KR100457030B1 - 배선기판및그것을사용한전력변환장치 - Google Patents

Abstract

회로를 구성하고있는 배선의 인덕턴스를 저감하며, 스파이크 전압이나 손실 혹은 노이즈를 저감한 전력변환장치를 제공하기위해, 배선도체로 모듈과 전원을 접속하며, 배선도체와 평행하게 유도전류를 흘리는 유도도체를 배치한다.

또, 회로에흐르는 전류루프와 겹치도록 환상으로 형성한 유도도체를 배치한다.

배선도체에는 단속적인 펄스상의 전류가 흐르므로, 유도도체또는 환상도체에 유도전류가 흘러, 이 유도전류에 의해 배선도체의 인덕턴스를 저감할수가 있다.

전력변환장치를 사용하는 파워반도체소자에 인가되는 스파이크전압, 스위칭손실을 경감할수있고, 배선의 전자에너지를 경감한결과, 스너버회로의 손실을 저감하며, 또한, 전압이나 전류의 진동을 억제하여 저노이즈화하며, 전자방사 노이즈의 저감할수가 있다.

Description

배선기판 및 그것을 사용한 전력변환장치

본 발명은, 전력변환장치등의 유도전류를 이용하여 배선의 인덕턴스를 저감하는 배선기판 및 이것을 사용한 파워반도체소자의 스파이크전압의 억제와 저손실화를 꾀하는 전력변환장치에 관한 것이다.

소자내압이 수십 V 이상의 파워반도체소자를 사용하여, 직류전력을 교류전력으로 변환하는, 교류전력을 직류전력으로 변환하는, 또는, 직류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환장치에 있어서, 근년, 소자의 대전류화와 스위칭속도의 고속화가 현저하다.

이것에 따라, 스위칭소자의 온,오프의 때에 생기는 전류변화(d i/ d t)가 수kA/μs로도 된다.

이러한 전류가 흐르는 배선은 인덕턴스 L을 갖기 때문에, 스위칭시는 Ld i/dt 로 표시되는 스파이크전압이 발생하여, 이 스파이크전압이 파워반도체소자의 스트레스 전압으로서 인가되는 동시에, 파워반도체소자의 스위칭손실을 증가시킨다.

또, 배선에는 (1/2) Li²로 표시되는 전자에너지가 축적된다.

이 축적되는 전자에너지는, 스너버회로에 구비된 콘덴서 등에 의해 흡수되어 저항 등에 의해 방출되기 때문에 스너버손실을 초래케 된다.

이렇게 해서, 배선의 인덕턴스는 작은 것이 바람직하지만, 인덕턴스는 배선의 치수로 결정되기 때문에, 배선길이를 짧게 하는 것이 종래의 대처법이었다.

또, 최근에는 2개의 배선사이의 상호인덕턴스를 사용하여 각각의 배선의 합성인덕턴스를 감소시키는 방법이 검토되어 있고, 일례로서 특개평6-225545호(이하, 제1종래 기술이라함)가 있다.

한편, 상기 공지예 이외로도 배선이 가지는 임피던스특성을 고려한 배선으로서 실드케이블, 동축케이블, 마이크로스트립라인 등이 알려지고 있다.

실드케이블은, 배선도체에 절연체를 통하여 배선도체를 덮도록 실드도체를 설치하여, 이 실드도체를 임피던스가 지극히 낮은 접지점에 접속한다.

이것에 의해, 배선도체가 만들은 전계는 접지된 실드도체에 의해 차단되어, 밖으로 새지 않도록 하는 동시에, 외부노이즈 전계가 배선도체까지 전해지지 않은 정전 실드효과가 얻어진다.

동축케이블은, 실드도체로 둘러싸인 폐공간에 전자파를 가둬 신호를 전송하는 선로이다.

그 때문에, 배선도체를 중심으로 고주파손실이 작은 절연체를 통하여 배선도체를 덮도록 실드도체를 설치한다.

이 구성에 의해 특성임피던스를 일정하게 하여, 접속회로의 정합조건을 유지할 수 있도록 하고있다.

특히, 배선도체를 흐르는 전류와 역방향으로 크기가 같은 전류를 실드도체에 흘리는 것으로 특성임피던스를 일정하게 하여 접속회로의 정합조건을 유지하는 일도 있다.

이러한 구성에 의해, 배선도체가 만들은 자계가 실드도체 외부로 새지않고, 특성임피던스를 일정하게 하여 접속회로의 정합조건을 유지할 수가 있다.

마이크로스트립라인은, 마이크로파전송선로로서 사용되고있는 평행 평판형 동파관의 일종이고, 도체판에 절연체를 통하여 스트립 도체를 평행하게 설치하여, 그 도체사이에 전계를 가하여 전자파를 전파시키는 전송선로이다.

따라서, 도체판은 외계에 의해서 변동되지 않은 전위에 고정될 필요가 있고, 통상은 접지전위(어스)에 접속되어 있다.

그 일례로서 특개평5-283487호(이하, 제2의 종래 기술이라함)가 있다.

상술한 제1종래 기술에 의하면, 상호인덕턴스를 사용하여 배선의 합성인덕턴스를 저감하기 위해서, 평행하여 근접하는 2개의 배선에 각각 흐르는 방향이 다른 전류를 흘리는 것이다.

입력전류와 출력전류와같이 진폭과 위상의 시간적 변화가 같은 경우에는, 상기 2개의 배선에 각각 입력전류와 출력전류를 왕복전류로서 흘리면 좋다.

그렇지만, 진폭과 위상의 시간적 변화가 같은 전류를 이용할 수 있는 경우는 한정되어, 근접하는 배선이 없는 경우에는 상호인덕턴스를 이용하는 것은 할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또, 상술한 실드케이블이든지 동축케이블이든지 마이크로스트립라인에 관해서도 제1종래 기술과 같이, 배선도체에 절연체를 통하여 다른 도체를 뻗게하고, 뻗은 도체에 고의적으로 배선전류와 방향이 다른 전류를 흘리지 않으면 인덕턴스저감효과가 얻어지지 않았다.

이것 때문에, 상술한 종래 기술을 사용해도 전력변환장치의 배선의 인덕턴스를 저감하기 위해서는 한도가 있다.

배선의 인덕턴스를 충분히 저감할 수 없으면 전술한 스파이크 전압이든지 스너버손실 등의 문제가 남는 수외에, 배선의 인덕턴스와 소자의 기생용량 사이에서 발생하는 공진에 의해서 전압이 진동하여, 이 영향으로 노이즈 오동작을 초래한다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 회로를 구성하고있는 배선에 대하여, 배선전류와 다른 방향의 전류를 흘리는 일없이, 그 배선의 인덕턴스를 저감하여, 상술한 스파이크전압, 스위칭 손실이든지 스너버손실 혹은 노이즈를 저감하는 배선기판 및 이것을 사용한 전력변환장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면 상기 과제를 해결하기 위해서, 회로를 구성하는 배선도체에 대하여 유도전류를 발생시키는 다른 도체를 설치하는 것에 의해, 배선의 인덕턴스를 저감하는 배선기판을 형성한다.

상술한 다른 도체를, 배선도체에 대하여, 근접시켜, 또한, 평행시켜 배치하는 것에 있다.

또, 회로에 흐르는 전류에 의해서 형성되는 루프와 이 루프에 겹치도록 환상도체를 근접시켜, 평행하게 배치한다. 이것에 의해 상기 근접시켜, 평행하게 배치한 도체중에 유도전류가 발생하여, 이 유도전류에 의해서, 상기 배선도체의 합성인덕턴스를 저감한다.

상술한 구성에 의하면, 전력변환장치 등을 구성하는 회로에 사용되는 배선도체에 시간적으로 변화하는 전류가 흐르면, 그 전류에 의해서 이들 배선도체에 자계가 생긴다.

이 자계는, 배선도체에 근접, 평행시켜 배치한 다른 도체, 다른 배선도체, 또는, 환상에 접속한 환상도체와 쇄교하며, 이들 다른 도체에 유도기전력을 발생시킨다. 이 유도기전력은, 이들 다른 도체에 배선도체를 흐르는 전류와는 방향이 역으로 되는 유도전류를 흘린다.

이 유도전류는, 이들의 다른 도체에 역방향의 자계를 만들고, 상술한 배선도체가 만든 자계를 약하게 하는 기능을 가진다.

일반적으로 유도전류에 의해서 만들어진 자계는, 반항자계라고 불리고있다.

이 유도전류와 배선도체를 흐르는 전류는, 상술한 종래 기술에 있어서의 2개의 배선의 왕복전류와 같은 효과를 가져와, 유도전류에 의한 상호인덕턴스에 의해서 배선도체의 합성인덕턴스를 저감하는 효과가 얻어진다.

이것은, 시간적으로 변화하는 전류가 흐르는 배선도체에 대하해서만 유효하고, 예로서 전력변환장치의 스너버회로에 본 발명의 배선기판을 사용하면, 파워반도체소자가 스위칭한 경우에만 스너버회로배선에 펄스상의 전류가 흐른다.

이 전류변화에 의해서 상기 유도전류가 생겨, 스너버회로배선의 인덕턴스를 저감시킬 수 있다.

이 효과는, 스위칭때에 생기는 스파이크전압을 억제시킨다.

또, 전력변환장치의 전원으로부터 파워반도체소자에 달하는 배선에 대하여 본 발명의 배선기판을 사용하면, 이 배선상의 전류는 일반적인PWM(펄스폭변조)제어에 의해서, 구형상의 전류가 반복하여 흐르기 때문에, 전류의 상승과 하강때의 전류변화에 의해서 상기 유도전류가 생겨, 배선도체의 인덕턴스를 저감하는 효과가 얻어진다. 이 효과는, 배선의 전자에너지를 경감하여 전력변환장치의 저손실화와 함께, 장치로부터의 전자방사노이즈를 저감하며, 장치를 둘러싸는 금속케이스 및 부품 등의 발열, 진동, 소음, 라디오노이즈를 저감시킨다.

실시예

이하, 본 발명의 일실시예를 도면에 근거해서 설명한다.

제1도에는 본 발명에 관계되는 전력변환장치의 주회로부에 관한 측면도를, 제2도에는 그의 상면도를 표시한다.

제1도 및 제2도로서는, 파워반도체소자인 절연게이트형 바이폴라트랜지스터(이하, IGBT라고 칭한다)모듈(4)과 전원(3)의 접속을 도시하고 있다.

IGBT 모듈(4)의 입력 및 출력의 단자(12)와 전원(3)의 양극 및 음극의 단자(13)는, 배선도체(1)를 사용하고 접속되어 있다.

여기서, 배선도체(1)의 상부에는, 평행하게 유도전류를 흘리기 위해서 유도도체(2)를 배치한다.

이 실시예로서는 더욱이 이 회로에 흐르는 전류루프와 겹치도록 유도도체(2)의 각 끝을 도체(40)로 접속하여 구성된 환상의 유도도체(2)를 배치하고있다.

이 환상의 유도도체(2)는, 이러한 복수의 도체를 접속한 것이 아니더라도, 좋다. 모듈(4)내부의 IGBT는 도시하지 않은 제어회로의 지령에 응해서 온,오프한다. 이 제어방법은 여러가지 있지만, 어느 방법을 사용하더라도 IGBT의 온, 오프에 응해서 전원(3)으로부터 모듈(4)에 흐르는 전류는 통전, 혹은 차단되어, 단속적인 펄스상의 전류로 된다.

이 전류의 시간적인 변화에 응해서 유도도체(2)와 도체(40)로 구성된 환상도체에 유도전류가 흘러, 이 유도전류에 의해서 배선도체(1)의 인덕턴스를 저감할 수가 있다.

또한, 배선도체(1)의 양단은 모듈(4)의 단자(12)및 단자(13)와 전기적으로 접속되어 있지만, 그 상부의 유도도체(2)는 절연성칼라(6)및 절연성칼라(7)를 사용하여 볼트(8)및 볼트(10)로 죄어 부착되어 있고, 유도도체(2)와 단자(12)및 단자(13)란 전기적으로 분리되어 있다.

또한, 도시하지 않았지만, 유도도체(2)가 부유전위로되기 때문에 유도도체(2)에, 예컨대, 1kΩ 정도의 저항의 한끝을 접속하고, 그 저항의 타단은 기준전위에 접속하여놓는 것으로 유도도체(2)에 전하가 축적하는 것을 막을 수 있다.

상기 구조상의 중요한 점으로서는, 배선도체(1)와 유도도체(2)의 간격(46)이고, 이 간격은 가능한 한 좁게 하는 것이 바람직하다.

이것은, 배선도체(1)에 흐르는 전류와 유도전류를 가능한 한 접근시키고 있는 것과 등가이다.

그러나, 본 실시예로서는, 전술과 같이 배선도체(1)와 유도도체(2)가 전기적으로 절연되어 있기 때문에, 양 도체의 절연성을 유지하는 필요가 있고, 양 도체의 간격은 절연거리 이하로 할 수 없다.

이것은 유도도체(2)의 유도전류의 효과를 최대한에 발휘시키는데에 있어서 중요하다.

그래서, 간격(46)과 배선인덕턴스와의 관계를 실험에 의해 검증하였기 때문에 참고로 그 일례를 표시한다.

제31도는, 실험에 사용한 배선기판의 형상을 표시하고있다.

그 구조는, 루프형상에 잘라낸 동제의 배선도체(1)상에 운모제의 절연체(14)를 접착하고, 배선도체(1)와 동형상으로 두께가 다른 동제환상의 유도도체(2)를 절연체(14)상에 접착한 구조로 하고 있다.

특히, 배선도체(1)와 환상의 유도도체(2)의 간격(46)을 바꾸는 구조로 하고 있다. 실험에서는, 환상도체의 유무와 상기 간격(46)을 변화시켜, 간격(46)에 대하여 배선도체(1)의 인덕턴스를 측정하였다.

그 결과를 제32도에 표시한다.

제32도로부터 알 수 있는 거와 같이, 간격(46)을 지극히 작게 하면 환상도체가 없는 것과 비교하여 배선인덕턴스를 약1/10까지 할 수 있다.

또 제33도에서 아는 거와 같이 간격(46)이 커지면 배선의 인덕턴스의 저감효과가 작게 된다.

이것은, 간격(46)이 커질수록, 환상의 유도도체(2)와 쇄교하지 않은 새는 자계가 증가하는 동시에, 배선전류와 유도전류와의 거리가 떨어졌기 때문이라고 생각된다. 따라서, 간격(46)은 적어도 1mm 이하로 하는 것이 유효하다고 생각된다.

제2의 중요한 점은, 유도도체(2)및 도체(40)가 만들은 환상의 유도도체(2)의 저항치이고, 이 저항치를 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다.

요컨대 환상의 유도도체(2)에 흐르는 유도전류의 크기는, 쇄교자속의 변화에 의해서 발생한 유도기전력과 환상의 유도도체(2)의 저항치로 결정된다.

따라서, 적어도 배선도체(1)보다도 환상의 유도도체(2)의 저항치를 작게하고, 환상의 유도도체(2)에 흐르는 유도전류를 늘리는 것이 중요하다.

제3의 중요한 점은, 배선도체(1)및 환상의 유도도체(2)의 단면형상이다.

여기서, 높은 주파수성분을 포함하는 전류가 배선도체(1)에 흐르는 때, 배선도체(1)에 흐르는 전류에 표피효과가 생긴다.

그리고, 배선도체(1)에 흐르는 전류가 만들은 자계에 의해 유도되는 유도전류도 높은 주파수성분을 포함하고 있고 환상의 유도도체(2)에 흐르는 유도전류에도 표피효과가 생긴다.

따라서, 배선도체(1)및 환상의 유도도체(2)도 그 표면적을 크게하는 형상, 예컨대 박형상이 바람직하다.

또, 배선기판 단면형상으로서 도시하지 않고 있지만 배선도체(1)를 덮는 유도도체(2)를 배선도체(1)에 더하여, 각 유도도체(2)를 도체(40)로 환상에 접속한배선기판이라도 제1도로 표시한 배선기판과 같은 효과가 얻어진다.

다음에, 본 실시에 있어서 배선도체(1)의 인덕턴스가 구조로 결정되는 자기인덕턴스 이하로 저감되는 원리를 설명한다.

제3도는 본 발명에 의한 배선도체(1)의 인덕턴스가 저감하는 원리를 설명하는 도면이다. 이 도면에서, 배선도체(1)가 만들은 루프에 (34)의 화살표로 표시하는 반시계방향으로, 시간적으로 변화하는 전류가 흐르면, 화살표로 표시하한 자계(32)가 배선도체(1)의 루프내에 발생하며, 이 자속이 환상에 접속된 유도도체(2)를 쇄교한다.

이 쇄교자속은 전류의 순간 값에 응해서 변화한다.

이 결과, 전자기학적으로 알려지는 패러데이·노이만의 법칙에 따라서, 유도도체(2)에는 쇄교자속의 시간적 변화에 응한 유도기전력이 발생하여, 이 유도기전력과 유도도체(2)의 저항에 의해서 생기는 전류가 유도전류(42)로서 유도도체(2)에 흐른다.

이 유도전류42의 방향은, 쇄교자속을 부정하고져 하는 반항자계41을 만들도록 발생하여, 도면속에서 표시하는 거와 같이 시계방향으로 흐른다.

요컨대, 배선도체(1)를 흐르는 전류와 역방향으로 흐른다.

이것은 전술한 공지예로 기술한 거와같이 역방향의 전류가 만들은 상호인덕턴스로 각 배선의 합성인덕턴스가 저감하는 원리와 등가이고, 본 발명에 있어서는 유도도체(2)의 유도전류를 이용하여 상호인덕턴스의 효과를 등가적으로 생기게 하는 것이 특징이다.

그런데, 배선도체(1)에 흐르는 루프전류(34)가 만들은 자계(32)는, 유도도체(2)에 흐르는 유도전류(42)가 만들은 반항자계(41)에 의해 약하게 된다.

따라서, 배선도체(1)로부터 외부공간에 방출되는 전자방사량을 감하고 있는 것이 된다. 전력변환장치에 있어서, 각 배선경로에 본 발명의 배선기판을 사용하는 것으로 장치로부터 방출되는 전자방사 노이즈의 저감에 이어진다. 이와 같이, 전자 방사 노이즈 저감효과에 의해 장치의 금속케이스 및 부품에의 쇄교자속이 약해지어 유도전류에 의한 발열, 진동으로부터 생기는 소음 및 라디오 노이즈의 저감에 기여할 수가 있다.

또한, 본 실시예는 파워반도체로서 IGBT를 사용한 전력변환장치에 관해서 설명하였지만, 본 발명은, 다른 파워반도체를 사용한 전력변환기에도 당연 적용할 수 있다. 제4도는, 본 발명에 관계되는 전력변환장치의 주회로부에 관한 제2실시예를 표시하는 측면도이다.

제4도에 있어서 전술한 제1도와 다른 점으로서는, 배선도체(1)의 두께를 얇게 한점이다. 이것은, 배선도체(1)에 시간적으로 변화하는 전류가 흐르면 표피효과가 생겨, 전류는 주파수가 높을수록 도체표면만을 흐른다.

이것 때문에 고주파전류를 흘리는 경우에 있어서는, 배선도체(1)의 두께를 두텁게 하더라도 전류는 도체내부를 흐르지 않기 때문에 의미가 없다.

배선도체(1)를 얇게 한 결과, 재료비용이 싸게 되는 수 외에, 장치중량을 경감할 수가 있다.

제1도와의 제2상위점은, 배선도체(1)와 유도도체(2)의 사이에 절연체(14)를적층하고 있는 것이다.

이 절연체를 통하여 유도도체(2)는 배선도체(1)와 병렬로 되어 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 제1실시예와 같이 배선도체(1)의 인덕턴스를 저감할 수 있고, 상기 제1실시예와 비교하여 배선도체(1)를 얇게, 또한 가볍게 한 것으로, 저 비용화와 장치중량의 경감에 기여할 수 있다.

제5도는, 본 발명에 관계되는 전력변환장치의 주회로부에 관하는 제3실시예를 개시하는 측면도이다.

제5도에 있어서 제1도 및 제4도와 다른 점은, 배선도체(1)에 덧붙여 유도도체(2)의 두께도 얇게 한 점에 있다.

즉, 유도도체(2)에 흐르는 유도전류는 도체표면만을 흐르는 것으로, 그 두께를 얇게 하더라도 본 발명의 효과에 영향은 없다.

또, 본 실시예로 배선도체(1)와 유도도체(2)의 두께를 얇게 한 결과, 제5도에 표시하는 거와같이 전체의 배선기판을 박상에 형성할 수가 있어, 이렇게 한 박상의 배선기판으로 하는 것으로, 배선의 둘러치기를 모듈(4)이든지 전원(3)등의 외형의 凹凸에 따라서 곡선적으로 행할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 제1실시예와 같이 배선인덕턴스를 저감할 수 있는 동시에, 상기 제1실시예와 비교하여 배선도체(1)와 유도도체(2)를 박형상으로 하였기 때문에 배선기판을 용이하게 만곡 및 구부려 단자간접속에 이용할 수 있는 것으로 최단 거리배선이 가능해져 한층 더 배선인덕턴스의 저감을 할 수 있다.

제6도는, 본 발명에 관계되는 전력변환장치의 주회로부에 관한 제4실시예를개시하는 구성도이다.

전술실시예와 다른 점으로서는, 회로에 흐르는 루프전류경로에 더하도록 복수의 환상의 유도도체(2)를 배치하는 점이다.

이 때, 각 환상의 유도도체(2)의 설치장소는, 각 배선도체(1)간 사이에서 전위가 다르고 절연하고있는 배선도체(1)마다 환상의 유도도체(2)를 준비하여 설치한다. 또 각 환상의 유도도체(2)는, 환상도체간에서 절연하면서 접근시킴은 동시에, 겹치는 일없이 배치하여, 회로에 흐르는 전류가 만들은 루프의 내측을 덮도록 설치하는 것이 중요하다.

상기 실시예와의 제2상위점은, 배선도체(1)와 환상의 유도도체(2)를 일점으로 전기적으로 접속하는 점이다.

제6도에 표시한 배선(43)은, 배선도체(1)와 환상의 유도도체(2)를 접속하기 위한 배선이다. 이와 같이, 일점으로 접속하는 것으로 배선전류가 환상의 유도도체(2)에 유입하여 유도전류에 의한 인덕턴스저감효과를 방해하는 것이 없고, 또한 또한 배선도체(1)와 환상의 유도도체(2)가 동전위가 되어, 절연할 필요가 없어진다.

따라서, 배선도체(1)와 환상의 유도도체(2)를 지극히 접근하여 설치할 수 있다. 상기 실시예와의 제3상위점은, 배선도체(1)와 환상의 유도도체(2)의 사이에 고저항체(14)를 적층하고 있는 점이다.

상기와 같이, 배선도체(1)와 환상의 유도도체(2)가 동전위이기 때문에, 고저항체는 배선전류(34)가 환상의 유도도체(2)에 유입하지 않은 정도의 저항치를 가지고 있으면 좋고, 약1kΩ 정도이면 좋다.

이상 같은 구성에 의해, 배선도체(1)와 환상의 유도도체(2)를 극히 접근하여 설치 가능해져 배선인덕턴스의 저감효과 및 전자 방사량 저감효과를 올릴 수가 있다.

제7도 및 제8도는, 본 발명에 관계되는 전력변환장치의 주회로부에 관하는 제5실시예를 개시하는 측면도와 평면도이다.

제7도 및 제8도에 표시하는 실시예가 전술한 각 실시예와 다른 점은, 제8도로 분명한 거와같이, 복수의 배선도체(1)에 대하여 공통의 유도도체(2)를 배치하고있는 점이다.

이러한 구성에 의해, 배선도체(1)에 흐르는 전류의 시간적인 변화에 응해서 유도도체(2)중에 유도전류의 일종인 와전류가 흘러, 그 와전류에 의해서 배선도체(1)의 인덕턴스를 저감할 수 있는 것 외에, 상기 제1실시예와 비교하여 배선도체(1)의 수에 대하여 유도도체(2)의 수를 감할 수 있고, 장치제조조립행정의 축소가 가능해진다.

또한, 도시하지 않고 있지만, 유도도체(2)가 부유전위가 되기 때문에 유도도체(2)에 고저항의 한끝을 접속하고, 타단은 기준전위에 접속하여놓는 것으로 유도도체(2)에 전하가 축적하는 것을 막을 수 있다.

다음에, 본 실시예가 상기 실시예와 마찬가지로 배선도체(1)의 인덕턴스를 구조로 결정되는 자기인덕턴스 이하에 저감하는 원리를 설명한다.

제9도는 본 발명에 의한 배선기판으로 배선도체(1)의 인덕턴스가 저감하는원리를 설명하는 도면이다.

이 도면에 표시하는 거와같이, 배선도체(1)에 (34)의 화살표로 표시하는 방향으로, 시간적으로 변화하는 전류가 흐르면, 화살표시에 대하여 시계방향으로 자계(32)가 발생하며, 이 자속이 유도도체(2)를 쇄교한다.

쇄교자속은 전류의 순간 값에 응해서 변화한다.

이 결과, 전자기학적으로 알려지고 있는 거와같이, 유도도체(2)에는 쇄교자속의 시간적변화에 응한 유도기전력이 발생하며, 이 유도기전력과 유도도체(2)의 저항에 의해서 생기는 유도전류가 와전류(33)로서 유도도체(2)에 흐른다.

이 와전류(33)의 방향은, 쇄교자속을 부정하고져 하는 반항자계를 만들도록 발생한다.

그리고 각 와전류(33)의 합성전류는, 배선도체(1)의 바로 아래로 흘러, 와전류(33)로 된다. 이 와전류(33)의 방향은, 배선도체(1)를 흐르는 전류와 반대방향이 된다. 이것은 전술한 공지예로 기술한 바와 같이 역방향의 전류가 만들은 상호인덕턴스로 각 배선의 합성인덕턴스가 저감하는 원리와 등가이고, 본 발명에 있어서는 유도도체(2)의 와전류를 이용하여 상호인덕턴스의 효과를 등가적으로 생기게 하는 것이 특징이다.

제10도 및 제11도는, 본 발명에 관계되는 전력변환장치의 주회로부에 관한 제6실시예를 개시하는 측면도와 평면도이다.

제10도 및 제11도로서는, 파워반도체소자인 절연게이트형 바이폴라트랜지스터(이하, IGBT라고 부른다)모듈(4)과 전원(3)의 접속을 도시하고 있어, IGBT모듈(4)의 입력 및 출력의 단자(12)와 전원(3)의 양극 및 음극단자(13)는, 배선도체(1)를 사용하여 접속한다.

여기서, 배선도체(1)의 상부에는, 이것과 평행하게 제2의 유도도체(2)를 배치하고 있다.

모듈(4)내부의 IGBT는 도시하지 않고 있는 제어회로의 지령에 응해서 온,오프한다. 이 제어방법은 여러가지 있지만, 어느 방법을 사용하더라도 IGBT의 온, 오프에 응해서 전원(3)으로부터 모듈(4)에 흐르는 전류는 통류, 혹은 차단되어, 단속적인 펄스상의 전류가 된다.

이 전류의 시간적인 변화에 응해서 유도도체(2)에 유도전류의 일종인 와전류가 흘러, 이 와전류에 의해서 배선도체(1)의 인덕턴스를 저감하는 것이 본 발명의 겨냥하는 점이다.

배선도체(1)및 유도도체(2)의 한끝은 도전성칼라(11), 및 볼트(10)를 사용하여 전원의 단자(13)에 고정되고, 상기 양도체는 단자(13)와 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 배선도체(1)의 타단은 모듈(4)의 단자(12)와 전기적으로 접속되어 있지만, 그 상부의 유도도체(2)는 절연성컬러(6)및 (7)을 사용하여 볼트8로 죄어 있고, 유도도체(2)와 단자(12)와는 전기적으로 분리되어 있다.

이와 같이, 유도도체(2)의 일단은 전기적으로 접속하지만, 타단은 전기적으로 분리하는 것은, 이 도체에 와전류를 흘리는데에 있어서 중요하다.

즉, 유도도체(2)가 단자(12,13)와 접속되어 있으면, 유도도체(2)에는 배선도체(1)와 마찬가지로, 전원과 모듈간을 흐르는 전류가 흘러, 양도체에 흐르는 전류의 방향은 같기 때문에, 후술하는 와전류에 의한 인덕턴스의 감소가 일어나지 않는다. 또, 도시하지 않고 있지만, 상기 와전류를 이용한 배선기판구조에 덧붙여, 특히 배선도체(1)및 유도도체(2)를 얇게 한 구조 및 배선도체(1)와 유도도체(2)의 사이에 고저항체(14)를 적층하는 구조를 가지는 배선기판이 있다.

이 고저항체(14)는, 배선도체(1)와 유도도체(2)사이가 동전위이기 때문에 양도체를 절연할 필요가 없고, 단지 배선도체(1)를 흐르는 전류가 유도도체(2)에 분류하지 않은 크기의 저항치이면 좋기 때문에, 약1kΩ 정도이면 좋다.

이러한 구성에 의해, 배선도체(1)에 흐르는 전류의 시간적인 변화에 응해서, 유도도체(2)와 쇄교하는 쇄교자속이 전류의 순간 값에 응해서 변화한다.

이 결과, 유도도체(2)에 쇄교자속의 시간적 변화에 응한 유도기전력이 발생하며, 이 유도기전력과 유도도체(2)의 저항에 의해서 생기는 전류가 와전류로서 유도도체(2)에 흐른다.

그 와전류의 합성전류에 의해서 배선도체(1)의 인덕턴스를 저감한다.

상기 구조로 중요한 점은, 배선도체(1)와 유도도체(2)의 간격이며, 이 간격은 가능한 한 좁게 하는 것이 바람직하다.

본 실시예로서는, 전술과 같이 단자(13)에 대하여 배선도체(1), 유도도체(2)가 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 유도도체(2)의 전위는 배선도체(1)와 같다.

유도도체(2)의 전위가 배선도체(1)와 다른 경우에는, 양도체의 절연성을 유지하는 필요가 있고, 양도체의 간격은 절연거리 이하로는 단축할 수 없다.

그렇지만, 본 실시예로서는 양도체가 단자(13)로 동전위로 되어 있기 때문에, 절연 거리 이하로 접근시키는 것이 가능하게 된다.

이것은 유도도체(2)의 와전류의 효과를 최대한으로 발휘시키는데에 있어서 중요하다.

제2의 중요점은 배선도체(1)와 유도도체(2)의 폭이며, 제11도에 표시하는 바와같이 배선실장상의 공간 및 내압 등이 허락하는 한 유도도체(2)의 폭을 배선도체(1)의 폭보다 크게하는 것은, 와전류의 합성전류의 증가에 연결되어, 합성전류가 만드는 루프면적을 확대하여, 배선전류직하를 흐르는 합성전류에 의한 상호인덕턴스의 효과를 증가시키는 것에 이어진다.

제3의 중요한점은 유도도체(2)의 재질이고, 도전성에 우수한 동, 혹은 알루미늄 등이 바람직하다.

이러한 양도체이면, 같은 자속이 쇄교한 경우에 흐르는 와전류가 커진다.

한편, 배선도체(1)에는 통상의 버스바와 같이 강철을 사용한다.

다음에, 본 실시예에 있어서 배선도체(1)의 인덕턴스가 구조로 결정되는 자기인덕턴스 이하로 저감되는 원리를 설명한다.

제12도는 본 발명에 의한 배선기판으로 배선도체(1)의 인덕턴스가 저감하는 원리를 설명하는 도면이다.

이 도면에 표시하는 바와 같이, 배선도체(1)에 34의 화살표로 표시하는 방향에, 시간적으로 변화하는 전류가 흐르면, 화살표에 대하여 반시계방향으로 자계(32)가 발생하며, 이 자속이 유도도체(2)를 쇄교한다.

쇄교자속은 전류의 순간 값에 응해서 변화한다.

이 결과, 전자기학적으로 알려지고 있는 바와 같이, 유도도체(2)에는 쇄교자속의 시간적변화에 응한 유도기전력이 발생하며, 이 유도기전력과 유도도체(2)의 저항에 의해서 생기는 전류가 와전류(33)로서 유도도체(2)에 흐른다.

이 와전류(33)의 방향은, 쇄교자속을 부정하고자 하는 반항자계를 만들도록 발생하여, 도면중의 배선도체(1)의 좌측에서는 33-1에 표시하는 바와 같이 반시계방향, 배선도체(1)의 오른쪽에서는 33-2에 표시하는 것과 같이 시계방향으로 발생한다. 유도도체(2)를 흐르는 각 와전류를 합성하면, 제13도에 표시하는 바와 같이 배선도체(1)의 직하에서는, 배선도체(1)를 흐르는 전류와 반대방향이 된다.

이것은 전술한 공지예에서 말한 바와 같이 역방향의 전류가 만들은 상호인덕턴스로 각 배선의 합성인덕턴스가 저감하는 원리와 등가이며, 본 발명에 있어서는 유도도체(2)의 와전류를 이용하여 상호인덕턴스의 효과를 등가적으로 생기게 하는 것이 특징이다.

그런데, 제13도의 관계를 전기적인 등가회로에서 표현하면, 제14도와 같이 표시 할 수가 있다.

이 도면에서(35)가 배선도체(1)에, 또한 (36)이 유도도체(2)에 해당한다.

양도체간을 자기적으로 결합하는 쇄교자속과 반항자계의 관계는 트랜스로 등가적으로 표현하였다.

여기서 유도도체(2)에 해당하는 (36)의 양단을 쇼트하는 저항(38)은 유도도체(2)의 저항이다.

저항(38)은 와전류가 표면부근에만 흐르기 때문에, 유도도체(2)의 체적으로결정되는 통상의 저항치와는 다르다.

여기서, 유도도체(2)의 전기적등가회로(36)를 흐르는 와전류를 방해하지 않은 정도로 합성저항(38)의 값을 크게 하면, 도면중의 트랜스로 표현된 자기적결합을 통하여, 배선도체(1)의 전기적등가회로(35)의 전자에너지를 합성저항(38)으로 열적으로 소비하는 것이 된다.

이 것은 배선의 전자에너지가 원인으로 생기는 전류, 혹은 전압의 진동을 억제하는 데에 있어서 중요하다.

제14도의 합성저항(38)의 값을 크게 하기 위해서는, 제15도에 표시하는 바와 같이 와전류발생을 방해하지 않도록 배선도체(1)의 직하를 피하여 유도도체(2)에 구멍(39)을 열어서 실현할 수 있다.

와전류는 이 구멍을 피하여 흐름으로서, 그 전류경로가 증가하며, 제14도에 표시한 합성저항(38)을 증가시킨다.

제15도 같은 구조에 의해, 배선도체(1)의 인덕턴스에 축적하는 전자에너지를 유도도체(2)로 열로 바꿔, 진동을 억제하는 것으로 회로의 저노이즈화에 기여 할 수가 있다.

제16도 및 제17도는, 본 발명에 관계되는 전력변환장치의 스너버회로에 관계하는 실시예를 표시하는 구성도이다.

제16도는 스너버회로부의 외관이고, 제17도는 제16도에 포함되는 부품 및 배선을 회로도로 그린 도면이다.

제16도 및 제17도에 있어서, 스위칭소자는 IGBT이고, 이 모듈을 (19)로 한다.

이하, 제16도의 외관도로 각부품의 접속관계를 설명하지만, 제17도의 회로도를 참조하면, 접속관계는 알기 쉽다.

또, 제16도에 나타낸 스너버회로의 구성은 공지이고, 본 실시예로서는 이 공지의 회로를 예로서, 스너버회로의 배선에 전술의 유도전류를 이용한 배선기판을 사용하는 것이 특징이며, 스너버회로 자체는 어떠한 구성에 있어서도 좋다.

우선, 제16도로 전원(3)의 양극 및 음극단자와 IGBT모듈(19)을 접속한다.

한편, 본 실시예로서는 제16도로 배선에 사선을 한 것이, 본 발명에 의한 배선기판이고, 전원과 모듈을 접속하는 배선은 통상의 배선으로 되어 있지만, 이 부분도 제1도의 실시예에 표시한 거와 같이 본 발명의 배선기판을 사용해도 좋다.

모듈(19)내부에는 2개의 IGBT가 직렬의 브리지구성으로 접속되어 있는 것으로 한다.

이 브리지는 모터구동용에 사용되는 3상 인버터의 1상분에 해당한다.

다음에, 스너버회로에 관해서 설명한다.

스너버회로는 제17도에 표시하는 거와 같이, 브리지 상하의 IGBT 에 대하여 각각,1개씩 구비해 있고, 에너지흡수인 콘덴서(16)와 다이오드(17)로 이루어지는 직렬접속체를, 상하의 IGBT의 입력단자와 출력단자사이에 각각 병렬로 접속하고 있다.

또, 콘덴서(16)와 다이오드(17)의 접속부에서 브리지의 정측, 혹은 부측단자에 대하여 저항(18)을 접속한다.

여기서, 콘덴서(16)와 다이오드(17)로 이루어지는 직렬접속체의 각 배선, 및 이 직렬접속체를 IGBT의 입출력단자에 병렬에 접속하는 배선에는, 전술한 제1실시예로부터 제3실시예로 기술한 어느 구성의 배선기판을 사용한다.

저항(18)의 접속에 관해서는 배선의 인덕턴스가 영향하지 않은 것으로, 그 배선은 통상의 도체로 좋다.

이상의 구성에 있어서, 상하 어느 것인가의 IGBT가 턴오프한 경우를 설명한다.

여기서는, 브리지상부의 IGBT가 턴오프하는 경우를 예로 한다.

우선, IGBT가 온상태에 있다하여, 이 때, 콘덴서(16)는 저항(18)을 통하고 전원(3)의 양극, 음극단자에 접속되어 있기 때문에, 그 전압은 전원(3)의 전압과 같다.

브리지상부의 IGBT는 도시되어 있지 않은 부하에 전류를 공급하고있는 것으로 한다.

다음에, 이 IGBT가 도시되어 있지 않은 제어의 지령에 따라서 오프하고져 하면, IGBT를 흐르고있는 전류는 소자에 병렬로 설치된 스너버회로에 전류한다.

이 때, 스너버회로에 유입하는 전류는 배선기판의 인덕턴스 L1을 지나 콘덴서(16)에 달하며, 계속하여 제2의 배선기판의 인덕턴스 L2를 지나 다이오드(17)에 유입하며, 최후에 다이오드로부터 제3의 배선기판의 인덕턴스 L3을 지나 도시않고 있는 부하에 유입한다. 즉, 스너버회로에 전류하는 전류는 3개의 배선기판을 지난다.

종래의 스너버회로에서는, 배선의 인덕턴스가 배선의 형상으로 결정되는 값보다 작게되지 않아, 상기 스너버회로의 배선인덕턴스의 합계치는 최저라도 수백n H 정도의 값을 갖고 있었다.

그리고, 스너버회로에 유입하는 전류의 시간적변화는 IGBT의 전류차단속도와 같기 때문에, 스위칭속도가 빠른 IGBT에서는 수 kA/μ s에도 달한다.

이들의 결과, 전류가 스너버회로에 유입한 순간에는, 배선인덕턴스의 양단에는 L(d i/ d t)에서 표시되는 스파이크전압이 발생하며, 그 값은 수백V에서 1k V 에 가까운 값으로 되었다.

IGBT의 입출력단자사이에는 상기 스파이크전압에 콘덴서(16)의 충전전압을 가산한 전압이 인가되며, 대단히 높은 과전압로되어, 소자에 스트레스를 가하고 있었다. 특히, IGBT가 전류를 차단하고있기 때문에, IGBT는 전류를 흘리면서 동시에 과전압을 가되기 때문에, 양자의 적(積)으로 발생하는 순간적인 에너지에 의해서, IGBT가 파괴에 달하는 가능성이 있었다.

제16도의 실시예로서는, 전술과 같이 스너버회로의 배선에 상기 제1실시예로부터 제4실시예로 설명한 유도전류를 이용한 배선기판을 사용하고있기 때문에, 스너버회로에 전류가 전류(轉流)하였을 때의 시간적변화에 지연하지 않고 대응하며, 배선의 인덕턴스를 저감하여, 상기 스파이크 전압을 억제할 수가 있다.

특히, 전류의 시간적 변화가 상기 치이면, 그 등가주파수는 수 MHz이고, 이 고주파에 응한 쇄교자속의 시간변화로 유도전류가 발생하기 때문에, 그 반항 자계도 크고, 배선기판의 배선도체(1)의 합성인덕턴스는 원래의 자기인덕턴스의 약 1/2로 저감된다.

즉, 발생하는 스파이크전압도 반감하는 것이 되며, IGBT의 스트레스를 경감하는 장점이 대단히 크다.

본 실시예와 같이 회로부품형상에 의해 배선길이가 좌우되는 경우, 박상의 배선기판이 유효하고, 배선기판을 만곡 및 구부려 사용할 수 있기 때문에, 배선길이도 짧게 할 수 있다.

제18도 및 제19도는, 본 발명에 관계되는 전력변환 장치용 스너버 모듈의 실시예를 표시하는 정면도와 측면도이다.

본 실시예로서는, 제16도에 표시한 스너버회로의 배선을 1장의 수지기판(25)상에 집적화한 예 이다.

본 실시예는 전술한 제5도의 실시예의 응용이며, 수지기판(25)상에 제16도로 사선을 한 배선을 박상로 하여 붙인 예 이다.

물론 제5도와 같이 유도도체(2)에 해당하는 박(箔)은 부동전위상태에 있다.

이와 같이 집적화을 하는것에 따라, 배선길이는 짧게 되어 인덕턴스를 작게 할 수가 있다.

제20도는, 본 발명에 관계되는 전력변환 장치용 파워 모듈의 실시예를 표시하는 구성도이고, 제21도는 제20도의 모듈내부에 탑재되는 부품을 전기회로적으로 나타낸 것이다.

제20도에 있어서, 파워 모듈은 다이오드(26)이든지 트랜지스터(27)가 부착된 기판부(28)와, 그 기판부(28)의 소정위치와 모듈외면에 설치되는 단자를 접속하기위한 배선(31)을 갖고 있고, 상기 기판부(28), 및 그 위에 탑재되는 각 소자의 실장법은 종래의 모듈과 같다.

즉, 상기 기판(28)의 위에는, 우선 A1N 등의 절연세라믹판(29)이 땜납으로 고착시켜, 그 절연세라믹판(29)상에 다이오드(26)이나 트랜지스터(27)의 전극접속용의 박 도체(30)가 고착되며, 트랜지스터(27)및 다이오드(26)의 각 전극과 상기 박도체(30)는 전기적으로 본딩와이어에 의해 접속된다.

본 실시예의 특징은, 기판(28)에 설치된 전극으로부터 모듈외면의 단자까지를 접속하는 배선에 상기 제6실시예에 나타낸 와전류를 응용한 배선기판을 사용하고있는 것이다. 본 실시예에 의하면, 트랜지스터(27)및 다이오드(26)가 각각 스위칭 할 때에 생기는 전류의 시간적 변화에 응해서, 배선(31)에 구비된 유도도체(2)에 와전류가 흘러, 전술한 제5실시예와 같이 와전류의 효과로 배선(31)의 배선도체(1)에 대한 합성인덕턴스를 저감한다.

이 인덕턴스저감에 의해서, 이미 기술한 실시예와 같이, 스파이크전압의 저감, 전압진동을 억제하는 것으로서 저노이즈화, 및 배선의 전자에너지를 경감한 것에 의한 저손실화에 각각효과가 있다.

또 인덕턴스의 저감에 따라 트랜지스터(27)및 다이오드(26)에 인가되는 전압치가 내려가기 때문에, 이들의 소자의 스위칭손실도 저감되며, 이 결과로서 모듈의 방열에 관한 부품을 소형혹은 저비용화 할 수 있는 가능성도 있다.

또한, 본 실시예는 인버터장치의 1상분이 내장된 파워모듈에 관해서 설명하였지만, 본 발명은, 다른 반도체모듈에도 당연히 적용할 수 있다.

제22도는, 본 발명에 관계되는 전력변환장치용 파워 모듈의 실시예를 표시하는 구성도이며, 제23도는 제22도의 모듈 내부에 탑재되는 부품을 전기회로적으로 표시한 것이다.

제22도에 있어서, 파워모듈은 다이오드(26)와 트랜지스터(27)의 조를 병렬로 부착된 기판부(28)와, 그 기판부(28)의 소정위치와 모듈외면에 설치되는 단자를 접속하기 위한 배선(31)을 갖고 있으며, 상기 기판부(28), 및 그 위에 탑재되는 각 소자의 실장법은 종래의 모듈과 같다.

즉, 상기 기판(28)의 위에는, 우선 Al N 등의 절연 세라믹판(29) 땜납에 의해 고착되어, 그 절연세라믹판(29)상에 다이오드(26)든지 트랜지스터(27)의 전극접속용의 박도체(30)가 고착되어, 트랜지스터(27)및 다이오드(26)의 각 전극과 상기 박도체(30)는 전기적으로 본딩와이어에 의해 접속된다.

본 실시예의 특징은, 기판부(28)에 설치된 전극으로부터 모듈외면의 단자까지를 접속하는 배선의 일부에 상기 제6실시예에 표시한 와전류를 응용한 배선 기판을 사용하여 각 트랜지스터(27)와 다이오드(26)의 조에 흐르는 전류를 균등화하는 것이다. 본 실시예에 의하면, 트랜지스터(27)및 다이오드(26)가 각각 스위칭 할 때에 생기는 전류의 시간적 변화에 응해서, 배선(31)의 일부에 구비된 유도도체(2)에 와전류가 흘러, 전술한 제6실시예와 같이 와전류의 효과로 배선(31)의 배선도체(1)에 대한 합성인덕턴스를 저감한다.

이 인덕턴스저감에 의해서, 트랜지스터(27-1)에 의해 배선(31)이 가지는 합성인덕턴스와 트랜지스터(27-2)에의 배선(31)의 인덕턴스가 같이 되며, 각 트랜지스터(27)와 다이오드(26)의 조에 흐르는 전류를 균등화하는 것에 공헌할 수 있고, 스파이크전압 및 스위칭손실의 균등화에도 공헌할 수 있다.

이 결과로서 모듈이 안전한 동작에 기여할 수가 있다.

또한, 본 실시예는 다이오드(26)와 트랜지스터(27)의 조가 병렬로 접속된 파워모듈에 관해서 설명하였지만, 본 발명은, 다른 반도체모듈에도 당연히 적용할 수 있다. 제24도는, 본 발명에 관계되는 전력변환장치용 파워모듈의 실시예를 표시하는 도면이며, 모듈의 일부분을 표시한 평면도이다.

제25도는, 제24도의 측면도이다.

제24도에 있어서, 파워모듈은 트랜지스터(27)든지 다이오드가 부착된 기판부(28)와, 그 기판부(28)의 소정위치에 설치된 박도체(30)와 모듈외면에 설치되는 단자를 접속하기 위한 배선을 갖고 있으며, 상기 기판부(28), 및 그 위에 탑재되는 각 소자의 실장법은 종래의 모듈과 같다.

즉, 상기 기판(28)의 위에는, 우선 Al N 등의 절연세라믹판(29)이 땜납에 의해 고착되어, 그 절연세라믹판(29)상에 트랜지스터(27)든지 다이오드의 전극접속용의 박도체(30)가 고착되어, 트랜지스터(27)및 다이오드의 각 전극과 상기 동박(30)은 전기적으로 본딩와이어(47)에 의해 접속된다.

본 실시예의 특징은, 반도체, 박도체(30), 본딩와이어(47)의 상면을 덮도록 절연층(14)을 적층한 유도도체(2)를 설치하고있는 것이다.

이 유도도체(2)에는, 도시하지 않고 있지만 모듈외부단자와 박도체(30)를 접속하는 배선을 통과시키는 구멍(39)이든지 모듈조립때에 모듈내에 유입하는 겔재를통과시키기 위한 구멍(39)을 설치하고있다.

본 실시예에 의하면, 트랜지스터(27)및 다이오드가 스위칭 할 때에 생기는 전류의 시간적 변화에 응해서, 유도도체(2)에 와전류가 생기고, 전술한 제5실시예와 같이 와전류의 효과로 박도체(30)와 본딩와이어(47)의 배선인덕턴스를 저감할 수 있다. 특히, 제30도에 표시하는 거와 같이 유도도체(2)를 본딩와이어(47)에 접근시켜 배치하고 있기 때문에, 와전류에 의한 본딩와이어(47)의 배선인덕턴스저감에 공헌할 수 있다. 이 인덕턴스저감에 의해서, 이미 기술한 실시예와 같이, 스파이크전압의 저감, 전압진동을 억제하는 것으로 저노이즈화, 및 배선의 전자에너지를 경감한 것에 의한 저손실화에 각각 효과가 있다.

또 인덕턴스의 저감에 따라 트랜지스터(27)에 인가되는 전압치가 내려 가기때문에, 스위칭손해화살도 저감되어, 이 결과로서 모듈의 방열에 관계하는 부품을 소형 혹은 저비용화할 수 있는 가능성도 있다.

한편, 본 실시예는 트랜지스터(27)가 병렬접속된 파워모듈의 일부분에 관해서 설명하였지만, 본 발명은, 모듈내 전체에 대해서 당연히 적응할 수 있고, 다른 반도체 모듈에도 당연 적용할 수 있다.

제26도는, 본 발명에 관계되는 전력변환장치용 제어회로기판에 관한 실시예를 표시하는 평면도이다.

제27도는, 제26도의 측면도이다.

제26도에 있어서, 제어회로기판(50)(이하, 프린트배선기판(50)이라고 부른다)에는 도시하지 않고 있지만 파워반도체소자를 구동하기 위한 드라이버회로든지그 드라이버회로를 제어하기 위한 마이크로컴퓨터 및 그 주변회로든지 제어회로용전원등이 실장되어 있고, 실장법은 종래의 프린트배선기판과 마찬가지다.

즉, 상기 프린트배선기판(50) 위에는, 박도체(30)가 적층되어, 그 박도체(30)에 각 회로부품(49)이 고착되어, 제어회로가 구성된다.

본 실시예의 특징은, 상기 주회로배선에 관한 제6실시예로 표시한 와전류를 응용한 배선기판을 사용하여 프린트배선기판(50)상에 점퍼배선을 하는 것이다.

이 와전류를 사용한 배선기판은, 유도도체(2)의 양측에 절연체(14)를 적층하여, 상기 프린트배선기판(50)과 접하고 있지 않은 측에 설치한 절연체(14)의 상면에 배선도체(1)를 고착한 구성이고, 각 접속단자(5)를 접속한다.

또, 유도도체(2)는, 도시하지 않고 있지만 접속단자(5)의 한끝과 전기적으로 접촉시킨 구성이라도 상관없다.

본 실시예에 의하면, 파워반도체소자를 스위칭시키기 위해서는 드라이버회로에서 드라이브전력을 파워반도체소자에 공급할 필요가 있고, 스위칭때에 제어회로, 특히 드라이버회로에의 전원배선이든지 파워반도체소자에의 신호배선에는 스위칭에 따라 시간적으로 변화하는 전류가 흐른다.

이것들의 배선에 상기 와전류를 사용한 점퍼배선을 사용하면, 상기 주회로에 관하는 제6실시예와 같이 와전류의 효과로 배선인덕턴스를 저감할 수 있음과 동시에, 다른 제어용신호배선과의 간섭을 저감할 수 있다.

이 결과로 제어회로의 오동작의 저감에 공헌할 수 있고, 고신뢰인 전력변환장치를 구성할 수 있다.

다음에, 상기 실시예에서 기술한 본 발명에 의한 배선기판의 제조방법에 관해서 설명한다.

제28도, 제29도, 제30도는, 배선기판 및 제조방법을 표시하는 측면도와 구성도이다.

제28도는, 배선기판의 측면도이고, 배선도체(1)와 절연체(14)또는 고저항체(14)와 유도도체(2)를 평행하게 첨가하여 배치한 배선기판의 일부분을 표시한 측면도이다. 접속단자는, 도시하지 않고 있지만 볼트를 사용한 방식이든지 접착및 본딩등을 사용하여 행한다.

제29도는, 롤러를 사용한 열압착에 의한 제조방법을 나타내 있고, 도시하지 않고 있지만 롤러(44)에는 히터가 구비되어 있다.

가열된 상태에 있는 롤러(44)에, 접착면에 열경화성접착제를 도포한 배선도체(1)와 절연체(14)또는 고저항체(14)와 유도도체(2)를 거듭 삽입하여 열압착하여 각각을 고착시킨다.

제30도는, 프레스기계를 사용한 열압착에 의한 제조방법을 표시하고 있고, 도시하지 않고 있지만 프레스기계(45)에는 히터가 구비되어 있다.

가열된 상태에 있는 프레스기계(45)에, 접착면에 열경화성 접착제를 도포한 배선도체(1)와 절연체(14)또는 고저항체(14)와 유도도체(2)를 거듭 프레스판상에 설치하여 열압착하여 각각을 고착시킨다.

이상, 상기한 모든 실시예로 기술한 본 발명은, 게이트턴오프사이리스터 등의 다른 파워반도체소자를 사용한 전력변환장치에도 당연히 적용할 수 있다.

이상 기술한 것과 같이, 본 발명에 의하면, 전력변환장치의 전기적 접속을 하는 배선의 인덕턴스를 대폭 저감할 수 있다.

이 효과로서 파워소자에 인가되는 스파이크전압을 경감할 수 있고, 소자가 안전한 동작에 기여함과 동시에, 배선의 전자에너지를 경감하는 결과, 스너버회로의 손실을 저감하며, 또, 전압이든지 전류의 진동을 억제하여 저노이즈화하며, 또, 전자방사노이즈의 저감할 수가 있다.

또, 소자의 스위칭손실을 저감하고, 방열지느러미의 소형화 할 수 있는 등의 여러가지의 효과를 가지며, 각각 전력변환장치에 있어서 유익한 특성이 실현된다.

제1도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 주회로측면도.

제2도는 제1도의 평면도.

제3도는 제1도의 인덕턴스저감원리를 설명하는 도면.

제4도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 배선측면도.

제5도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 배선측면도.

제6도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 주회로외관도

제7도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 배선측면도.

제8도는 제7도의 평면도.

제9도는 제7도의 인덕턴스저감원리를 설명하는 도면.

제10도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 주회로측면도

제11도는 제10도의 상면도.

제12도는 제10도의 인덕턴스저감원리를 설명하는 도면.

제13도는 제12도의 상면도.

제14도는 제12도의 등가회로도.

제15도는 제10도의 인덕턴스저감원리를 설명하는 도면.

제16도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 스너버회로외관도.

제17도는 제16도에 포함된다.

제18도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 스너버모듈정면도.

제19도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 스너버모듈측면도.

제20도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 파워모듈의 구성도

제21도는 제20도의 부품및 배선을 표시한 회로도.

제22도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 파워모듈의 구성도

제23도는 제22도의 부품및 배선을 표시한 회로도.

제24도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 파워모듈의 평면도.

제25도는 제24도의 측면도.

제26도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 제어회로기판의 평면도.

제27도 제25도의 측면도.

제28도는 본 발명의 배선기판의 단면도.

제29도는 본 발명의 배선기판의 제조방법을 표시한 구성도.

제30도는 본 발명의 배선기판의 제조방법을 표시한 구성도.

제31도는 본 발명의 배선기판의 실험에 사용한 배선기판의 구성도.

제32도는 제31도의 실험결과를 표시하는 그래프.

제33도는 제31도의 실험결과를 표시하는 그래프.

제34도는 본 발명의 전력변환장치의 일실시예를 표시하는 파워모듈의 구성도.

제35도는 제34도의 부품미치배선을 표시한 회로도.

제36도는 제34도의 측면도.

Claims (16)

1. 회로를 구성하는 소자사이를 접속하고, 시간적으로 변화하는 전류가 흐르는 복수의 배선도체와,

   상기 배선도체와 절연되고 상기 배선도체와 근접하며, 상기 배선도체와 평행하게 배치된 상기 배선도체와는 다른 도체를 구비하고,

   상기 배선도체와는 다른 도체는, 회로가 형성되는 루프상의 배선도체와 같은 루프상의 형상이고,

   상기 복수의 배선도체 및 상기 배선도체와는 다른 도체의 형상은 판형상인 것을 특징으로 하는 배선기판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 배선도체 및 상기 배선도체와는 다른 도체의 판형상의 두께는 0.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 배선기판.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 배선도체와, 상기 배선도체와는 다른 도체와, 상기 배선도체와 상기 배선도체와는 다른 도체와의 사이를 절연하는 절연부를 적층하여 형성하여, 배치한 것을 특징으로 하는 배선기판.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 배선도체에 의해서 형성되는 루프상의 배선도체와, 상기 루프상의 배선도체에 대하여, 그 루프의 내측 또는 외측에서, 또한 상면 또는 하면을 덮도록 다른 도체로 형성한 루프상의 배선도체와는 다른 도체를 배치한 것을 특징으로 하는 배선기판.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 다른 도체와 기준전위 사이를 저항체로 접속한 것을 특징으로 하는 배선기판.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 저항체의 저항이, 1kΩ 이상인 것을 특징으로 하는 배선기판.
7. 소자에 접속되는 제1단자와,

   상기 소자와는 다른 타소자에 접속되는 제2단자와,

   상기 제1단자와 상기 제2단자와의 사이를 접속하여, 시간적으로 변화하는 전류를 흘리는 배선도체와,

   상기 배선도체와 평행하게 배치된 판상의 도체판과,

   상기 배선도체와 상기 판상의 도체판을 전기적으로 절연하는 절연부를 구비하고,

   상기 판상의 도전판의 폭이 상기 배선도체의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 배선기판.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 도체판과 상기 절연부와 상기 판상의 도체판은 적층하여 형성 배치한 것을 특징으로 하는 배선기판.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 판상의 도체판은, 1kΩ 이상의 저항치를 갖는 기판인 것을 특징으로 하는 배선기판.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 판상의 도체판은, 상기 제1단자 또는 제2단자중 어느 한쪽과 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 배선기판.
11. 제 7항에 있어서,

    상기 절연부는, 상기 배선도체 또는 상기 판상의 도체판중 어느 한쪽을 덮고, 상기 배선도체와 상기 판상의 도체판은 상기 절연부를 끼어 겹쳐서 배치한 것을 특징으로 하는 배선기판.
12. 제 7항에 있어서,

    상기 배선도체 및 상기 판상의 도체판의 두께는 0.5mm이하인 것을 특징으로 하는 배선기판.
13. 제 7항에 있어서,

    상기 판상의 도체판에는 구멍을 뚫어 놓은 것을 특징으로 하는 배선기판.
14. 전원으로부터 부하에 공급하는 전류를 통류, 또는 차단하는 것을 제어하는 전력변환장치의 소자의 입력부 또는 출력부와 다른 소자를 접속하는 배선도체와,

    상기 배선도체와는 전기적으로 절연되며, 상기 배선도체에 흐르는 전류에 따라서 유도전류를 발생하는 판상의 유도도체를 구비하고,

    상기 배선도체와 상기 판상의 유도도체는, 절연부재를 매개로 적층되고, 상기 배선도체의 폭보다 상기 판상의 유도도체의 폭이 넓고,

    상기 배선도체에 흐르는 전류에 따라서 상기 배선도체의 인덕턴스를 저감하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
15. 전원으로부터 부하에 공급하는 전류의 통류와 차단을 제어하는 전력변환장치의 파워반도체소자의 입력부와 출력부와의 사이에 병렬로 접속되는 스너버회로에 있어서,

    상기 스너버회로의 소자 사이를 접속하는 배선도체와,

    상기 배선도체와는 전기적으로 절연되며, 상기 배선도체에 흐르는 전류에 따라서 유도전류를 발생하는 판상의 유도도체를 구비하고,

    상기 배선도체와 상기 판상의 유도도체는, 절연부재를 매개로 적층되고, 상기 배선도체의 폭보다 상기 판상의 유도도체의 폭이 넓고,

    상기 배선도체에 흐르는 전류에 따라서 상기 배선도체의 인덕턴스를 저감하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
16. 전원으로부터 부하에 공급하는 전류의 통류와 차단을 제어하는 전력변환장치의 파워반도체소자가 내장된 모듈의 단자부와 파워 반도체소자를 접속하는 배선도체에 있어서,

    상기 모듈은 금속제의 기판과 상기 금속기판상에 절연층과 그것에 고착된 박도체을 갖고, 상기 박도체에 상기 파워 반도체소자를 고정하며,

    상기 배선도체는, 단자부와 동일도체로 형성되며, 단자부로부터 상기 박도체를 접속하며, 상기 배선도체가 소정의 상기 박도체 또는 상기 파워 반도체소자 근방까지 상기 모듈의 금속기판과 평행하게 배치하며, 또한 금속기판과의 간격을 3mm 이하로 하여 배치하며, 상기 배선도체에 흐르는 전류에 의해 상기 배선도체의 인덕턴스를 저감하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.