複数の高電圧領域Ａ３の並び方向）に直交する方向において、絶縁領域Ａ５を挟んで低電圧領域Ａ１と隣接している。低電圧領域Ａ１とそれぞれの上段側高電圧領域Ａ３１との間には、上段側接続回路５１（上段側駆動回路２１及び上段用トランス７１）が配置され、低電圧領域Ａ１とそれぞれの下段側高電圧領域Ａ３２との間には、下段側接続回路５２（下段側駆動回路２２及び下段用トランス７２）が配置されている。

電圧検出回路６は、互いに隣り合う上段側接続回路５１と下段側接続回路５２との間に配置されている。図６に示す形態では、Ｗ相上段側高電圧領域Ｗ３１（上段側高電圧領域Ａ３１）と、Ｗ相下段側高電圧領域Ｗ３２（下段側高電圧領域Ａ３２）との間に電圧検出回路６が配置されている形態を例示している。ここでは、Ｗ相に電圧検出回路６が配置される形態を例示したが、当然ながら電圧検出回路６はＵ相やＶ相に配置されてもよい。

図６に示すように、各スイッチング素子３に対応する接続回路５（複数相の上段側接続回路５１と下段側接続回路５２）は、一列に並んで配置されている。隣り合う上段側接続回路５１と下段側接続回路５２との間に配置されている電圧検出回路６も、接続回路５の並び方向に並んで配置されている。このように、電圧検出回路６、駆動電源回路７、駆動回路２が一列に並んで配置されることにより、効率良くこれらの回路をインバータ制御基板９に配置することができる。

図２を参照して上述したように、電圧検出回路６は、直流の正極Ｐと負極Ｎとの間に直列接続された複数の分圧抵抗６２を備える。電圧検出ＩＣ６１は、直流リンク電圧Ｖｄｃが抵抗分圧された電圧値を検出する。図７は、上段側高電圧領域Ａ３１と、下段側高電圧領域Ａ３２と、絶縁領域Ａ５とに亘って配置される電圧検出回路６の回路構成を模式的に示している（低電圧領域Ａ１側の回路（伝信号配線等）は省略している）。電圧検出回路６は、上段側高電圧領域Ａ３１において正極Ｐと接続され、下段側高電圧領域Ａ３２において負極Ｎと接続される。電圧検出回路６の基準電位（グラウンド）は、下段側高電圧領域Ａ３２の基準電位（負極Ｎ）である。このため、図７には、絶縁素子６３を備えた電圧検出ＩＣ６１が、下段側高電圧領域Ａ３２と低電圧領域Ａ１とに亘って配置される形態を例示している。また、ここでは、複数の分圧抵抗６２の全てが下段側高電圧領域Ａ３２に配置される形態を例示しているが、分圧抵抗６２の一部が上段側高電圧領域Ａ３１に配置されることを妨げるものではない。電圧検出ＩＣ６１による検出結果は、電圧検出ＩＣ６１に内蔵された絶縁素子６３を介して低電圧領域Ａ１のインバータ制御装置１に伝達される。

ところで、インバータ１０の直流側は、一般的にバスバーなどによって直流電源１１と接続されている。スイッチング素子３がＩＧＢＴの場合、上段側スイッチング素子３１のコレクタ端子が、正極Ｐのバスバーに接続され、下段側スイッチング素子３２のエミッタ端子が、負極Ｎのバスバーに接続される。

また、図１に示すように、インバータ１０の各スイッチング素子３は、スイッチング素子３がＩＧＢＴの場合には、ゲート端子（制御端子）とエミッタ端子（基準端子）との間に規定電圧を印加されることによってオン状態となる。つまり、ＩＧＢＴを用いたスイッチング素子３は、ゲート端子及びエミッタ端子がインバータ制御基板９と接続されれば、スイッチング制御される。つまり、各スイッチング素子３のコレクタ端子は、スイッチング制御のために、インバータ制御基板９と接続されなくてもよい。

負極Ｎは、下段側スイッチング素子３２のエミッタ端子に接続されているため、負極Ｎは、下段側スイッチング素子３２のエミッタ端子を介してインバータ制御基板９と接続される。しかし、正極Ｐは、上段側スイッチング素子３１のコレクタ端子に接続されているため、必ずしもインバータ制御基板９とは接続されないことになる。このため、インバータ制御基板９の上段側高電圧領域Ａ３１の全て、或いは少なくとも電圧検出回路６が配置される上段側高電圧領域Ａ３１には、上段側スイッチング素子３１のコレクタ端子が接続される端子（正極側接続端子Ｔ１）が設けられている。

尚、上記においては、スイッチング素子３がＩＧＢＴの場合について説明したが、バイポーラトランジスタの場合には、ゲート端子をベース端子と読み替えれば同様である。また、スイッチング素子３が電界効果トランジスタなどの場合には、エミッタ端子をソース端子、コレクタ端子をドレイン端子と読み替えれば同様である。

インバータ制御基板９に電圧検出回路６を配置するため、図７に示すように、上段側高電圧領域Ａ３１には、上段側スイッチング素子３１のコレクタ端子又はドレイン端子に接続される正極側接続端子Ｔ１が少なくとも配置される。また、下段側高電圧領域Ａ３２には、下段側スイッチング素子３２のエミッタ端子又はソース端子に接続される負極側接続端子Ｔ２が少なくとも配置される。好ましくは、それぞれの上段側高電圧領域Ａ３１において、正極側接続端子Ｔ１は、絶縁領域Ａ５を挟んで隣接する何れか１つの下段側高電圧領域Ａ３２の側に配置される。また、それぞれの下段側高電圧領域Ａ３２において、負極側接続端子Ｔ２は、絶縁領域Ａ５を挟んで隣接する何れか１つの上段側高電圧領域Ａ３１の側に配置される。電圧検出回路６は、絶縁領域Ａ５を挟んで隣接する正極側接続端子Ｔ１及び負極側接続端子Ｔ２に接続される。

ところで、図６には、Ｗ相上段側高電圧領域Ｗ３１（上段側高電圧領域Ａ３１）と、Ｗ相下段側高電圧領域Ｗ３２（下段側高電圧領域Ａ３２）との間に電圧検出回路６が配置されている形態を例示している。つまり、図６には、複数相の内、同一相の上段側接続回路５１と下段側接続回路５２との間に電圧検出回路６が配置されている形態を例示した。図１に示すように、同一相の上段側スイッチング素子３１と下段側スイッチング素子３２とは、インバータ１０において１つのアーム３Ａを構成するため、一般的に近傍に配置される。従って、スイッチング素子３が接続されるインバータ制御基板９上においても、同一相の上段側スイッチング素子３１と下段側スイッチング素子３２とは、近接して配置されることになる。当然ながら、それぞれのスイッチング素子３に対応する上段側高電圧領域Ａ３１及び下段側高電圧領域Ａ３２も近接して設けられる。このため、上段側高電圧領域Ａ３１と下段側高電圧領域Ａ３２との間に配置される電圧検出回路６も効率良くインバータ制御基板９に配置することができる。

但し、図３に示すように、インバータ１０を構成する全相のスイッチング素子３がほぼ等間隔で直線的に１列に並んで配置され、さらに、その並び方向に沿って上段側スイッチング素子３１と下段側スイッチング素子３２とが交互に配置されているような場合には、互いに異なる相の上段側接続回路５１と下段側接続回路５２との間に電圧検出回路６が配置されてもよい。図６に破線で示すように、Ｖ相上段側高電圧領域Ｖ３１（上段側高電圧領域Ａ３１）と、Ｗ相下段側高電圧領域Ｗ３２（下段側高電圧領域Ａ３２）との間に電圧検出回路６が配置されてもよい。

尚、このように互いに異なる相の上段側接続回路５１と下段側接続回路５２との間に電圧検出回路６が配置可能であるのは、並び方向が直線の場合には限らない。例えば、インバータ１０を構成する全相のスイッチング素子３がほぼ等間隔で円周上に並んで配置されている場合にも、適用することができる。

また、図６には、接続回路５を構成する駆動回路２とトランスＬ（駆動電源）とが、並び方向に沿って同じ並び順で並んで配置されている形態を例示した。つまり、図６に例示した形態では、並び方向に沿って、同一相の下段側接続回路５２と上段側接続回路５１とが、下段側駆動回路２２、下段用トランス７２、上段側駆動回路２１、上段用トランス７１の順に配置されている。しかし、駆動回路２とトランスＬ（駆動電源）とは、図８に例示するように、同一相の上段側接続回路５１と下段側接続回路５２との間を対称軸として、線対称となるように配置されていてもよい。つまり、並び方向に沿って、同一相の下段側接続回路５２と上段側接続回路５１とが、下段側駆動回路２２、下段用トランス７２、上段用トランス７１、上段側駆動回路２１の順に配置されていてもよい。

図４を参照して上述したように、上段用トランス７１及び下段用トランス７２の一次側の回路は共通である。従って、上段用トランス７１と下段用トランス７２とを近傍に配置することによって、一次側の回路の配線が長くなることを抑制してインバータ制御基板９の実装効率を向上させることができる可能性がある。

スイッチング素子３に駆動回路２の出力が接続されること、並びに図７を参照して説明したような電圧検出回路６の回路構成を考慮して、図８には、Ｖ相の上段側駆動回路２１とＷ相の下段側駆動回路２２との間に電圧検出回路６が配置される形態を例示している。つまり、図８には、互いに異なる相の上段側接続回路５１と下段側接続回路５２との間に電圧検出回路６が配置される形態を例示している。しかし、当然ながら図８に破線で示すように、同一相の上段側接続回路５１と下段側接続回路５２との間に電圧検出回路６が配置される形態を妨げるものではない。

ところで、インバータ制御装置１は、電圧検出回路６の検出結果（直流リンク電圧Ｖｄｃ）、電流センサ１４の検出結果（交流電流値）、回転センサ１５の検出結果（回転電機８０の回転速度及び磁極位置）に基づいて、スイッチング制御信号ＳＷを生成する。電圧検出回路６の検出結果がノイズ等の影響を受けると、スイッチング制御信号ＳＷにも影響する。従って、電圧検出回路６の検出結果をインバータ制御装置１に伝達する基板上の配線などの伝送経路は短い方が好ましい。インバータ制御装置１に近い位置に電圧検出回路６が配置されていると、伝送経路を短くすることができる。

図３、図６、図８等に示すように、インバータ１０を構成する全相のスイッチング素子３がほぼ等間隔で直線的に１列に並んで配置され、さらに、その並び方向に沿って上段側スイッチング素子３１と下段側スイッチング素子３２とが交互に配置されているような場合、上段側接続回路５１と下段側接続回路５２との間に相当する箇所が複数存在する。図６及び図８に例示しているように、電圧検出回路６は、上段側接続回路５１と下段側接続回路５２との間に位置する複数箇所の内、インバータ制御装置１に最も近い位置に配置されていると好適である。但し、電圧検出回路６が、インバータ制御装置１との距離に拘わらずに配置されることを妨げるものではない。特に上述したようなノイズの影響が軽微な場合には、他の回路等の配置を優先してもよい。

また、上記においては、図３、図６、図８等に示すように、インバータ１０を構成する全相のスイッチング素子３がほぼ等間隔で直線的に１列に並んで配置される形態を例示して説明した。しかし、例えば図９に例示するように、１つのアーム３Ａを構成する２つのスイッチング素子３のみが隣り合って配置される形態であってもよい。このような場合にも、図９に示すように、同一相（この場合はＵ相）の上段側接続回路５１（Ｕ相上段側高電圧領域Ｕ３１）と下段側接続回路５２（Ｕ相下段側高電圧領域Ｕ３２）との間に電圧検出回路６を配置することができる。

〔実施形態の概要〕
以下、上記において説明したインバータ制御基板（９）の概要について簡単に説明する。

１つの好適な態様として、直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータ（１０）に接続されて、前記インバータ（１０）を駆動制御する駆動制御回路が形成されたインバータ制御基板（９）は、
前記インバータ（１０）は、交流１相分のアーム（３Ａ）が、直流の正極（Ｐ）に接続される上段側スイッチング素子（３１）と、直流の負極（Ｎ）に接続される下段側スイッチング素子（３２）との直列回路により構成され、
基板上には、回路が配置される領域として、低電圧領域（Ａ１）と、前記低電圧領域（Ａ１）に比べて動作電圧が高い回路が配置される高電圧領域（Ａ３）であって各相の前記上段側スイッチング素子（３１）に接続される複数の上段側高電圧領域（Ａ３１）と、前記高電圧領域（Ａ３）であって各相の前記下段側スイッチング素子（３２）に接続される複数の下段側高電圧領域（Ａ３２）と、が形成され、
さらに、前記低電圧領域（Ａ１）と、それぞれの前記上段側高電圧領域（Ａ３１）と、それぞれの前記下段側高電圧領域（Ａ３２）と、を電気的に絶縁する絶縁領域（Ａ５）が形成され、
前記低電圧領域（Ａ１）の回路とそれぞれの前記上段側高電圧領域（Ａ３１）の回路とは、前記絶縁領域（Ａ５）を挟んで配置される接続回路（５）であって、電気的に絶縁された状態で信号を伝達する上段側接続回路（５１）によって接続され、
前記低電圧領域（Ａ１）の回路とそれぞれの前記下段側高電圧領域（Ａ３２）の回路とは、前記接続回路（５）であって、電気的に絶縁された状態で信号を伝達する下段側接続回路（５２）によって接続され、
前記インバータ（１０）の直流側の電圧（Ｖｄｃ）を検出する電圧検出回路（６）が、互いに隣り合う前記上段側接続回路（５１）と前記下段側接続回路（５２）との間に配置されている。

上段側接続回路（５１）及び下段側接続回路（５２）は、絶縁領域（Ａ５）を挟んで低電圧領域（Ａ１）の回路と高電圧領域（Ａ３）の回路とを接続するように配置されている。つまり、上段側接続回路（５１）及び下段側接続回路（５２）の一部は、低電圧領域（Ａ１）に配置され、他の一部は高電圧領域（Ａ３）に配置される。そして、電圧検出回路（６）は、互いに隣り合う上段側接続回路（５１）と下段側接続回路（５２）との間に配置されている。従って、電圧検出回路（６）の一部は、低電圧領域（Ａ１）に配置され、他の一部は高電圧領域（Ａ３）に配置される。電圧検出回路（６）においても、低電圧領域（Ａ１）に配置される回路と、高電圧領域（Ａ３）に配置される回路とを絶縁することが必要な場合があるが、別途絶縁領域（Ａ５）を設定しなくても、電圧検出回路（６）の両隣の接続回路（５）が跨ぐ絶縁領域（Ａ５）を共用することができる。従って、電圧検出回路（６）をインバータ制御基板（９）に配置しても、インバータ制御基板（９）が大型化することを抑制することができる。即ち、本構成によれば、直流と交流との間で電力を変換するインバータ（１０）の直流側の電圧（Ｖｄｃ）を検出する検出回路（６）を適切にインバータ制御基板（９）に配置することができる。

ここで、前記電圧検出回路（６）は、前記下段側高電圧領域（Ａ３２）における基準電位を基準として、前記インバータ（１０）の直流側の電圧（Ｖｄｃ）を検出すると好適である。

インバータ（１０）の基準電位は、下段側スイッチング素子（３２）が接続される負極（Ｎ）であり、下段側高電圧領域（Ａ３２）の回路の基準電位は負極（Ｎ）である。また、インバータ（１０）の直流側の電圧（Ｖｄｃ）は、負極（Ｎ）に対する正極（Ｐ）の電位差である。従って、下段側高電圧領域（Ａ３２）における基準電位である負極（Ｎ）の電位を基準とすることによって、電圧検出回路（６）は適切にインバータ（１０）の直流側の電圧（Ｖｄｃ）を検出することができる。

また、複数相の前記上段側接続回路（５１）と前記下段側接続回路（５２）とが、一列に並んで配置されていると好適である。

この構成によれば、複数相の上段側接続回路（５１）と下段側接続回路（５２）とが効率良く、インバータ制御基板（９）に配置されることになる。従って、上段側接続回路（５１）と下段側接続回路（５２）との間に電圧検出回路（６）が配置される場合にも、その場所を確保し易い。

また、複数相の前記上段側接続回路（５１）と前記下段側接続回路（５２）とが、一列に並んで配置されている場合、それぞれの前記上段側接続回路（５１）及び前記下段側接続回路（５２）は、少なくとも前記低電圧領域（Ａ１）から前記高電圧領域（Ａ３）へスイッチング制御信号（ＳＷ）を伝達する駆動回路（２）と、前記駆動回路（２）に電力を供給する駆動電源（Ｌ）と、を含み、前記駆動回路（２）と前記駆動電源（Ｌ）とは、前記上段側接続回路（５１）と前記下段側接続回路（５２）との並び方向に沿って並んで配置されていると好適である。

多くの場合、接続回路（５）には駆動回路（２）と駆動電源（Ｌ）とが含まれる。駆動回路（２）と駆動電源（Ｌ）とが、上段側接続回路（５１）と下段側接続回路（５２）との並び方向に沿って並んで配置されていると、駆動回路（２）及び駆動電源（Ｌ）が効率良く、インバータ制御基板（９）に配置されることになる。従って、上段側接続回路（５１）と下段側接続回路（５２）との間に電圧検出回路（６）が配置される場合にも、その場所を確保し易い。

また、インバータ制御基板（９）は、前記上段側高電圧領域（Ａ３１）には、前記上段側スイッチング素子（３１）のコレクタ端子又はドレイン端子に接続される正極側接続端子（Ｔ１）が少なくとも配置され、前記下段側高電圧領域（Ａ３２）には、前記下段側スイッチング素子（３２）のエミッタ端子又はソース端子に接続される負極側接続端子（Ｔ２）が少なくとも配置され、それぞれの前記上段側高電圧領域（Ａ３１）において、前記正極側接続端子（Ｔ１）は、前記絶縁領域（Ａ５）を挟んで隣接する何れか１つの前記下段側高電圧領域（Ａ３２）の側に配置され、それぞれの前記下段側高電圧領域（Ａ３２）において、前記負極側接続端子（Ｔ２）は、前記絶縁領域（Ａ５）を挟んで隣接する何れか１つの前記上段側高電圧領域（Ａ３１）の側に配置され、前記電圧検出回路（６）は、前記絶縁領域（Ａ５）を挟んで隣接する前記正極側接続端子（Ｔ１）及び前記負極側接続端子（Ｔ２）に接続されると好適である。

上段側スイッチング素子（３１）のコレクタ端子又はドレイン端子は、インバータ（１０）の直流側において直流の正極（Ｐ）に接続される。また、下段側スイッチング素子（３２）のエミッタ端子又はソース端子は、インバータ（１０）の直流側において直流の負極（Ｎ）に接続される。上段側スイッチング素子（３１）が接続される上段側高電圧領域（Ａ３１）に、コレクタ端子又はドレイン端子に接続される正極側接続端子（Ｔ１）を設けることによって、インバータ制御基板（９）に直流の正極（Ｐ）を接続することができる。同様に、下段側スイッチング素子（３２）が接続される下段側高電圧領域（Ａ３２）に、エミッタ端子又はソース端子に接続される負極側接続端子（Ｔ２）を設けることによって、インバータ制御基板（９）に直流の負極（Ｎ）を接続することができる。互いに隣接する上段側接続回路（５１）と下段側接続回路（５２）との間に配置される電圧検出回路（６）は、互いに隣接する上段側高電圧領域（Ａ３１）と下段側高電圧領域（Ａ３２）との間に配置されることにもなる。即ち、本構成によれば、電圧検出回路（６）が、互いに接近して配置された正極側接続端子（Ｔ１）と負極側接続端子（Ｔ２）とに接続されるため、比較的短い接続経路で、電圧検出回路（６）を正極（Ｐ）及び負極（Ｎ）に接続することができる。

また、前記インバータ（１０）をスイッチング制御するスイッチング制御信号（ＳＷ）を生成するスイッチング制御信号生成回路（１）が前記低電圧領域（Ａ１）に配置され、前記電圧検出回路（６）は、前記上段側接続回路（５１）と前記下段側接続回路（５２）との間に位置する複数箇所の内、前記スイッチング制御信号生成回路（１）に最も近い位置に配置されていると好適である。

スイッチング制御信号生成回路（１）は、電圧検出回路（６）の検出結果を用いて適切なスイッチング制御信号（ＳＷ）を生成する。電圧検出回路（６）の検出結果がノイズ等の影響を受けると、スイッチング制御信号（ＳＷ）にも影響する。従って、電圧検出回路（６）の検出結果をスイッチング制御信号生成回路（１）に伝達する伝送経路は短い方が好ましい。スイッチング制御信号生成回路（１）に近い位置に電圧検出回路（６）が配置されていると、伝送経路を短くすることができる。

また、前記電圧検出回路（６）は、同一相の前記上段側接続回路（５１）と前記下段側接続回路（５２）との間に配置されていると好適である。

同一相の上段側スイッチング素子（３１）と下段側スイッチング素子（３２）とは、インバータ（１０）において１つのアーム（３Ａ）を構成するため、一般的に近傍に配置される。従って、同一相の上段側スイッチング素子（３１）及び下段側スイッチング素子（３２）に対応する上段側高電圧領域（Ａ３１）及び下段側高電圧領域（Ａ３２）も多くの場合隣り合って設けられる。このため、上段側高電圧領域（Ａ３１）と下段側高電圧領域（Ａ３２）との間に配置される電圧検出回路（６）も効率良くインバータ制御基板（９）に配置することができる。

また、前記電圧検出回路（６）は、直流の正極（Ｐ）と負極（Ｎ）との間に直列接続された複数の分圧用の抵抗器（６２）を備え、複数の前記抵抗器（６２）の全てが、前記下段側高電圧領域（Ａ３２）に配置されていると好適である。

インバータ（１０）の基準電位は、下段側スイッチング素子（３２）が接続される負極（Ｎ）であり、下段側高電圧領域（Ａ３２）の回路の基準電位は負極（Ｎ）である。また、インバータ（１０）の直流側の電圧（Ｖｄｃ）は、負極（Ｎ）に対する正極（Ｐ）の電位差である。従って、下段側高電圧領域（Ａ３２）における基準電位である負極（Ｎ）の電位を基準とすることによって、電圧検出回路（６）は適切にインバータ（１０）の直流側の電圧（Ｖｄｃ）を検出することができる。また、上段側高電圧領域（Ａ３１）に比べて下段側高電圧領域（Ａ３２）の電圧は低いため、上段側高電圧領域（Ａ３１）に比べて下段側高電圧領域（Ａ３２）の方が他の回路との絶縁距離を短くすることができる傾向がある。このため、上段側高電圧領域（Ａ３１）に比べて下段側高電圧領域（Ａ３２）の方が部品を実装する余裕を持ち易い。従って、複数の抵抗器（６２）の全てが、下段側高電圧領域（Ａ３２）に配置されているとインバータ制御基板（９）に適切に電圧検出回路（６）を配置することができる。

１ ：インバータ制御装置（スイッチング制御信号生成回路）
２ ：駆動回路
２１ ：上段側駆動回路
２２ ：下段側駆動回路
３ ：スイッチング素子
３Ａ ：アーム
３１ ：上段側スイッチング素子
３２ ：下段側スイッチング素子
５ ：接続回路
５１ ：上段側接続回路
５２ ：下段側接続回路
６ ：電圧検出回路
６２ ：分圧抵抗（分圧用の抵抗器）
７ ：駆動電源回路
９ ：インバータ制御基板
１０ ：インバータ
Ａ１ ：低電圧領域
Ａ３ ：高電圧領域
Ａ３１ ：上段側高電圧領域
Ａ３２ ：下段側高電圧領域
Ａ５ ：絶縁領域
Ｌ ：トランス（駆動電源）
Ｎ ：負極
Ｐ ：正極
ＳＷ ：スイッチング制御信号
Ｔ１ ：正極側接続端子
Ｔ２ ：負極側接続端子
Ｖｄｃ ：直流リンク電圧（インバータの直流側の電圧）

Claims (8)

1. 直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータに接続されて、前記インバータを駆動制御する駆動制御回路が形成されたインバータ制御基板であって、
   前記インバータは、交流１相分のアームが、直流の正極に接続される上段側スイッチング素子と、直流の負極に接続される下段側スイッチング素子との直列回路により構成され、
   基板上には、回路が配置される領域として、低電圧領域と、前記低電圧領域に比べて動作電圧が高い回路が配置される高電圧領域であって各相の前記上段側スイッチング素子に接続される複数の上段側高電圧領域と、前記高電圧領域であって各相の前記下段側スイッチング素子に接続される複数の下段側高電圧領域と、が形成され、
   さらに、前記低電圧領域と、それぞれの前記上段側高電圧領域と、それぞれの前記下段側高電圧領域と、を電気的に絶縁する絶縁領域が形成され、
   前記低電圧領域の回路とそれぞれの前記上段側高電圧領域の回路とは、前記絶縁領域を挟んで配置される接続回路であって、電気的に絶縁された状態で信号を伝達する上段側接続回路によって接続され、
   前記低電圧領域の回路とそれぞれの前記下段側高電圧領域の回路とは、前記接続回路であって、電気的に絶縁された状態で信号を伝達する下段側接続回路によって接続され、
   前記インバータの直流側の電圧を検出する電圧検出回路が、互いに隣り合う前記上段側接続回路と前記下段側接続回路との間に配置されている、インバータ制御基板。
2. 前記電圧検出回路は、前記下段側高電圧領域における基準電位を基準として、前記インバータの直流側の電圧を検出する請求項１に記載のインバータ制御基板。
3. 複数相の前記上段側接続回路と前記下段側接続回路とが、一列に並んで配置されている請求項１又は２に記載のインバータ制御基板。
4. それぞれの前記上段側接続回路及び前記下段側接続回路は、少なくとも前記低電圧領域から前記高電圧領域へスイッチング制御信号を伝達する駆動回路と、前記駆動回路に電力を供給する駆動電源と、を含み、前記駆動回路と前記駆動電源とは、前記上段側接続回路と前記下段側接続回路との並び方向に沿って並んで配置されている請求項３に記載のインバータ制御基板。
5. 前記上段側高電圧領域には、前記上段側スイッチング素子のコレクタ端子又はドレイン端子に接続される正極側接続端子が少なくとも配置され、
   前記下段側高電圧領域には、前記下段側スイッチング素子のエミッタ端子又はソース端子に接続される負極側接続端子が少なくとも配置され、
   それぞれの前記上段側高電圧領域において、前記正極側接続端子は、前記絶縁領域を挟んで隣接する何れか１つの前記下段側高電圧領域の側に配置され、
   それぞれの前記下段側高電圧領域において、前記負極側接続端子は、前記絶縁領域を挟んで隣接する何れか１つの前記上段側高電圧領域の側に配置され、
   前記電圧検出回路は、前記絶縁領域を挟んで隣接する前記正極側接続端子及び前記負極側接続端子に接続される請求項１から４の何れか一項に記載のインバータ制御基板。
6. 前記インバータをスイッチング制御するスイッチング制御信号を生成するスイッチング制御信号生成回路が前記低電圧領域に配置され、
   前記電圧検出回路は、前記上段側接続回路と前記下段側接続回路との間に位置する複数箇所の内、前記スイッチング制御信号生成回路に最も近い位置に配置されている請求項１から５の何れか一項に記載のインバータ制御基板。
7. 前記電圧検出回路は、同一相の前記上段側接続回路と前記下段側接続回路との間に配置されている請求項１から６の何れか一項に記載のインバータ制御基板。
8. 前記電圧検出回路は、直流の正極と負極との間に直列接続された複数の分圧用の抵抗器を備え、複数の前記抵抗器の全てが、前記下段側高電圧領域に配置されている請求項１から７の何れか一項に記載のインバータ制御基板。
   

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