496105 A7 B7 低峰 降尖 以的 流件 電元 7T^ 感導 等半 。 置率置 裝功裝 換的換 變它變 力用力 電使電 用及的 1利板化 域於基失 領關線損 }用與配低 1利係的及 ί的明感制 W上發電抑 Μ業本的的 W產 線壓 ^ ( 配電 五 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 〔習知的技術〕 使用元件的電壓數十V以上的功率半導體元件,將直 流電力變換爲交流電力,將交流電力變換爲直流電力,或 將直流電力變換爲直流電力的電力變換裝置’近年來元件 的大電流化及轉換速度的高速化顯著° 隨著轉換元件的〇N/〇F F時產生的電流變化( d i/d t )也成爲數 KA/// s。 因流通此種電流的配線具有電感L,故轉換時產生以 Ld i / d t顯示的尖峰電壓,該尖峰電壓以功率半導體 元件的應力電壓附加,並增加功率半導體元件的轉換損失 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又,配線儲存以(1/2 ) Li 2顯示的電磁能量。該 儲存的電磁能量因由緩衝電路具有的電容器等吸收由電阻 等放出,故帶來緩衝損失。 因此,配線的電感以愈小爲宜,惟由於電感係由配線 尺寸決定,故縮短配線長度爲習知的對處方法。 又,最近已有檢討使用兩條配線間的相互電感以減少 各配線的合成電感的方法,其中一例有日本特開平6 -2 2 5 5 4 5號(以下稱第1習知的技術)的方法》 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(21〇><297公釐) 一 4 一 496105 A7 _ B7 五、發明説明(2 ) 一方面,除上述公知的例外已知有考量配線持有的電 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 感特性的配線即屏蔽(sh i e 1 d )電纜,同軸電纜,微波帶 狀線路(microstrip line)等 0 屏蔽電纜係經絕緣體覆蓋配線導體將屏蔽導體設於配 線導體,將該屏蔽導體連接於電感極低的接地點。因此, 配線導體所產生的電場由接地的屏蔽導體遮斷以防外洩並 可得外部噪音電場不致傳至配線導體的靜電屏蔽效果。 同軸電纜係將電磁波關進以屏蔽導體包圍的關閉空間 以傳送信號的線路。因此,經以配線導體爲中心高周波損 失小的絕緣體覆蓋配線導體設置屏蔽導體。以此構成,使 特性電感一定而可保持連接電路的整合條件。 尤其也可由將流經配線導體的電流逆向,大小相等的 電流流通於屏蔽導體使特性電感一定,以保持連接電路的 整合條件。由於此構成,使配線導體所產生的磁場不致洩 漏至屏蔽導體外部,並使特性電感一定而可保持連接回路 的整合條件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 微波帶狀線路係用做微波傳送線路的平行平板形同波 管的一種經絕緣體將帶狀導體平行設於導體板,將電場加 於其導體間以傳遞電磁波的傳送線路。故,有將導體板固 定於不受外界變動的電位的必要,通常連接於接地電位( earth)。其中一例有曰本特開平5 - 283487號( 以下稱第2的習知技術)。 〔發明欲解決的課題〕 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -5 - 496105 A7 ___ B7_ 五、發明説明(3 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 依上述第1的習知技術,爲了使用相互電感,降低配 線的合成電感’即分別將流動方向不同的電流流通於平行 接近的兩條配線。如輸入電流及輸出電流,其振幅與相位 的時間變化相同,分別將輸入電流及輸出電流以往復電流 流通於上述兩條配線即可。惟有振幅與相位的時間變化可 利用相同電流時則受限制,而無接近的配線時即無法利用 電感的問題。 又,上述屏蔽導體或同軸電纜,或微波帶狀線路也與 第1的習知技術一樣,經絕緣體將其他導體配於配線導體 ,不將故意與配線電流方向不同的電流流通於所配導體即 無法獲得電感降低效果。因此,即使使用上述習知的技術 對降低電力變換裝置的配線電感有限。若無法充分降低配 線的電感,則除留下前述尖峰電壓及緩衝損失等問題外, 尙有由配線的電感與元件的產生電容間發生的共振致電壓 振動,受此影響,將招致噪音誤動作的問題。 〔發明的目的〕 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明的目的係提供不對構成電路的配線流過與配線 電流不同方向的電流,降低其配線的電感,降低上述尖峰 電壓轉換損失或緩衝損失或噪音的配線基板及使用它的電 力變換裝置。 〔解決課題的方法〕 依本發明,爲解決上述課題,由於對構成電路的配線 本纸浪尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 496105 A7 __B7 五、發明説明(4 ) 導體設產生電感電流的其他導體,以形成降低配線的電感 的配線基板。 將上述其他導體靠近且平行配置於配線導體。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 又,藉由流經電路的電流而形成的圏及令環狀導體靠 近,平行地配置以重疊於此圏,圈。據此,在使上述靠近 ,平行配置的導體中產生感應電流,由該感應電流降低上 述配線導體的合成電感。 〔作用〕 由上述構成,當隨時間變化的電流流經構成電力變換 裝置等的電路所用的配線導體時,由該電流使各該配線導 體產生磁場。該磁場與靠近平行配線於配線導體的其他導 體,其他配線導體,或連接成螺狀的環狀導體聯鏈使各該 其他導體產生感應電動勢。該感應電動勢使流經配線導體 的電流逆向的電感電流流通於各該其他導體。該感應電流 使各該其他導體產生逆向磁場,具有減弱上述配線導體所 作磁場的作用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一般由感應電流所作的磁場稱爲反磁場。該感應電流 及流經配線導體的電流,具有與上述習知技術的兩條配線 的往復電流同效果,可獲得由電感電流的相互電感降低配 線導體的合成電感的效果。 此僅對隨時間變化的電流流過配線導體有效,例如將 本發明的配線基板使用於電力變換裝置的緩衝電路時僅在 功率半導體元件轉換時脈衝狀電流流過緩衝電路。由該電 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 一 Ί 一 496105 Α7 Β7 五、發明説明(5 ) 流變化產生上述電磁電流,而可降低緩衝電路配線的電感 。該效果將抑制轉換時產生的共峰電壓。 又將本發明的配線基板使用於自電力變換裝置的電源 至功率半導體元件的配線時,因該配線上的電流由一般 P W Μ (脈衝幅度調)控制,重複流通形狀電流,故由電 流的上昇及下降時的電流變化產生上述感應電流,而可獲 得降低配線導體的電感的效果。該效果係減輕配線的電磁 能量使電力變換裝置低損失化,呈降低裝置的電磁放射噪 音,降低包圍裝置的金屬外殻及構件等發熱、振動、噪音 、射頻雜訊。 〔實施例〕 以下根據圖面說明本發明的一實施例。 圖1係顯示有關本發明的電力變換裝置的主電路部的 側面圖,圖2係顯示其頂面圖。 圖1及圖2係顯示功率半導體元件的絕緣閘極雙極電 晶體(以下稱I G Β Τ )模塊4與電源3的連接情形。 IGBT模塊4的輸入及輸出接頭12與電源3的正 極及負極的接頭1 3係用配線導體1連接。在配線導體1 的上部爲了平行通以感電應流而配置感應導體2 ° 本實施例更爲了與流過此電路的電流圏重疊而配置以 導體40連接感應導體2的各端而構成的環狀感應導體2 〇 該環狀感應導體2,非連接這種複數導體者也可以。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • - si - ·ϋψ . 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一 8 一 496105 A7 _____B7 五、發明説明(6 ) 模塊4內部的I GBT係根據未圖示的控制電路指令 而〇N/0 F F。該控制方向有多種,惟無論使用任何方 法,根據I GBT的ΟΝ/OFF自電源3流至模塊4的 電流係經通電或遮斷,成爲斷續的脈衝狀電流。 依照該電流的時間變化,感應電流流過以感應導體2 與導體4 0構成的環狀導體,藉由該感應電流可降低配線 導體1的電感。 又,配線導體1的兩端與模塊4的接頭1 2及接頭 1 3電性連接,而其上部的感應導體2係用絕緣性軸環7 以螺栓8及螺栓1 0鎖緊,並與感應導體2與接頭1 2及 接頭1 3電性分離。 又雖未圖示,因感應導體成爲漂移電位故例如將約 1ΚΩ的電阻一端連接於感應導體2,而將電阻另一端連 接於基準電位即可防止感應導體2儲存電荷。 上述構造上重要的一點爲配線導體1與感應導體2的 間隔4 b ,該間隔盡可能以狹窄爲宜。此等於盡可能使流 過配線導體1的電流與感應電流接近。惟,本實施例因如 前述以絕緣體配線導體1與感應導體2,故有保持兩導體 絕緣性的必要,而無法使兩導體的間隔爲絕緣距離以下。 此點在使感應導體2的感應電流效果發揮至最大限度上至 爲重要。 茲以實驗驗證間隔4 b與電感的關係,舉其一例供參 考。 圖3 1顯示實驗所用的配線基板的形狀。其構造爲將 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) " ~ -9 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496105 A7 B7 五、發明説明(7 ) 雲母製絕緣體14黏著於切成圏狀的銅製配線導體1上, 作成將與配線導體1同形狀,厚度不同的銅製環狀感應導 體2黏著於絕緣體1 4上的構造。尤其令其爲可改變配線 導體1與環狀感應導體2的間隔4 b的構造。 實驗係使環狀導體的有無及上述間隔4b變化,對 間隔4 b測定配線導體1的電感。 其結果如圖3 2所示,由圖3 2可知令間隔4 b極小 時,與無環狀導體比較可令配線電感至約1/1 〇。又由 圖3 3可知當間隔4 b加大時,配線的電感降低效果減少 。此可認爲間隔4 b愈大,則與環狀感應導體2不聯鏈的 洩漏磁場增加,並且配線電流與感應電流的距離分離。故 可認爲間隔4 b至少以1 m m以下爲有效。 第2重點爲感應導體2及導體4 0所作的環狀感應導 體2的電阻值,以盡可能使該電阻值愈小爲宜。即流過環 狀感應導體2的感應電流的大小係由聯鏈磁通的變化發生 的感應電動勢及環狀導體2的電阻值決定。故至少比配線 導體1還減少環狀感應導體2的電阻值,增加流過環狀感 應導體2的感應電流至爲重要。 第3個重點乃配線導體1及環狀感應導體2的剖面形 狀。當含高頻率成分的電流流經配線導體1時,流經配線 導體1的電流產生趨膚效應。而由流過配線導體1的電流 所作的磁場感應的感應電流也含高頻率成分,而流經環狀 感應導體2的感應電流也產生趨膚效應。故配線導體1及 環狀感應導體2也以加大其表面形狀’例如箔形狀爲宜。 用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) I,-------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10 - 496105 A7 B7 經濟部智慧財產局B(工消費合作社印製 五、發明説明(8 ) 又,配線基板剖面形狀雖未圖示,惟將覆蓋配線導體1的 感應導體2附貼於配線導體1 ,將各感應導體2以導體 4 0連接成環狀的配線基板,也可獲得與圖1所示配線基 板同稱的效果。 其次’說明本實施例中配線導體1的電感降低到以構 造決定的自感以下的原理。 圖3係說明依照本發明的配線導體1的電感降低的原 理的圖。如該圖所示,隨時間變化的電流向如3 4的箭頭 所示反時鐘方向流經配線導體1所作的圏時,箭頭所示的 磁場3 2產生於配線導體1的圈內,該磁通交鏈連接成環 狀的感應導體2。該聯鏈磁通隨電流的瞬時值變化。結果 ,依電磁學所知的法拉第定律,感應導體2產生隨聯鏈磁 通的時間變化的感應電動勢,由該感應電動勢及感應導體 2的電阻產生的電流以感應電流4 2流入感應導體2。該 感應電流4 2的方向係如作打消聯鏈磁通的反磁場4 1發 生,如圖中所示,順時鐘方向流動。即向流經配線導體1 的電流逆向流動。此如前述公知例所述與以逆向電流所作 相互電感使各配線的合成電感降低的原理等效’本發明的 特徵爲:利用感應導體2的感應電流等效產生相互電感的 效果。 而,流經配線導體1的圈電流3 4所作的磁場3 2係 由流過感應導體2的感應電流4 2所作的反磁場4 1減弱 .。因此,等於減少自配線導體1放出到外部空間的電磁放 射量。電力變換裝置中各配線路徑使用本發明的15線基板 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) £ 訂 .0. -11 一 496105 A7 B7 五、發明説明(9 ) 即關連降低裝置放出的電磁放射噪音。如上述,由於電磁 放射噪音的降低效果對裝置的金屬外殼及構件的交鏈磁通 減弱而可降低由感應電流的發熱,振動產生的噪音及射頻 雜訊。 又,本實施例係說明使用I GB T做各功率半導體的 電力變換裝置,惟本發明當然也可適用於使用其他功率半 導體的電力變換器。 圖4係顯示與本發明有關的電力變換裝置的主電路部 的第2實施例的側面圖。圖4與前述圖1不同的處爲,配 線導體1的厚度較薄。此乃隨時間變化的電流流經配線導 體1時產生趨處效應,電流頻率愈高則僅流經導體表面。 因此適以高頻率電流時,即使加大配線導體1的厚度,惟 因電流不流經導體內部故無意義。減薄配線導體1的結果 ,除材料低廉外,可減輕裝置重量。 與圖1的第2差異點爲,在配線導體1與感應導體2 間疊層絕緣體1 4。感應導體2介裝該絕緣體與配線導體 1並聯。由此種構成,與上述第1實施例一樣,可降低配 線導體1的電感,由於與上述第1實施例比較使配線導體 1減薄,減輕,即可減輕裝置重量及低成本化。 圖5係顯示與本發明有關的電力變換裝置的主電路部 的第3實施例。圖5與圖1及圖4不同點各爲’除配線導 體1加上感應導體2厚度也予減薄。即流經感應導體2的 感應電流因僅流經導體表面,故即使減薄其厚度’惟並不 影響本發明的效果。又,本實施例薄配線導體1及感應導 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12 - 496105 A7 B7 五、發明説明(ίο ) 體2厚度的結果,如圖5所示,可將整體配線基板形成箔 狀,由形成此種箔狀配線基板,可將配線模塊4或電源3 等外形凹凸拉成曲線。由此種構成與上述第1實施例一樣 可減稱配線的電感,並由於與上述第1實施例比較將配線 導體及感應導體2形成箔形狀,故易彎曲及折曲配線基板 可利用於接頭間的連接,而可以最短距離,更可降低配線 的電感。 圖6係顯示與本發明有關的電力變換裝置的主電路部 的第4實施例的構成圖。與前述實施例不同處係將複數環 狀感應導體2附貼配置於流經電路的圏電流過徑。此時, 各環狀感應導體2的設置位置,係依各配線導體1間電位 不同,每絕緣的配線導體1準備設置環狀感應導體2。又 各環狀感應導體2係在環狀導體間予以絕緣並靠近’並不 重疊配置,覆蓋流經電路的電流所作的環內側設置至爲重 要。 與上述實施例的第2差異處爲,以一點電性連接配線 導體1與環狀感應導體2。圖6所示配線4 3係連接配線 導體1與環狀感應導體2用的配線。如上述,以一點連接 ,使配線電流流入環狀感應導體2不妨礙感應電流的電感 減低效果,尙且配線導體1與環狀感應導體2成同電位, 而無需絕緣。故可將配線導體1與環狀感應導體2極靠近 設置。 與上述實施例的第3差異處爲,在配線導體1與環狀 感應導體2間疊層高電阻體1 4。如上述由於配線導體1 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210Χ:297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 13 - 496105 A7 B7 五、發明説明(11 ) 與環狀感應導體2爲同電位,故高電阻體只要具有配線電 流3 4不流入環狀感應導體2程度的電阻值即可,即約1 // Ω程度即可。 由如以上構成,可將配線導體1與環狀感應導體2極 靠近設置,而可提高配線電感的降低效果及電磁放射量減 低效果。 圖7及圖8係顯示與本發明有關的電力變換裝置的主 回路部的第5實施例的側面圖及頂面圖。 圖了及圖8所示實施例與前述各實施例不同的處爲, 如圖8可知,對複數配線導體配置共同感應導體2。由此 種構成,隨流過配線導體1的電流的時間變化,感應電流 的一種的渦電流流經感應導體2中,除了由該渦電流即可 降低配線導體1的電源外,與上述第1實施例比較,可對 配線導體1數減少感應導體2數,而可縮短裝置製造組裝 行程,又雖未圖示,因感應導體2爲漂移電位,故將高電 阻一端連接於感應導體,另一端連接於基準電位,即可防 止電荷儲存於感應導體2。 其次說明本實施例與上述實施例一樣,將配線導體1 的電感降低至以構造決定的自感以下的原理。 圖9係依本發明的基板降低配線導體1的電感的原理 的說明圖。如該圖所τκ ’向3 4的箭頭所示方向,隨時間 變化的電流流經配線導體1時,對箭頭所示順時鐘方向產 生磁場3 2 ^該磁通交鍵感應導體2。聯鍵磁通係隨電流 瞬時值變化。結果如電磁學所知,感應導體2產生隨聯鏈 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)~" (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14 - 496105 A7 _B7_ 五、發明説明(12 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 磁通的時間變化的感應電動勢,由該感應電動勢及感應導 體2的電阻產生的感應電流以渦電流3 3流入感應導體2 。該渦電流3 3的方向係如作打消聯鏈磁通的反磁場發生 。而各渦電流3 3的合成電流係流至配線導體1的正下方 ,成渦電流3 3。該渦電流3 3的方向與流入配線導體1 的電流逆向。此乃如前述公知例所述,與以逆向電流所作 的相互電感使各配線的合成電感降低的原理等效’本發明 其特徵爲利用感應導體2的渦電流等效地產生相互電感的 效果。 圖10及圖11係顯示與本發明有關的電力變換裝置 的主電路部的第6實施例的側面圖及頂面圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1 0及圖1 1顯示功率半導體元件的絕緣閘極雙極 電晶體(以下簡稱I GBT)模塊4與電源3的連接情形 ,IGBT模塊4的輸入及輸出的接頭12與電源3的正 極及負極接頭1 3係用配線導體1連接。配線導體1上部 ,與此平行配置第2感應導體2。模塊4內部的I GBT 係隨未圖示的控制電路指令〇 N/〇F F。該控制方法有 多種,惟無論使用任何方法均隨I GBT的〇N/〇F F 接通,或遮斷自電源3流至模塊4的電流,成爲斷續的脈 衝狀電流。隨該電流的時間變化,感應電流的一種渦電流 流至感應導體,由該渦電流降低配線導體1的電感乃本發 明方法。 配線導體1及感應導體2的一端係用導電性軸環1 1 ,及螺栓1 0固定於電源接頭1 3,上述兩導體與接頭 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) -15 - 496105 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __ B7五、發明説明(13 ) 1 3係電性連接。一方面,配線導體1的另一端與模塊4 的接頭1 2係電性連接,惟其上部的感應導體2係用絕緣 性軸環6及7以螺栓鎖緊,感應導體2與接頭1 2係以電 分離。如上述,感應導體2的一端係電性連接,而另一端 電性分離在使渦電流流過該導體上至爲重要。即,感應導 體2與接頭12,13連接,則與配線導體1 一樣,感應 導體2有流經電源與模塊間的電流流動,由於流經兩導體 的電流方向相同,故不致引起因後述渦電流造成電感的減 少。又,雖未圖示,有利用上述渦電流的配線基板構造加 上尤其使配線導體1及感應導體2減薄的構造及在配線導 體1與感應導體2間疊層高電阻體14的構造的配線基板 。該高電阻體1 4,因配線導體與感應導體2間爲同電位 ,故無需將兩導體絕緣,因流經配線導體1的電流不分流 至感應導體2的大小的電阻值即可,故約lk〇即可。由 此種構成,隨流經配線導體1的電流的時間變化,與感應 導體2交鏈的聯鏈磁通將隨電流的瞬時值變化。結果,感 應導體2產生隨聯鏈磁通的時間變化的感應電動勢,由該 感應電動勢及感應導體2的電阻產生的電流以渦電流流至 感應導體2。由該渦電流的合成電流降低配線導體1的電 感。 上述構造的重點爲,配線導體1與感應導體2的間隔 ,該間隔盡可能狹窄爲宜。本實施例係如前述因配線導體 1 ,感應導體2電性連接於接頭13 ,故感應導體2的電 位與配線導體1相等。感應導體2的電位與配線導體1不 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,裝· 訂 ·. 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210Χ:297公釐) -16 - 496105 A7 B7 五、發明説明(14 ) 同時,有保持兩導體絕緣性的必要,兩導體的間隔無法縮 短至絕緣距離以下。然而,本實施例因兩導體接頭處同電 位,故可靠近至絕緣距離以下。此乃將感應導體2的渦電 流效果發揮至最大限度上至爲重要。 第2重點係配線導體1與感應導體2的寬度,如圖 1 1所示,在容許配線實裝上的空間及耐壓等的範圍將感 應導體2的寬度比配線導體1的寬度加大,與渦電流的合 成電流增加有關,與擴大合成電流所作的圏面積,增加因 流經配線電流正下方的合成電流的相互電感效果有關。 第3重點係感應導體2的材質,以導電性優異的銅, 或鋁等爲宜。此種良導體,在同磁通交鏈時所流過的渦電 流加大。一方面,配線導體1與通常的匯流條一樣使用銅 〇 其次說明本實施例的配線導體1的電感被降低至以構 造決定的自感以下的原理。 圖1 2係說明以本發明的配線基板降低配線導體1的 電感的原理的圖。如該圖所示,當3 4的箭頭所示方向, 隨時間變化的電流流經配線導體1時,對箭頭所示反時鐘 方向產生磁場3 2 ’該磁通父鍵感應導體2。聯鍵磁通係 隨電流的瞬時值變化。結果,如電磁學所知,感應導體2 產生隨聯鏈磁通的時間變化的感應電動勢,由該感應電動 勢及感應導體2的電阻產生的電流以渦電流3 3流入感應 導體2。該渦電流3 3的方向係如作打消聯鏈磁通的反磁 場發生,圖中在配線基板1左側,如3 3 — 1所示反時鐘 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) ~ -17 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496105 A7 ___ B7 五、發明説明(15 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 方向,在配線導體1右側如3 3 - 2所示順時鐘方向發生 。綜合流經感應導體2的各渦電流時,如圖1 3所示,在 配線導體1正下方,成爲與流經配線導體1的電流逆向。 此乃如前述公知例所述與逆向電流所作相互電感降低各配 線的合成電感的原理等效,本發明以利用感應導體2的渦 電流等效產生相互電感的效果爲特徵。 若以電性等效電路顯示圖1 3的關係的話,即可顯示 如圖14。該圖中,35相當於配線導體1 ,又36相當 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於感應導體2。將兩導體間以磁性結合的聯鏈磁通與反磁 場的關係以變壓器等效顯示。此處將相當於感應導體2的 3 6兩端短路的電阻3 8係感應導體2的電阻。電阻38 因渦電流僅流經表面附近,故與感應導體2的體積決定的 通常的電阻值不同。此處加大合成電阻3 8的值至在不妨 礙流經感應導體2的電等效電路3 6的渦電流的程度時, 經圖中變壓器顯示的磁性結合,以合成電阻3 8熱消耗配 線導體1的電等效電路3 5的電磁能量。此在抑制配線的 電磁能量爲原因所生的電流或電壓的振動上至爲重要。爲 了加大圖14的合成電阻3 8的值,如圖1 5所示,不妨 礙渦電流下避免配線導體1正下方,在感應導體2開孔 3 9即可實現。由於渦電流避開此孔流動,故其電流過徑 增加,而增加圖1 4所示合成電阻3 8。由如圖1 5的構 造,以感應導體2將儲存配線導體1的電感的電磁能量轉 換成熱,以抑制制振動即可使電路低噪音化。 圖16及圖17係顯示與本發明有關的電力變換裝置 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -18 - 496105 A7 B7 五、發明説明(16 ) 的緩衝電路的實施例的構成圖。圖1 6係緩衝電路部的外 觀,圖1 7係以電路圖描繪圖1 6所含構件及配線的圖。 装-- (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在圖1 6及圖1 7中,轉換元件係I GBT,將其模 塊爲1 9。以下圖1 6的外觀圖說明各構件的連接圖係’ 參照圖1 7的電路圖,較易了解連接關係。又,圖1 6所 示緩衝電路的構成爲公知者’本實施例以該公知的電路爲 例,使用緩衝電路配線利用前述感應電流的配線基板爲特 徵,而緩衝電路本身以任何構成均可。 首先,圖1 6中,連接電源3的正極及負極接頭與 I GBT模塊1 9。又’本實施例中圖1 6的加斜線的配 線者爲本發明的配線基板’連接電源與模塊的配線成爲通 常的配線,惟該部分也如圖1的實施例所示,使用本發明 的配線基板也可。模塊1 9內部係以串聯的電橋構成連接 2個I G B T。該電橋相當於馬達驅動用的相換流器的1 相分。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其次就緩衝電路申述。緩衝電路係如圖1 7所示,分 別對電橋上下的I GBT各具備1隻,將由吸收能量的電 容器1 6及二極體1 7所構成的串聯連接體,分別並聯連 接於上下I GB T的輸入接頭與輸出接頭間。又,自電容 器16與二極器17的連接部對電橋的正側或負側接頭連 接電阻1 8。此處,將由電容器1 6及二極體1 7所構成 的串聯連接體的各配線以及此串聯連接體並聯連接於 I G BT的輸入輸出接頭的配線,係使用前述第1至第3 實施例所述的任一構成的配線基板。關於電阻1 8的連接 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐) -19 - 496105 Α7 Β7 五、發明説明(17 ) ,由於配線的電感不影響,故其配線以通常的導體即可° 茲說明以上構成中、上、下任一 I G B T斷開的情形 。以電橋上部的I G B T斷開的情形爲例。首先, I GBT爲ON狀態,此時,因電容器1 6經電阻1 8連 接於電源3的正極,負極接頭,故其電壓等於電源3的電 壓。設電橋上部的I GB T將電流供給未圖示的電荷。其 次該I G B T依未圖示的控制指令欲〇 F F時,流經 I G B T的電流轉流於並聯設於充件的緩衝電路。此時流 進緩衝回路的電流通過配線基板的電感L1至電容器16 ,繼續通過第2配線基板的電感L 2流入二極體1 7,最 後自二極管通過第3配線基板的電感L3流進未圖示的負 載。即轉流入緩衝電路的電流通過3個配線基板。 習知的緩衝電路,因配線的電感不比配線的形狀所定 的值小,故上述緩衝電路的配線電感的合計值最低也具有 數百η Η程度的值。而因流進緩衝電路的電流的時間變化 等於I GBT的電流遮斷速度,故轉換速度快的I GBT 並達數kA//z S。此等結果在電流流進緩衝電路的瞬間 ,在配線電感兩端產生以L(d i/d t )顯示的尖峰電 壓,其值達數百V至近1 kV的值。在I GBT的輸入輸 出接頭間,附加上述尖峰電壓加算電容器1 6的充電電壓 的電壓,成爲非常高的過電壓,將壓力加於元件。尤其因 在I G B T遮斷電流中,由於I G B T流通電流的同時加 上過電壓,故由兩者的積產生的瞬間能量,I GBT可會g 甚至破壞。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20 - 496105 A7 B7 五、發明説明(18 ) 圖1 6的實施例,因如前述緩衝電路配線使用利用上 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 述第1至第4實施例說明的感應電流的配線基板’故無遲 延對應電流轉流於緩衝電路時的時間變化,降低配線的電 感,而可抑制上述尖峰電壓。尤其電流的時間變化爲上述 值時,其等效頻率爲數MHz ,.因隨該高頻率的聯鏈磁通 的時間變化產生感應電流,故其反磁場也大,配線基板的 配線導體1的合成電感減至原來的自感的約1/2。即發 生的尖峰電壓也減半,減輕I G B T的應力的價值非常大 〇 如本實施例由電路構件形狀左右配線長度時,箔狀配 線基板有效,而可彎曲及折曲配線基板使用,故可使配線 長度縮短。 圖18及圖19係顯示與本發明有關的電力變換裝置 用緩衝模塊的實施例的正面圖及側面圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本實施例,係將圖1 6所示緩衝電路的配線集積於1 環樹脂基板2 5上的例。本實施例係前述圖5的實施例的 應用,爲將圖1 6加斜線的配線以箔狀貼於樹脂基板2 5 上的例。當然與圖5 —樣,相當於感應導體2的箔爲浮動 電位狀態。由於實施此種集積化,配線長度縮短可減小電 感。 圖2 0係顯示與本發明有關的電力變換裝置用功率模 塊的實施例的構成圖,圖2 1係以電電路顯示裝載於模塊 內部的構件者。 圖2 0中,功率模塊具有裝置二極體2 6及電晶體 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) -21 - 496105 A7 _____ B7 五、發明説明(19 ) 2 7的基板部2 8,及連接設於該基板部2 8的所定位置 及模塊外面的接頭用配線3 1 ,上述基板部2 8,及其上 所裝載的各元件實製法係與習知的模塊相同。即,上述基 板2 8上以錫焊固定A 1 N等絕緣陶瓷板2 9 ,在該絕緣 陶瓷板2 9上固定二極體2 6及電晶體2 7的電極連接用 箔導體3 0,電晶體2 7及二極體2 6的各電極與上述箔 導體3 0係以電接合電纜連接。 本實施例的特徵爲,連接自基板2 8所設電極至模塊 外面接頭的配線使用應用上述第6實施例所示渦電流的配 線基板。依本實施例,隨電晶體2 7及二極體2 6分別轉 換時所生電流的時間變化,配線3 1具有的感應導體2流 過渦電流,與前述第5實施例一樣由渦電流的效果,降低 對配線31的配線導體1的合成電感。由該電感的降低與 既述的實施例一樣分別具有降低尖峰電壓,抑制電壓振動 的低噪音化,及由於減輕配線的電磁能量的低損失化的效 果。又因隨電感的降低,附加於電晶體2 7及二極體2 6 的電壓值下降,致各該元件的轉換損失也降低,結果,也 可使模塊放熱有關的構件小形或低成本化。又,本實施例 說明內裝反相器裝置的1單相分的功率模塊,惟本發明當 然也可適於其他半導體模塊。 圖2 2係顯示與本發明有關的電力變換裝置用功率模 塊的實施例的構成圖’圖2 3係以電電路顯示圖2 2的模 塊內部裝載的構件。 圖2 2中,功率模塊具有以並聯安裝二極體2 6及晶 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -22 - 496105 A7 ____B7_ 五、發明説明(20 ) 體管2 7組件的基板部2 8,及連接設於其基板部2 8的 所定位置及模塊外面的接頭用配線3 1 ,上述基板部2 8 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,及其上裝載的各元件的實裝法係與習知的模塊相同。即 ,上述基板2 8上,先以錫焊固定A1N等絕緣陶瓷板 2 9 ,其絕緣陶瓷板2 9上固定二極體2 6及電晶體2 7 的電極連接用箔導體3 0,電接合電纜連接電晶體2 7及 二極體2 6的各電極與上述箔導體。 本實施例的特徵爲,連接自基板部2 8所設的電極至 模塊外而接頭的配線的一部分使用應用上述第6實施例所 示渦電流的配線基板,使流經各電晶體2 7及二極體2 6 的組件的電流均等化。依本實施例,隨電晶體2 7及二極 體2 6分別轉換時所生電流的時間變化,渦電流流入配線 3 1的一部分具有的感應導體2,與前述第6實施例一樣 ,以渦電流的效果降低對配線3 1的配線導體1的合成電 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 感。由該電感的降低,對電晶體2 7 — 1的配線3 1持有 的合成電感及對電晶體2 了― 2的配線3 1的電感相等’ 而可貢獻於流經各電晶體2 7及二極體2 6的組的電流均 等化,也可貢獻於尖峰電壓及轉換損失的均等化,結果可 使模塊動作安全。又本發明係說明以並聯連接二極體2 6 與電晶體2 7組件的功率模塊,惟本發明當然也可適用於 其他半導體模塊。 圖2 4係顯示與本發明有關的電力變換裝置用功率模 塊的實施例圖,顯示模塊一部分的頂面圖。圖2 5係圖 2 4的側面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) - 23 - 496105 A7 B7 五、發明説明(21 ) 圖2 4中,功率模塊具有裝置電晶體2 7及二極體的 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 基板部2 8,及連接於其基板部2 8的所定位置的箔導體 3 〇與段於模塊外面的接頭用配線,上述基板部2 8,及 其上裝載的各元件的實裝法係與習知的模塊相同。即上述 基板2 8上,先以鍚焊固定ALN等絕緣體2 9,在該陶 瓷板2 9上固定電晶體2 7及二極體的電極連接用箔銅體 3 0,並以電纜4 7連接電晶體2 7及二極體的各電極與 上述銅箔3 0。 本實施例的特徵爲設覆蓋半導體,箔導體3 0,接合 電纜4 7頂面,疊層絕緣體1 4的感應導體2。該感應導 體2,設有未圖示穿插連接模塊外部接頭與箔導體3 0的 配線孔3 9及穿插組合模塊時,流入模塊內的膠(g e L )材用孔3 9。依本實施例,隨電晶體2 7及二極體轉換 時產生的電流的時間變化,感應導體2產生渦電流,與前 述第5實施例一樣以渦電流效果即可降低箔導體及接合電 纜4 7的配線電感,尤其如圖3 0所示,因將感應導體2 靠近接合電纜4 了配置,故可貢獻於由渦電流的接合電纜 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 7的配線電感的降低。由於該電感的降低,與既述的實 施例一樣,分別對因尖峰電壓的降低,抑制電壓振動的低 噪音化,及因減輕配線的電磁能量的低損失化的效果。又 因隨著電感的降低,附加於電晶體2 7的電壓值下降’故 轉換損失也降低,結果也可使模塊放熱有關的構件小形成 低或平化。又,本實施例說明以並聯連接電晶體2 7的功率 模塊的一部分,惟本發明當然適應模塊內整體’並當適用 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X29?公釐) -24 - 496105 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7_五、發明説明(22 ) 於其他半導體模塊。 圖3 4係顯示與本發明有關的電力變換裝置用功率模 塊的實施例的構成圖,圖3 5係以電路顯示圖3 4的模塊 內部裝載的構件者,圖36係顯示圖3 4的剖面的一部分 〇 圖3 4中,功率模塊係具有裝置二極體2 6及電晶體 2 7的基板部2 8及連接設於該基板部2 8的所定位置及 模塊外面的接頭用配線51 ,52,53,54,裝載於 上述基板部2 8,及其上的各元件的實裝法與習知的模塊 相同。即,上述基板2 8上,是爲了絕緣基板2 8與裝載 電路以鍚焊固定A 1 N等絕緣陶瓷板2 9 ,或固定絕緣樹 脂等,在該絕緣陶瓷板2 9上固定二極體2 6及電晶體 2 7的電極連接用箔導體3 0,並以焊接線(Bon ding wire)連接電晶體2 7及二極體2 6的各電極與上述箔導 體3 0。 本實施例的特徵爲,將連接自電極3 0至模塊外面接 頭的配線51 ,52,53,54靠近平行至所定位置配 置於基板2 8。尤其按實驗結果,將圖3 6所示的配線 51 ,52 ,53 ,54與基板28的間隔d爲3mm以 下至少使電感的降低率爲6 0%以上。依本實施例,隨電 晶體2 7及二極體2 6分別轉換時產生的時間變化,在基 板2 8內,與前述圖9所示原理一樣,渦電流流過配線正 下方,其等效電路成爲如圖3 5所示降低配線5 1 ,5 2 ,53 ,54對基板28的合成電感。由於該電感的降低 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) nn ιϋϋ_1 tm turn - m.— β—ίτβ. ml m n —ϋϋ · 一裝· 訂 参 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐) -25 - 496105 A7 _ B7___ 五、發明説明(23 ) ,與觀述實施例一樣,可使因尖峰電壓的降低,電壓振動 的抑制的低噪音化,而可抑制固半導體控制配線5 1 , 5 2與半導體輸入輸出配線5 3 ,5 4間等電磁結合的該 動作。又由減輕半導體輸入輸出配線5 3,5 4的電磁能 量,具有低損失化的效果,降低轉換時附加於電晶體2 7 及二極體2 6的電壓值,降低此等半導體元件所生的損失 。故,也可使模塊放熱有關的構件也形成低成本化。又本 發明係說明內裝反相器裝置所用將換元件及二極體的並聯 電路的功率模塊,惟本發明當也可適用於其他半導體模塊 。圖2 6係顯示與本發明有關的電力變換裝置用控制電路 基板的實施例的頂面圖。圖2 7係圖2 6的側面圖。 圖2 6中控制電路基板5 0 (以下稱印刷配線基板 5 0。)雖未圖示惟實際上裝有驅動功率半導體元件用的 激勵電路及控制該激勵電路用的微電腦及其其周邊電路及 控制電路用電源等,完裝法與習知的印刷配線基板相同。 即上述印刷配線基板5 0上,疊層箔導體3 0,該箔導體 3 0固定各電路構件4 9 ,以構成控制電路。 本實施例的特徵爲,使用應用前述的電路配線有關的 第6實施例所示渦電流的配線基板在印刷配線基板上跨接 配線。用該渦電流的配線基板係在感應導體2兩側疊層絕 緣體1 4,並在不與前述印刷配線基板5 0接觸側所設絕 緣體1 4頂面固定配線導體1的構成,連接各連接接頭。 又,感應導體2,雖未圖示,惟與連接接頭5的一端以電 接觸的構成也可。依本實施例,欲轉換功率半導體元件時 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -26 - 496105 A7 ___B7 五、發明説明(24 ) ,須自激勵電路將激勵電力供給功率半導體元件,轉換時 至控制電路,尤至激勵電路的電源配線及至功率半導體元 件的信號配線流通隨轉換時間變化的電流。各該配線,使 用用前述渦電流的跨接配線時,與前述主電路有關的第6 實施例一樣,以渦電流效果即可降低配線電感,並少降低 與其他控制用信號配線的干擾。結果,可貢獻於降低控制 電路的誤動作,而可構成高可靠的電力變換裝置。 其次說明依上述實施例所述的本發明的配線基板的製 造方法。圖2 8,圖2 9 ,圖3 0係顯示配線基板及製造 方法的側面圖及構成圖。 圖2 8係配線基板的側面圖,另顯示平行附貼配線導 體1與絕緣體1 4或高電阻體1 4與感應導體2配置的配 線基板的一部分的側面圖。連接接頭,雖未圖示,惟採用 用螺栓的方式或用鍋焊接合及接合(bonding)等。圖 2 9顯示用滾筒的熱壓接的製造方法,雖未圖示,惟滾筒 4 4其有加熱器。將接著面塗熱硬化性接著劑的配線導體 1及絕緣體14或高電阻件14與感應導體2重疊插入加 熱狀態的滾筒4 4予以熱壓接,分別予以固定。圖3 0表 示使用沖壓機械熱壓接的製造方法,雖未圖示,惟沖壓機 械4 5具有加熱器。將接觸面塗熱硬化性接著劑的配線導 體1與配線導體1或高電阻體14與感應導體2重疊加熱 狀態的沖壓機械4 5的壓床板上,熱壓接分別予以固定。 上述所有實施例所述本發明,當然也可適用於使用控 制級可關斷桂可控整流器(gate turn off thyristor) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝·
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印t -27 - 496105 A7 B7 五、發明説明(25 ) 等其他功率半導體元件的電力變換裝置。 〔發明的效果〕 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如以上所述,依本發明’可大幅降低電力變換裝置的 電性連接的配線電感。該效果爲可減輕附加於功率元件的 尖峰電壓可使元件動作安全,並減輕配線的電磁能量的結 果,降低緩衝電路的損失,且抑制電壓及電流的振動以達 低噪音化,且可降低電磁放射噪音。 又,具有降低元件的轉換損失,可使散熱鰭片小型化 等各種效果,分別可實現對電力變換裝置有益的特性。 圖示的簡單說明: 圖1:顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的主回 路側面圖。 圖2:圖1的頂面圖。 圖3 :說明圖1的電感降低原理的圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖4 :顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的配線 側面圖。 圖5:顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的配線 側面圖。 圖6:顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的主回 路外觀圖。 圖7:顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的配線 說明圖。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -28 - 496105 A7 _B7 五、發明説明(26 ) 圖8:圖7的頂面圖。 圖9 :說明圖7的電感降低原理的圖。 圖1 0 :顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的主 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 電路說明圖。 圖11:圖10的頂面圖。 圖1 2 :說明圖1 0的電感降低原理的圖。 圖13:圖12的頂面圖。 圖14:圖12的等價電路圖。 圖1 5 :說明圖1 0的電感降低原理的圖。 圖16 :顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的緩 衝電路外觀圖。 圖1 7 :含於圖1 6。 圖1 8 :顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的緩 衝模塊正面圖。 圖19 :顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的緩 衝模塊側面圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2 0 :顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的動 力模塊構成圖。 圖21:顯示圖20的構件及配線的電路圖。 圖2 2 :顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的動 力模塊構成圖。 圖2 3 :顯示圖2 2的構件及配線的電路圖。 圖2 4 :顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的動 力模塊的頂面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(21 〇 X 297公釐) -29 - 496105 A7 B7 五、發明説明(27 ) 圖2 5 :圖2 4的側面圖。 圖2 6 :顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的控 制電路基板的頂面圖。 圖27 :圖26的側面圖。 圖2 8 :本發明的配線基板的剖面圖。 圖2 9 :顯示本發明的配線基板的製造方法的構成圖 〇 圖3 0 :顯示本發明的配線基板的製造方法的構成圖 〇 圖31:本發明的配線基板的實驗用配線基板的構成 圖。 圖3 2 :顯示圖3 1的實驗結果的曲線圖。 圖3 3 :顯示圖3 1的實驗結果的曲線圖。 圖3 4 :顯示本發明的電力變換裝置的一實施例的動 力模塊的構成圖。 圖3 5 :顯示圖3 4的構件及配線的電路圖。 圖36:圖34的側面圖。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -30 -