WO2014091839A1 - Dc-dcコンバータ装置 - Google Patents

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WO2014091839A1
WO2014091839A1 PCT/JP2013/079951 JP2013079951W WO2014091839A1 WO 2014091839 A1 WO2014091839 A1 WO 2014091839A1 JP 2013079951 W JP2013079951 W JP 2013079951W WO 2014091839 A1 WO2014091839 A1 WO 2014091839A1
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WO
WIPO (PCT)
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terminal
phase
rectifying
circuit
transformer
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/079951
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
忠彦 千田
後藤 昭弘
達也 中澤
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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Filing date
Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427Housings
    • H05K7/1432Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14322Housings specially adapted for power drive units or power converters wherein the control and power circuits of a power converter are arranged within the same casing

Definitions

  • the present invention relates to a DC-DC converter device, and more particularly to a DC-DC converter device including a plurality of rectifying elements.
  • An electric vehicle and a plug-in hybrid vehicle include an inverter device for driving a motor with a high-voltage storage battery for driving power and a low-voltage storage battery for operating auxiliary equipment such as a vehicle light and a radio.
  • Such a vehicle is equipped with a DC-DC converter device that performs power conversion from a high voltage storage battery to a low voltage storage battery or power conversion from a low voltage storage battery to a high voltage storage battery.
  • the DC-DC converter device is a high voltage side switching circuit that converts a high DC voltage into an AC voltage, a transformer that converts an AC high voltage into an AC low voltage, and a low voltage rectifier that converts a low voltage AC voltage into a DC voltage. It has a circuit.
  • each wiring pattern has a complicated shape (for example, refer to Patent Document 1, paragraph [0029]).
  • the DC-DC converter device of the present invention includes a transformer, a high voltage side circuit unit connected to the primary side of the transformer, a low voltage side circuit unit connected to the secondary side of the transformer, a transformer, and a high voltage side circuit. And a case housing the low-voltage side circuit unit, the low-voltage side circuit unit includes a ground terminal, a plurality of rectifier elements, and a first terminal in which a first terminal of each rectifier element is connected to the ground terminal.
  • a first rectifying phase circuit comprising: a wiring portion; and a second wiring portion in which a second terminal of each rectifying element is connected to a first terminal of the transformer; a plurality of rectifying elements; A second rectifying phase circuit including a third wiring portion whose terminal is connected to the ground terminal, and a fourth wiring portion whose second terminal of each rectifying element is connected to the second terminal of the transformer,
  • the first terminal of each rectifier element The total current path length of the current path length from the second terminal of each rectifying element to the first terminal of the transformer is approximately equal, and the current path length to the first terminal of the transformer is substantially equal.
  • the total current path length of the current path length from the first terminal to the ground terminal and the current path length from the second terminal of each rectifying element to the second terminal of the transformer is substantially equal, and The total current path length with the second rectifying phase circuit is formed substantially equal.
  • the impedances thereof are almost the same. For this reason, the current flowing through each rectifying element becomes substantially uniform, and the conduction loss can be reduced.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing an embodiment of a DC-DC converter device of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the DC-DC converter device shown in FIG. 1 as viewed from above.
  • FIG. 4 is a plan view of the low-voltage side substrate unit illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 3.
  • FIG. 10 is a plan view of a low voltage side substrate unit according to a fifth embodiment.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a DC-DC converter device 100 of the present invention.
  • the DC-DC converter device 100 is applied to an electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, and the like.
  • the vehicle is equipped with a low voltage storage battery for operating auxiliary equipment such as a light and a radio, and the DC-DC converter device 100 converts power from a high voltage storage battery to a low voltage storage battery or a high voltage from a low voltage storage battery.
  • a circuit for performing the power conversion is housed inside the case 101.
  • an upper surface lid 102 is attached by a fastening member such as a bolt.
  • a bottom portion 101a (see FIG. 5) is integrally formed on the lower side of the case 101.
  • a predetermined space is provided from the bottom portion 101a, and the lower surface lid 103 is attached to the case 101 with a fastening member such as a bolt.
  • a cooling passage through which a cooling medium such as cooling water flows is formed in the space between the bottom 101a of the case 101 and the lower surface lid 103.
  • a sealing member such as an O-ring (not shown) is interposed between the case 101 and the lower surface lid 103 to seal the cooling medium.
  • Case 101, upper surface lid 102, and lower surface lid 103 are each formed by aluminum die casting or the like.
  • an inlet pipe 104 serving as a guide for allowing the cooling medium to flow into the cooling flow path and an outlet pipe 105 serving as a guide for causing the cooling medium to flow out of the cooling flow path are attached.
  • an input connector 106 is provided on the case 101 for connecting wiring for supplying high-voltage high-voltage power from the high-voltage storage battery to the power conversion circuit inside the case 101. Derived from the opening.
  • an output connector 107 to which wiring for outputting a DC low voltage from the power conversion circuit inside the case 101 is connected is provided.
  • a signal connector 108 to which a signal wiring for exchanging a low-power signal with a power conversion circuit inside the case 101 is provided on the one side surface of the case 101.
  • the input connector 106, the output connector 107, and the signal connector 108 may be provided on different side surfaces of the case 101.
  • FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a circuit configuration of the DC-DCDC-DC converter apparatus shown in FIG.
  • the DC-DC converter device 100 includes a high-voltage side switching circuit 210 that converts a high-voltage DC voltage into an AC voltage, a transformer 220 that converts an AC high voltage into an AC low voltage, and a low voltage that converts a low-voltage AC voltage into a DC voltage.
  • a voltage side rectifier circuit 230 is provided.
  • a common mode choke coil 201 and a ground capacitor 202 for suppressing noise are connected to the high voltage side switching circuit 210.
  • a resonant choke coil 203 is connected between the high voltage side switching circuit 210 and the transformer 220. Using the combined inductance of the resonance choke coil 203 and the leakage inductance of the transformer 220, zero voltage switching of the MOSETs (field effect transistors) H 1 to H 4 constituting the high voltage side switching circuit 210 is enabled.
  • a filter coil 204 and a filter capacitor 205 are provided on the output side of the low voltage side rectifier circuit 230 in order to remove noise superimposed on the output voltage.
  • the common mode choke coil 201, the ground capacitor 202, the resonant choke coil 203, the filter coil 204, and the filter capacitor 205 are not necessarily required, and even with a circuit configuration in which these are omitted, there is a possibility that efficiency is reduced and noise is increased.
  • the DC-DC converter device 100 can convert electric power.
  • High-voltage-side switching circuit 210 is composed of four MOSFEH 1 ⁇ H 4 connected as H-bridge and smoothing the input capacitor C in. Further, the MOSFET H 1 ⁇ H 4 are provided in parallel snubber capacitor and the respective MOSFET H 1 ⁇ H 4. By performing phase shift PWM control on the four MOSFETs H 1 to H 4 of the high voltage side switching circuit 210, an AC voltage is generated on the primary side of the transformer 220.
  • the low voltage side rectifier circuit 230 has two rectification phases composed of MOSFETs (field effect transistors: rectifier elements) and a smoothing circuit composed of a choke coil Lout and a smoothing capacitor Cout .
  • MOSFETs field effect transistors: rectifier elements
  • a smoothing circuit composed of a choke coil Lout and a smoothing capacitor Cout .
  • the rectification phase composed of four parallel-connected MOSFETs S1 a to S1 d is referred to as a first rectification phase
  • the rectification phase composed of four parallel-connected MOSFETs S2 a to S2 d is referred to as a second rectification phase. I will call it.
  • the high potential side (that is, the drain side of the MOSFET) wiring of each rectifying phase is connected to the secondary side of the transformer 220.
  • the low potential side (GND side) wirings of the respective rectifying phases are joined and then connected to the GND through the shunt resistor R sh .
  • Secondary center tap terminal of the transformer 220 is connected to the choke coil L out, smoothing capacitor C out to the output side of the choke coil L out is connected.
  • the first rectification phase and the second rectification phase are connected in parallel by using a plurality of MOSFETs S1 a to S1 d or a plurality of MOSFETs S2 a to S2 d , respectively. This is to reduce.
  • the number of MOSFETs connected in parallel in each rectifying phase is four.
  • the present invention is not limited to this, and the number of MOSFETs connected in parallel in each rectifying phase is two or more. In other words, the present invention can be applied to all cases where a plurality are provided.
  • the alternating current generated on the secondary side of the transformer 220 by the phase shift PWM control in the high voltage side switching circuit 210 is full-wave rectified by the above two rectification phases. Further, the current is smoothed by the choke coil L out and the smoothing capacitor C out to be a direct current / voltage output.
  • the shunt resistor R sh is provided to detect the load current returning from the GND, and in principle, shows the same current value as the load current flowing through the choke coil L out . That, DC-DC converter apparatus 100 of the embodiment detects the current of the choke coil L ou t, by feeding back the value to the control circuit, it is possible to control the output load current. Also, the noise component included in the output current / voltage is reduced by the filter coil 204 and the filter capacitor 205.
  • FIG. 3 is a plan view of the DC-DC converter apparatus 100 shown in FIG. 1 as viewed from above.
  • the top, bottom, left, and right are used to indicate the positional relationship within the paper surface in FIG. 3.
  • a high voltage side circuit unit 200 is disposed on the lower left side of the case 101.
  • the high voltage side circuit unit 200 includes a high voltage side circuit board 211, a common mode choke coil 201, a ground capacitor 202, a smoothing input capacitor Cin, and MOSFETs H 1 to H 4 constituting the high voltage side switching circuit 210. Yes.
  • High-voltage side circuit board 211, a common mode choke coil 201, ground capacitor 202, the smoothing input capacitor C in are mounted on the high voltage side circuit board 211.
  • MOSFETs H 1 to H 4 constituting the high-voltage side switching circuit 210 are not shown in FIG. 3, but are arranged below the high-voltage side circuit board.
  • the MOSFETs H 1 to H 4 have a package structure and are disposed on the inner surface of the bottom 101a of the case 101 via an insulating substrate or insulating sheet (not shown). Heat generated from the MOSFETs H 1 to H 4 is transmitted to the case 101 via an insulating substrate or an insulating sheet, and is cooled by a cooling medium flowing through a cooling flow path provided outside the bottom 101a of the case 101.
  • the gates, sources, and drain leads of the MOSFETs H 1 to H 4 are extended to the high voltage side circuit board disposed above them, and are connected to the high voltage side circuit board by soldering.
  • a common mode choke coil 201, a ground capacitor 202, a smoothing input capacitor Cin, and a high voltage side switching circuit 210 are mounted on the high voltage side circuit board.
  • a wiring pattern for connecting these mounted electronic components so as to constitute the high voltage side switching circuit 210 is formed on the high voltage side circuit board.
  • a metal conductor 241 is connected to the wiring pattern, and the metal conductor 241 is connected to the input connector 106 provided outside the case 101.
  • the resonance choke coil 203 is disposed at the upper corner of the high voltage side circuit unit 200, and the transformer 220 is disposed above the high voltage side circuit unit 200 and the resonance choke coil 203.
  • the high voltage side circuit board 211 and the resonance choke coil 203, the resonance choke coil 203 and the primary side terminal 220a of the transformer 220, the primary side terminal 220b of the transformer 220 and the high voltage side circuit board 211 are connected by lead wires (not shown). Electrically connected.
  • the low-voltage side substrate unit 250 includes a first rectification phase composed of MOSFETs S1 a to S1 d , a second rectification phase composed of MOSFETs S2 a to S2 d, a smoothing capacitor C out , a choke coil L out , and a shunt resistor.
  • a low-voltage circuit board 251 (see FIG. 5) on which R sh is mounted is provided.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG.
  • the low-voltage circuit board 251 includes a metal substrate 252, an insulating film 253 formed on one surface of the metal substrate 252, and a wiring pattern formed on the insulating film 253. ing.
  • the metal substrate 252 is made of aluminum metal such as aluminum or aluminum alloy having good thermal conductivity, and the surface opposite to the surface on which the insulating film 253 is formed is in contact with and fixed to the inner surface of the bottom 101a of the case 101. Has been.
  • the heat generated from the first rectifying phase and the second rectifying phase is transmitted from the metal substrate 252 to the bottom 101a of the case 101, and is cooled by the cooling medium flowing through the cooling flow path provided on the bottom 101a side of the case 101.
  • the Therefore, the temperature rise of the semiconductor element mounted on the metal substrate 252 can be reduced.
  • the semiconductor element is a MOSFET
  • the lower the temperature the smaller the on-resistance. Therefore, when the temperature rise is reduced, the conduction loss can be reduced.
  • One side surface of the low voltage side circuit board 251 is disposed close to the transformer 220, and the side surface opposite to the one side surface is disposed at a position close to one side wall of the case 101.
  • the first terminal 220c and the second terminal 220e on the secondary side of the transformer 220 are electrically connected to the wiring pattern formed on the low-voltage circuit board 251 by metal conductors 301 and 302 such as bus bars, respectively. Has been. Details of the low-voltage side circuit unit 240 including wiring pattern routing will be described later.
  • a choke coil L out is disposed, and the center tap terminal of the secondary side 220d of the transformer 220 are connected by a metal conductor 303 such as a bus bar.
  • a metal conductor 303 such as a bus bar
  • the filter coil 204 On the right side of the choke coil L out, the filter coil 204 and is disposed at a metal conductor 304 such as a bus bar, a choke coil L out and the filter coil 204 are electrically connected.
  • the smoothing capacitor C out mounted on the low voltage side circuit board 251 is connected to the wiring pattern 408, and the metal conductor 304 connected to the choke coil L out and the filter coil 204 is connected to the wiring pattern 408. Yes.
  • a filter capacitor substrate 310 on which a filter capacitor 205 is mounted is disposed below the filter coil 204, and the filter coil 204 and the filter capacitor substrate 310 are connected by a metal conductor 305 such as a bus bar that forms an output line. .
  • the metal conductor 305 is also connected to an output connector 107 provided outside the case 101.
  • the first rectification phase, the second rectification phase and the smoothing capacitor C out , and the shunt resistor R sh mounted on the low voltage side circuit board 251 are the wiring patterns and metal conductors 301 and 302 formed on the low voltage side circuit board 251.
  • the low voltage side rectifier circuit 230 of FIG. Further, a low voltage side circuit board 251 on which the first rectifying phase, the second rectifying phase and the smoothing capacitor C out and the shunt resistor R sh are mounted, the choke coil L out , the filter coil 204 and the filter capacitor 205 are mounted.
  • the filter capacitor substrate 310 and the metal conductors 301 to 305 constitute a low voltage side circuit unit 240.
  • FIG. 4 is a plan view of the component arrangement mounted on the low-voltage circuit board in FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view showing details of a region VIII in FIG.
  • the MOSFETs S1 a to S1 d constituting the first rectification phase and the MOSFETs S2 a to S2 d constituting the second rectification phase are mounted.
  • the MOSFETs S1 a to S1 d constituting the first rectifying phase and the MOSFETs S2 a to S2 d constituting the second rectifying phase are respectively arranged in a straight line at substantially equal intervals, and the first rectifying phase and the second rectifying phase are arranged.
  • the phases are arranged in parallel.
  • a high potential side wiring pattern 401 (second conductor portion) parallel to the first rectifying phase is formed in a straight line. As described above, the left end side of the high potential side wiring pattern 401 is connected to the first terminal 220 c on the secondary side of the transformer 220 by the metal conductor 301.
  • a high potential side wiring pattern 402 (fourth conductor portion) parallel to the second rectification phase is formed in a straight line. As described above, the left end side of the high potential side wiring pattern 402 is connected to the second terminal 220 e on the secondary side of the transformer 220 by the metal conductor 302.
  • the center tap terminal 220d on the secondary side of the transformer 220 is disposed between the high potential side wiring pattern 401 to which the first terminal 220c is connected and the high potential side wiring pattern 402 to which the second terminal 220e is connected. Has been.
  • MOSFETs S1 a to S1 d constituting the first rectification phase and MOSFETs S2 a to S2 d constituting the second rectification phase are N-channel MOSFETs, respectively, and the switching element portion is packaged with a resin.
  • a metal film such as copper is formed on one surface of the resin, and this metal film is connected to the drain electrode. That is, this metal film is the drain terminal 502 (see FIG. 8).
  • the drain terminal 502 is soldered to the high potential side wiring pattern 401.
  • the drain terminal 502 is soldered to the high potential side wiring pattern 402.
  • a metal conductor 412 (third conductor portion) such as a bus bar formed of copper-based metal such as copper or copper alloy is high on the outside which is the side surface side of the low voltage side circuit board 251. It is arranged in parallel with the potential side wiring pattern 402. As shown in FIG. 8, the metal conductor 412 is formed of a plate-like member having substantially the same thickness, and is formed in a zigzag shape in the thickness direction (see FIG. 8).
  • a source wiring 405 and a gate wiring 404 are formed on the insulating film 253 of the low-voltage side circuit board 251.
  • the source terminals 503 of the MOSFETs S2 a to S2 d are soldered to the source wiring 405. Further, the protruding portion 412 a of the metal conductor 412 is soldered to the source wiring 405.
  • the gate terminals 501 of the MOSFETs S2 a to S2 d are arranged toward the outside on the side surface side of the low-voltage side circuit board 251 and soldered to the gate wiring 404.
  • the gate wiring 404 to which the gate terminal 501 is connected has a lower side of the flat portion 412b formed between the protruding portions 412a of the metal conductor 412 in a direction substantially perpendicular to the flat portion 412b with a gap. It has been extended. That is, each gate wiring 404 intersects the metal conductor 412 while being insulated from the metal conductor 412. The extended tip of each gate wiring 404 is connected to the connector 432. In this manner, since the gate terminal 501 is arranged outward, the length of the gate wiring 404 connected to the connector 432 can be shortened.
  • a metal conductor (first conductor portion) 411 such as a bus bar made of copper or a copper-based metal such as a copper alloy is provided on the outer side which is the side surface side of the low voltage side circuit board 251. It is arranged in parallel with the side wiring pattern 401.
  • the source terminal of the MOSFET S1 a ⁇ S1 d, the source wiring, positional relationship between the metal conductors 411, source terminal 503 of MOSFET S2 a ⁇ S2 d, the source wiring 405 is similar to the protruding portion 412a of the metal conductor 412 .
  • the arrangement relationship between the gate terminal, the gate wiring, and the metal conductor 411 in the MOSFETs S1 a to S1 d is as follows: the gate terminal 501, the gate wiring 404, and the flat portion 412b of the metal conductor 412 in the MOSFETs S2 a to S2 d Same as relationship. Therefore, also in the MOSFETs S1 a to S1 d , the routing length of the gate wiring connected to the connector 431 can be shortened.
  • An intermediate connection wiring pattern (intermediate conductor portion) 406 and a GND wiring pattern (ground terminal) 403 are formed on the insulating film 253 of the low voltage side circuit board 251.
  • a through hole penetrating the GND wiring pattern 403, the insulating film 253, and the metal substrate 252 is formed, and a screw hole is formed in the case 101 at a position corresponding to the through hole.
  • the low voltage side circuit board 251 is fixed to the bottom 101 a of the case 101 by inserting the metal screw 801 through the through hole and fastening it to the screw hole of the case 101.
  • the GND wiring pattern 403 is connected to the case 101 by the metal screw 801. In this way, a GND connection structure in which the GND wiring pattern 403 is connected to the case 101 is configured.
  • the low voltage side circuit board 251 may be fixed to the case 101 by a fastening member other than the metal screw 801.
  • the metal conductors 301 to 305, 411, 412, the high-potential side wiring patterns 401, 402, and the GND wiring pattern 403 are shown in the circuit diagram shown in FIG. 2 as a reference showing the relationship with the circuit. Yes.
  • the GND connection structure for connecting the GND wiring pattern 403 to the case 101 can be applied by modifying the above-described embodiment. A modification of the GND connection structure is shown below.
  • FIG. 6 shows a first modification of the GND connection structure that connects the GND wiring pattern 403 shown in FIG. 5 to the case 101.
  • the GND connection structure in FIG. 6 is different from that in FIG. 5 in that the metal screw 801 is replaced with a metal rivet 802.
  • the GND wiring pattern 403 is connected to the metal substrate 252 via the metal rivet 802. Since the metal substrate 252 is in contact with the case 101, the GND wiring pattern 430 is structured to be electrically connected to the case 101 through the metal rivet 802 and the metal substrate 252.
  • the GND wiring pattern 403 may be formed of a metal conductor such as a bus bar.
  • the structure other than the above is the same as that in FIG. 5.
  • FIG. 7 shows a second modified example of the GND connection structure for connecting the GND wiring pattern 403 shown in FIG. 5 to the case 101.
  • the GND connection structure in FIG. 7 is different from that in FIG. 5 in that the GND wiring pattern 403 is connected to the case 101 using the bus bar 803.
  • the low voltage side circuit board 251 is not formed with a through hole for inserting a metal screw.
  • a step portion 811 lower than the side wall is formed inside the side portion of the case 101, and a screw hole is formed in the step portion 811.
  • the bus bar 803 is bridged to the GND wiring pattern 403 and the step portion 811, and is fixed to the case 101 by the metal screw 804 on the step portion 811 side.
  • the GND wiring pattern 403 is connected to the case 101 via the bus bar 803.
  • the structure other than the above is the same as that in FIG. 5, and the corresponding members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the intermediate connection wiring pattern 406 extends in a direction orthogonal to the metal conductor 411 and the metal conductor 412, and one end portions of the metal conductor 411 and the metal conductor 412 are soldered to the intermediate connection wiring pattern 406. Has been.
  • the intermediate connection wiring pattern 406 and the GND wiring pattern 403 are connected by a pair of shunt resistors R sh .
  • the intermediate connection wiring pattern 406, one shunt resistor R sh , the metal conductor 411, the first rectification phase constituted by the MOSFETs S1 a to S1 d , the high potential side wiring pattern 401 and the metal conductor 301 are the first rectification phase circuit.
  • the intermediate connection wiring pattern 406, the other shunt resistor R sh , the metal conductor 412, the second rectification phase composed of the MOSFETs S2 a to S2 d , the high potential side wiring pattern 402 and the metal conductor 302 are the second rectification phase circuit.
  • the first rectification phase circuit and the second rectification phase circuit are formed so as to form a mirror image with respect to the center line CC passing through the centers of the high potential side wiring patterns 401 and 403.
  • the current path in the second rectifying phase circuit is indicated by a dotted arrow.
  • the load current of the DC-DC converter device 100 is obtained from the GND wiring pattern 403, the input side wiring portion (third wiring portion) composed of one shunt resistor R sh , the intermediate connection wiring pattern 406 and the metal conductor 412. Via the second rectifying phase MOSFETs S2 a to S2 d .
  • a current path from one shunt resistor R sh to the intermediate connection wiring pattern 406 in the input side wiring section is a common path to the MOSFETs S2 a to S2 d .
  • a current branch point exists in a region of the metal conductor 412 to which the source wiring 405 of the MOSFET S2 d is connected. Between the current branch point of the metal conductor 412 and the region on the transformer 220 side, the current flows in a divided manner into four paths passing through the MOSFETs S2 a to S2 d . As shown in FIG. 4, the current path length on the input side sequentially increases from the MOSFET S2 d side toward the MOSFET S2 a side.
  • the current output from the MOSFETs S2 a to S2 d flows to the transformer 220 via the output side wiring portion (fourth wiring portion) configured by the high potential side wiring pattern 402 and the metal conductor 302.
  • the current is sequentially joined to the high potential side wiring pattern 402 in the joining region with the drain terminal 502 of each of the MOSFETs S2 a to S2 d .
  • the current path length on the output side gradually decreases from the MOSFET S2 d side toward the MOSFET S2 a side.
  • the second rectifying phase constituted by the MOSFETs S2 a to S2 d , the high-potential side wiring pattern 402, and the metal conductor 412 are linear and formed in parallel to each other. Therefore, the total current path length of the input-side current path length and the output-side current path length in each of the MOSFETs S2 a to S2 d is substantially equal. That is, the impedances of the current paths of the MOSFETs S2 a to S2 d are almost the same. As a result, the current flowing through each of the MOSFETs S2 a to S2 d becomes uniform, and the conduction loss of the MOSFETs S2 a to S2 d can be reduced.
  • the current flowing through the rectifying phase of the DC-DC converter device 100 includes a high frequency component.
  • the impedance of the current path flowing through each of the MOSFETs S2 a to S2 d depends more on the inductance component than the resistance component of the current path.
  • the metal conductor 412 is used on the input side and the high potential side wiring pattern 402 is used on the output side as the current path.
  • the resistance components of the respective current paths are different.
  • the inductance component of each current path hardly depends on the thickness of the wiring member, and largely depends on the length of the current path. Therefore, even when the metal conductor 412 and the high potential side wiring pattern 402 have different thicknesses, the currents flowing through the MOSFETs S2 a to S2 d can be made substantially uniform.
  • the current path in the second rectifier circuit is the same in the first rectifier phase circuit.
  • the load current of the DC-DC converter device 100 is obtained from the GND wiring pattern 403, the input side wiring portion (first wiring) composed of the other shunt resistor R sh , the intermediate connection wiring pattern 406, and the metal conductor 412.
  • the current output from the MOSFETs S1 a to S1 d flows to the transformer 220 via the output side wiring part (second wiring part) constituted by the high potential side wiring pattern 401 and the metal conductor 301.
  • the first rectification phase, the high-potential side wiring pattern 401, and the metal conductor 411 configured by the MOSFETs S1 a to S1 d are linear and formed in parallel to each other. Therefore, the total current path length of the input-side current path length and the output-side current path length in each of the MOSFETs S1 a to S1 d is substantially equal.
  • the DC-DC converter device 100 shown in the above embodiment has a low voltage having a first rectification phase composed of MOSFETs S1 a to S1 d and a second rectification phase composed of MOSFETs S2 a to S2 d.
  • a side rectifier circuit 230 is provided.
  • a load current alternately flows through the two rectified phases within a period corresponding to the carrier frequency.
  • the currents of the two rectification phases become non-uniform, and a large amount of current flows through the rectification phase with low impedance. As a result, efficiency may be reduced.
  • the first rectification phase circuit and the second rectification phase circuit are formed to be mirror images with respect to the center line CC. That is, the first rectifier circuit and the second rectifier circuit are formed symmetrically with respect to the center line CC, and the total current path length of the first rectifier circuit and the total current path length of the second rectifier circuit are Are almost equal. In other words, the combined impedance of the current path of the first rectifier circuit and the current path of the second rectifier circuit is substantially equal. As a result, the current loss of the MOSFETs S1 a to S1 d and the MOSFETs S2 a to S2 d in the low voltage side rectifier circuit 230 can be further reduced.
  • FIG. 9 is a plan view of a low-voltage side substrate unit 250A as Embodiment 2 of the present invention.
  • the low voltage side substrate unit 250A of the second embodiment is different from the low voltage side substrate unit 250 of the first embodiment in that the metal conductor portions 411A and 412A are constituted by a plurality of members.
  • Embodiment 2 will be mainly described based on this difference.
  • the metal conductor portion 411A connected to the first rectifying phase MOSFETs S1 a to S1 d includes metal conductors 441a and 441b and a wiring pattern 451.
  • the wiring pattern 451 is formed on the low voltage side circuit board 251.
  • Metal conductors 414a and 441b formed by a bus bar or the like are spaced apart and arranged in a straight line on the wiring pattern 451.
  • the metal conductors 441a and 441b are connected to the wiring pattern 451 by soldering at the end portions on the separated side.
  • the metal conductor portion 412A connected to the MOSFETs S2 a to S2 d of the second rectification phase includes metal conductors 442a and 442b and a wiring pattern 452.
  • the wiring pattern 452 is formed on the low voltage side circuit board 251.
  • Metal conductors 442a and 442b such as bus bars are spaced apart and arranged in a straight line on the wiring pattern 452.
  • the metal conductors 442a and 442b are connected to the wiring pattern 452 by soldering at the end portions on the separated side.
  • the metal substrate 252 of the low voltage side circuit board 251 is formed of an aluminum-based metal.
  • the metal conductors 442a and 442b are formed of a copper-based metal. Since the aluminum-based metal and the copper-based metal have different linear expansion coefficients, when both members are joined by soldering or the like, thermal stress is generated at the joint. The thermal stress increases as the area of the joint increases.
  • the metal conductor portions 411A and 412A are separated into metal conductors 441a and 441b or metal conductors 442a and 442b having a small area. Further, metal conductors 441a and 441b and 442a and 442b are spaced apart. For this reason, the thermal stress in a junction part can be made small and reliability can be improved.
  • the metal conductor portions 411A and 412A are arranged in parallel with the first rectification phase and the second rectification phase, and the first rectification phase circuit and the second rectification phase circuit are formed in a mirror image with respect to the center line CC.
  • the second embodiment also has the same effect as the first embodiment.
  • the configuration of the second embodiment other than the above is the same as that of the first embodiment, and the corresponding members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • FIG. 10 is a plan view of a low-voltage side substrate unit 250B as Embodiment 3 of the present invention.
  • the low voltage side substrate unit 250B of the third embodiment is different from the low voltage side substrate unit 250 of the first embodiment in that the intermediate conductor portion 406A is composed of a plurality of members.
  • Embodiment 2 will be mainly described based on this difference.
  • the intermediate conductor portion 406A includes metal conductors 413 and 414 and wiring patterns 453 to 455.
  • the wiring patterns 453 to 455 are formed in a straight line on the low voltage side circuit board 251 so as to be separated from each other.
  • One end and the other end of the metal conductor 413 such as a bus bar are soldered to the wiring patterns 453 and 454, respectively.
  • One end and the other end of the metal conductor 414 such as a bus bar are soldered to the wiring patterns 453 and 455, respectively.
  • the wiring pattern 453 located at the center is connected to the GND wiring pattern 403 via a pair of shunt resistors Rsh .
  • the intermediate connection wiring pattern 406 in the first embodiment is formed by forming a copper foil on the low-voltage side circuit board 251 and etching the copper foil, so that the thickness thereof is thin.
  • the intermediate conductor portion 406A according to the second embodiment includes metal conductors 413 and 414 formed by a bus bar or the like. By making the metal conductors 413 and 414 thicker than the wiring patterns 403 to 405, the cross-sectional area of this portion of the intermediate conductor portion 406A can be increased. As a result, the width of the intermediate conductor portion 406A can be reduced, and the low-voltage side substrate unit 250B can be downsized.
  • the wiring pattern 453, the metal conductor 413, and the wiring pattern 454, and the wiring pattern 453, the metal conductor 414, and the wiring pattern 455 are formed in a mirror image with respect to the center line CC. Therefore, the third embodiment also has the same effect as the first embodiment.
  • the other configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and the corresponding members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • FIG. 11 is a plan view of a low-voltage side substrate unit 250C as Embodiment 4 of the present invention.
  • the fourth embodiment exemplifies a structure in which the first rectification phase circuit and the second rectification phase circuit are not formed in a mirror image with respect to the center line CC, unlike the first to third embodiments.
  • the distance between the first terminal 220c and the second terminal 220e on the secondary side is such that the high potential side wiring pattern 401 in the first rectification phase circuit and the high potential side in the second rectification phase circuit. This is larger than the distance between the wiring patterns 402.
  • the metal conductor 302 that connects the high-potential side wiring pattern 402 in the second rectification phase circuit and the second terminal 220e on the secondary side of the transformer 220 is formed in a linear shape.
  • the metal conductor 311 that connects the high-potential side wiring pattern 401 in the first rectifying phase circuit and the first terminal 220c on the secondary side of the transformer 220 is formed in an L shape.
  • the linear metal conductor 302 is disposed on an extension line of the high potential side wiring pattern 402.
  • Part of the L-shaped metal conductor 311 is parallel to the high-potential side wiring pattern 401, and the other part is from the first terminal 220 c side on the secondary side of the transformer 220 to the high-potential side wiring pattern 401 side. On the other hand, it extends perpendicularly to the high potential side wiring pattern 401. For this reason, the length of the L-shaped metal conductor 311 is longer than the length of the linear metal conductor 302 by the length of the vertical portion.
  • the intermediate conductor portion 406B includes wiring patterns 456 and 457 and a metal conductor 415.
  • the wiring patterns 456 and 457 are linearly arranged on the low voltage side circuit board 251 with an interval therebetween. One end and the other end of the metal conductor 415 are soldered to the wiring pattern 456 and the wiring pattern 457, respectively.
  • the distance between the wiring pattern 456 and the wiring pattern 457 is substantially equal to the difference in length of the L-shaped metal conductor 311 with respect to the length of the linear metal conductor 302. For this reason, the total current path length of the first rectifying phase circuit and the total current path length of the second rectifying phase circuit are substantially equal.
  • the GND wiring pattern 403 is first compared to the center line CC of the high potential side wiring pattern 401 and the high potential side wiring pattern 402. It is arranged on the high potential side wiring pattern 401 side of the rectifying phase circuit.
  • the wiring pattern 456 is connected to the GND wiring pattern 403 at a position shifted from the center line CC via the pair of shunt resistors R sh .
  • the GND wiring pattern 403 and the wiring pattern 456 can be connected at a position where the shunt resistor R sh is avoided from the metal conductor 415.
  • the GND wiring turn 403 may be arranged on the center line CC as in the first to third embodiments.
  • the metal conductor 302 may not be linear, but may be L-shaped similar to the metal conductor 311. If the metal conductor 302 and the metal conductor 311 are L-shaped with the same size, the metal conductor 302 and the metal conductor 311 do not differ in current path length. If the center tap terminal 220d on the secondary side of the transformer 220 is arranged on the center line CC, the first rectification phase circuit and the second rectification phase circuit can be formed in a mirror image as in the case of the first embodiment. Therefore, it is not necessary to configure the intermediate conductor portion 406C with a divided member. In the fourth embodiment configured as described above, the same effects as in the first embodiment are obtained. Configurations other than those described above in the fourth embodiment are the same as those in the first embodiment, and the corresponding members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a circuit configuration of a DC-DC converter device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • an active clamp circuit 280 is added to the DC-DC converter circuit shown in FIG.
  • the active clamp circuit 280 includes active clamp MOSFETs S3 and S4 and active clamp capacitors Cc1 and Cc2.
  • a surge voltage applied to the MOS FETs S1 a to S1 d and the MOSFETs S2 a to S2 d due to leakage inductance and wiring inductance of the transformer 220 Can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the breakdown voltage of the MOSFETs S1 a to S1 d and the MOS FETs S2 a to S2 d .
  • a MOS FET having a low withstand voltage has a low on-resistance, so that the loss is reduced. As a result, when an active clamp circuit is attached, the efficiency of the DC-DC converter circuit is improved.
  • FIG. 13 is a plan view of the low-voltage side substrate unit 250D of the fifth embodiment.
  • the low voltage side substrate unit 250D is provided with active clamp MOSFETs S3 and S4 and an active clamp capacitor Cc1, which constitute an active clamp circuit 280, as compared with the low voltage side substrate unit 250C shown in FIG. Yes.
  • An active clamp MOSFET S3 and an active clamp capacitor Cc1 are mounted on the low voltage side circuit board 251 on the first rectifying phase circuit side.
  • wiring patterns 461 and 462 are formed on the low voltage side circuit board 251.
  • the drain terminal of the active clamp MOSFET S3 is soldered to a wiring pattern 461 formed on the low voltage side circuit board 251.
  • the source terminal of the active clamp MOSFET S3 is connected to the high potential side wiring pattern 401 connected to the first terminal 220c on the secondary side of the transformer 220 by the metal conductor 311.
  • One end of a metal conductor 411 is soldered to the wiring pattern 462.
  • the active clamp capacitor Cc1 one electrode and the other electrode are soldered to the wiring patterns 461 and 462, respectively.
  • An active clamp MOSFET S4 and an active clamp capacitor Cc2 are mounted on the second rectifying phase circuit side on the low voltage side circuit board 251.
  • wiring patterns 463 and 464 are formed on the low voltage side circuit board 251.
  • the drain terminal of the active clamp MOSFET S4 is soldered to a wiring pattern 463 formed on the low voltage side circuit board 251.
  • the source terminal of the active clamp MOSFET S 4 is connected to the high potential side wiring pattern 402 connected to the second terminal 220 e on the secondary side of the transformer 220 by the metal conductor 302.
  • One end of a metal conductor 412 is soldered to the wiring pattern 464.
  • the active clamp capacitor Cc2 has one electrode and the other electrode soldered to the wiring patterns 463 and 464, respectively.
  • the same effects as in the first embodiment are obtained. Furthermore, by providing the active clamp circuit 280, the efficiency of the DC-DC converter circuit is further improved. Configurations other than those described above in the fifth embodiment are the same as those in the first embodiment, and the corresponding members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the active clamp MOSFETs S3 and S4 and the active clamp capacitors Cc1 and Cc2 constituting the active clamp circuit 280 may be mounted on the low voltage side substrate units 250 and 250A to 250C of the first to fourth embodiments.
  • the total current path length of the input-side current path length and the output-side current path length in each of the MOSFETs S1 a to S1 d constituting the first rectifying phase is made substantially equal.
  • the current flowing through each of the MOSFETs S1 a to S1 d becomes uniform, and the conduction loss of the MOSFETs S1 a to S1 d can be reduced.
  • the total current path length of the input-side current path length and the output-side current path length in each of the MOSFETs S2 a to S2 d constituting the second rectifying phase is substantially equal. For this reason, the current flowing through each of the MOSFETs S2 a to S2 d becomes uniform, and the conduction loss of the MOSFETs S2 a to S2 d can be reduced.
  • the first rectification phase circuit and the second rectification phase circuit are formed to be mirror images of the center line CC, and the total current path length of the first rectification phase circuit and the second rectification phase circuit The total current path length of the circuit is approximately equal. For this reason, the current loss of the MOSFETs S1 a to S1 d and the MOSFETs S2 a to S2 d in the low voltage side rectifier circuit 230 can be reduced, and the efficiency can be improved.
  • One side surface of the low-voltage side circuit board 251 is disposed in the vicinity of the transformer 220, and the side surface facing the one side surface is disposed in a position in the vicinity of the one side surface of the case 101.
  • the first and second terminals 220c and 220e on the secondary side of the transformer 220 and the metal conductors 301 and 302 connecting the high-potential side wiring patterns 401 and 402 of the first and second rectifying phases are connected.
  • the length is shortened.
  • current containing high-frequency components flows through the metal conductors 301 and 302, so there is a concern that the loss increases due to the resistance increased by the skin effect. Since the metal conductors 301 and 302 can be shortened, loss can be reduced.
  • the gate terminals 501 of the MOSFETs S1 a to S1 d and the MOSFETs S2 a to S2 are arranged toward the outside on the side surface side of the low voltage side circuit board 251. For this reason, the routing length of the gate wiring 404 connected to the connectors 431 and 432 can be shortened.
  • the active clamp MOSFETs S3 and S4 and the active clamp capacitors Cc1 and Cc2 constituting the active clamp circuit 280 are mounted on the low voltage side substrate unit 250D. For this reason, the efficiency of the DC-DC converter circuit can be further improved.
  • circuit components mounted on the low-voltage side substrate unit 250 are not limited to the above-described embodiment, and other electronic components constituting the DC-DC converter circuit may be mounted. Conversely, in the above embodiment, any of the circuit components mounted on the low voltage side substrate unit 250 may be housed in the case 101 without being mounted on the low voltage side substrate unit 250.
  • the wiring pattern formed by the metal foil formed on the low-voltage circuit board 251 is changed to a metal conductor such as a bus bar, or conversely, the metal conductor such as the bus bar is formed by the metal foil. Changing to a pattern can be arbitrarily performed.
  • the MOSFETs S1 a to S1 d and the MOSFETs S2 a to S2 d are exemplified as N-channel MOSFETs.
  • the MOSFETs S1 a to S1 d and the MOSFETs S2 a to S2 d may be P-channel MOSFETs.
  • the first rectifying element includes a plurality of rectifying elements between the transformer and the ground terminal.
  • a second rectifying element including a plurality of rectifying elements, a current path length from the first terminal of each rectifying element to the ground terminal in the first rectifying phase circuit, and a second terminal of each rectifying element Current path length from the first terminal of each rectifier element to the ground terminal in the second rectifier phase circuit, and each rectifier element
  • the total current path length from the second terminal of the transformer to the second terminal of the transformer is substantially equal, and the total current path length of the first rectifier phase circuit and the second rectifier phase circuit is substantially equal. If it is,

Abstract

 複数の整流素子を並列接続した整流回路における電流分担の相違に起因する導通損失を低減する。 トランス220とグラウンド端子403との間に、二つの整流相回路が平行に配列されている。各整流相回路は、MOSFET S1a~S1dまたはMOSFET S2a~S2dにより構成される整流相を備えている。また、各整流相には、入力側の配線部としての導体部411、413と出力側の配線部としての導体部401、403が平行に配列されている。これにより、入力側の電流分岐点と出力側の電流合流点間における入力側と出力側との合計電流経路が、各整流素子を流れる経路すべてに対してほぼ等しく形成されている。

Description

DC-DCコンバータ装置
 本発明は、DC-DCコンバータ装置に関し、より詳細には、複数の整流素子を備えるDC-DCコンバータ装置に関する。
 電気自動車やプラグインハイブリッド車は、動力駆動用の高電圧蓄電池でモータ駆動するためのインバータ装置および車両のライトやラジオなどの補機を作動させるための低電圧蓄電池を備えている。このような車両には、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池への電力変換または低電圧蓄電池から高電圧蓄電池への電力変換を行うDC-DCコンバータ装置が搭載されている。
 DC-DCコンバータ装置は、高電圧の直流電圧を交流電圧に変換する高電圧側スイッチング回路、交流高電圧を交流低電圧に変換するトランス、低電圧交流電圧を直流電圧に変換する低電圧側整流回路を備えている。
 低電圧側整流回路の導通損失を低減するために整流素子を並列に接続する回路とする方式がある。この回路の実装構造として、プリント基板上に、複数の半導体素子を配列し、この半導体素子の配列の両側にバスバーを実装し、バスバーと各半導体素子とをプリント基板に形成した配線パターンにより接続する構造が知られている。この構造では、トランスの巻線引き出し部が、配線パターン、一方のバスバー、各半導体素子、配線パターン、他方のバスバーを通して出力端子に接続されている。上記において、各配線パターンは、複雑な形状を有するものである(例えば、特許文献1、段落[0029]参照)。
特開2006-230187号公報
 上記特許文献1に記載された構造では、配線インピーダンスの影響によって、各半導体素子の電流分担に相違が生じる。つまり、複数の半導体素子を流れる電流に偏りが生じる。このため、導通損失が大きい。
 本発明のDC-DCコンバータ装置は、トランスと、トランスの一次側に接続された高電圧側回路部と、トランスの二次側に接続された低電圧側回路部と、トランス、高電圧側回路部および低電圧側回路部を収納するケースと、を備え、低電圧側回路部は、グラウンド端子と、複数の整流素子と、各整流素子の第1の端子がグラウンド端子に接続される第1配線部と、各整流素子の第2の端子がトランスの第1の端子に接続される第2配線部とを備える第一整流相回路と、複数の整流素子と、各整流素子の第1の端子がグラウンド端子に接続される第3配線部と、各整流素子の第2の端子がトランスの第2の端子に接続される第4配線部とを備える第二整流相回路と、を備え、第一整流相回路における、各整流素子の第1の端子からグラウンド端子までの電流経路長と、各整流素子の第2の端子からトランスの第1の端子までの電流経路長との合計電流経路長はほぼ等しく、第二整流相回路における、各整流素子の第1の端子からグラウンド端子までの電流経路長と、各整流素子の第2の端子からトランスの第2の端子までの電流経路長との合計電流経路長はほぼ等しく、第一整流相回路と第二整流相回路との合計電流経路長はほぼ等しく形成されている。
 本発明によれば、各整流素子に接続される合計電流経路長がほぼ等しいので、そのインピーダンスがほぼ一致する。このため、各整流素子を流れる電流がほぼ均一となり、導通損失を小さくすることができる。
本発明のDC-DCコンバータ装置の一実施の形態を示す外観斜視図。 図1に図示されたDC-DCコンバータ装置の回路構成の一実施の形態を示す図。 図1に図示されたDC-DCコンバータ装置を上方からみた平面図。 図3に図示された低電圧側基板ユニットの平面図。 図3におけるV-V線断面図。 図5に図示されたGND接続構造の変形例1。 図5に図示されたGND接続構造の変形例2。 図4における領域VIIIの詳細を示す拡大斜視図。 本発明の実施形態2としての低電圧側基板ユニットの平面図。 本発明の実施形態3としての低電圧側基板ユニットの平面図。 本発明の実施形態4としての低電圧側基板ユニットの平面図。 本発明の実施形態5を示し、DC-DCコンバータ装置の回路構成を示す図。 実施形態5の低電圧側基板ユニットの平面図。
--実施形態1--
[DC-DCコンバータ装置の外観]
 以下、図面を参照して、本発明のDC-DCコンバータ装置の一実施の形態を説明する。
 図1は、本発明のDC-DCコンバータ装置100の外観斜視図である。
 DC-DCコンバータ装置100は電気自動車やプラグインハイブリッド車等に適用される。車両にはライトやラジオなどの補機を作動させるための低電圧蓄電池が搭載されており、DC-DCコンバータ装置100は、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池への電力変換または低電圧蓄電池から高電圧蓄電池への電力変換を行う。
 ケース101の内部には、上記電力変換を行うための回路が収納されている。
 ケース101の上部側には、上面蓋102がボルト等の締結部材により取付けられている。ケース101の下部側には底部101a(図5参照)が一体に成形されており、この底部101aから所定の空間を設けて下面蓋103がボルト等の締結部材によりケース101に取付けられている。
 図示はしないが、ケース101の底部101aと下面蓋103との間の空間には、冷却水等の冷却媒体が流れる冷却通路が形成されている。ケース101と下面蓋103との間には不図示のOリング等のシール部材が介装されており、冷却媒体を密封する構造とされている。
 ケース101、上面蓋102および下面蓋103は、それぞれ、アルミダイキャスト等により形成される。
 ケース101の一側面には、冷却媒体を上記冷却流路に流入させる案内となる入口配管104、冷却媒体を冷却流路から流出させる案内となる出口配管105が取り付けられている。
 ケース101の上記一側面には、高電圧蓄電池からケース101内部の電力変換回路へ、高電圧高電圧の電力を供給するための配線を接続するための、入力コネクタ106が、ケース101に設けられた開口から導出されている。
 ケース101の上記一側面には、ケース101内部の電力変換回路から直流低電圧を出力するための配線が接続された出力コネクタ107が設けられている。また、ケース101の上記一側面には、ケース101内部の電力変換回路と小電力の信号をやり取りするための信号配線が接続された信号コネクタ108が設けられている。
 入力コネクタ106、出力コネクタ107、信号コネクタ108は、ケース101のそれぞれ異なる側面に設けてもよい。
[DC-DCコンバータ装置の回路構成]
 次に、DC-DCコンバータ装置100の回路構成を説明する。
 図2は、図1に図示されたDC-DCDC-DCコンバータ装置の回路構成の一実施の形態を示す図である。
 DC-DCコンバータ装置100は、高電圧の直流電圧を交流電圧に変換する高電圧側スイッチング回路210、交流高電圧を交流低電圧に変換するトランス220、低電圧交流電圧を直流電圧に変換する低電圧側整流回路230を備えている。
 図2に示された一実施の形態において、高電圧側スイッチング回路210にノイズを抑制するためのコモンモードチョークコイル201および対地コンデンサ202が接続されている。
 高電圧側スイッチング回路210とトランス220との間には、共振チョークコイル203が接続されている。共振チョークコイル203のインダクタンスとトランス220の漏れインダクタンスの合成インダクタンスを用いて、高電圧側スイッチング回路210を構成するMOSET(電界効果トランジスタ)H1~H4のゼロ電圧スイッチングを可能としている。
 低電圧側整流回路230の出力側には出力電圧に重畳するノイズを除去するために、フィルタコイル204とフィルタコンデンサ205が設けられている。
 なお、コモンモードチョークコイル201、対地コンデンサ202、共振チョークコイル203、フィルタコイル204およびフィルタコンデンサ205は必ずしも必要ではなく、これらを省略した回路構成でも、効率低下やノイズ増加してしまう可能性があるが、DC-DCコンバータ装置100は電力を変換することが出来る。
(高電圧側スイッチング回路の回路構成)
 高電圧側スイッチング回路210は、Hブリッジ型として接続された4つのMOSFEH1~H4と平滑用入力コンデンサCinとから構成されている。また、MOSFET H1~H4にはスナバコンデンサがそれぞれのMOSFET H1~H4と並列に設けられている。
 高電圧側スイッチング回路210の4つのMOSFET H1~H4を位相シフトPWM制御することで、トランス220の1次側には交流電圧が発生する。
(低電圧側整流回路の回路構成)
低電圧側整流回路230は、MOSFET(電界効果トランジスタ:整流素子)で構成される二つの整流相と、チョークコイルLoutおよび平滑コンデンサCoutから構成される平滑回路と、を有している。以下では4つの並列接続されたMOSFET S1a~S1dから構成される整流相を第一整流相、4つの並列接続されたMOSFET S2a~S2dから構成される整流相を第二整流相と呼ぶことにする。
 それぞれの整流相の高電位側(すなわち、MOSFETのドレイン側)配線は、トランス220の2次側へ接続されている。また、それぞれの整流相の低電位側(GND側)配線は、合流した後、シャント抵抗Rshを介してGNDへ接続されている。トランス220の2次側センタタップ端子は、チョークコイルLoutに接続され、チョークコイルLoutの出力側に平滑コンデンサCoutが接続されている。
 第一整流相および第二整流相を、それぞれ、複数のMOSFET S1a~S1dまたは複数のMOSFET S2a~S2dを用いて、並列に接続しているのは、各整流相における導通損失を低減するためである。なお、本一実施の形態では、各整流相において並列接続されるMOSFETを4つとしているが、これに限定されるものではなく、各整流相において並列接続されるMOSFETに数の2つ以上、すなわち、複数とした場合のすべてに適用が可能である。
 高電圧側スイッチング回路210における位相シフトPWM制御によってトランス220の2次側に発生した交流は、上記の二つの整流相によって全波整流される。さらに、チョークコイルLoutと平滑コンデンサCoutによって平滑化されて直流の電流・電圧出力となる。シャント抵抗Rshは、GNDから戻ってくる負荷電流を検出するために設けられており、原理的には、チョークコイルLoutに流れる負荷電流と同じ電流値を示す。すなわち、一実施の形態のDC-DCコンバータ装置100はチョークコイルLoutの電流を検出して、その値を制御回路へフィードバックすることで、出力負荷電流を制御することが可能である。また、出力電流・電圧に含まれるノイズ成分はフィルタコイル204、フィルタコンデンサ205によって、低減される。
[DC-DCコンバータ装置の全体構成]
 図3は、図1に図示されたDC-DCコンバータ装置100を上方からみた平面図である。以下の図3に関わる説明では、上下左右は図3における紙面内における位置関係を示す意味で使用する。
 ケース101にける左下側には、高電圧側回路部200が配置されている。高電圧側回路部200は、高電圧側回路基板211、コモンモードチョークコイル201、対地コンデンサ202、平滑用入力コンデンサCinおよび高電圧側スイッチング回路210を構成するMOSFET H1~H4を備えている。高電圧側回路基板211、コモンモードチョークコイル201、対地コンデンサ202、平滑用入力コンデンサCin高電圧側回路基板211に実装されている。
 高電圧側スイッチング回路210を構成するMOSFET H1~H4は、図3には図示されていないが、高電圧側回路基板の下側に配置されている。MOSFET H1~H4は、パッケージ構造となっており、不図示の絶縁基板あるいは絶縁シートを介してケース101の底部101a内面上に配置される。MOSFET H1~H4から発生する熱は、絶縁基板あるいは絶縁シートを介してケース101に伝達され、ケース101の底部101aに外側に設けられた冷却流路を流れる冷却媒体によって冷却される。
 MOSFET H1~H4のゲート、ソースおよびドレインのリード線は、その上方に配置されている高電圧側回路基板まで延出され、半田付けにより、高電圧側回路基板に接続されている。
 図示はしないが、高電圧側回路基板には、コモンモードチョークコイル201、対地コンデンサ202、平滑用入力コンデンサCinおよび高電圧側スイッチング回路210が実装されている。高電圧側回路基板には、これらの実装された電子部品を、高電圧側スイッチング回路210を構成するように接続する配線パターンが形成されている。配線パターンには金属導体241が接続され、金属導体241は、ケース101の外部に設けられた入力コネクタ106に接続されている。
 高電圧側回路部200の上部側の角部には、共振チョークコイル203が配置され、高電圧側回路部200および共振チョークコイル203の上部側にトランス220が配置されている。高電圧側回路基板211と共振チョークコイル203、共振チョークコイル203とトランス220の1次側端子220a、トランス220の1次側端子220bと高電圧側回路基板211とは、不図示のリード線によって電気的に接続されている。
 トランス220の右側には、低電圧側基板ユニット250が配置されている。低電圧側基板ユニット250は、MOSFET S1a~S1dから構成される第一整流相、MOSFET S2a~S2dから構成される第二整流相および平滑コンデンサCout、チョークコイルLout、シャント抵抗Rshが実装された低電圧側回路基板251(図5参照)を備えている。
 図5は、図3におけるV-V線切断図である。
 低電圧側回路基板251は、図5に図示されるように、金属基板252と、この金属基板252の一面上に形成された絶縁膜253と、絶縁膜253上に形成された配線パターンを備えている。金属基板252は、熱伝導性のよいアルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属により形成されており、絶縁膜253が形成された一面と反対側の面がケース101の底部101a内面に接触して固定されている。このため、第一整流相および第二整流相からの発熱が、金属基板252からケース101の底部101aに伝達され、ケース101の底部101a側に設けられた冷却流路を流れる冷却媒体によって冷却される。したがって、金属基板252に実装される半導体素子の温度上昇は低減できる。特に、半導体素子がMOSFETである場合、温度が低ければ低いほどオン抵抗が小さくなるので、温度上昇を低減すると、導通損失を低減できることになる。
 低電圧側回路基板251の一側面は、トランス220と近接して配置され、上記一側面と反対側の側面は、ケース101の一側壁に近接する位置に配置されている。
 トランス220の2次側の第1の端子220cと第2の端子220eとは、それぞれ、バスバー等の金属導体301、302によって、低電圧側回路基板251に形成された配線パターンに電気的に接続されている。
 配線パターンの引き回しを含め、低電圧側回路部240の詳細は後述する。
 低電圧側回路基板251の下側には、チョークコイルLoutが配置されており、トランス220の2次側のセンタタップ端子220dと、バスバー等の金属導体303で接続されている。
 チョークコイルLoutの右側には、フィルタコイル204が配置されており、バスバー等の金属導体304にて、チョークコイルLoutとフィルタコイル204が電気的に接続されている。
 また、低電圧側回路基板251に実装されている平滑コンデンサCoutは配線パターン408に接続され、配線パターン408には、チョークコイルLoutおよびフィルタコイル204に接続された金属導体304が接続されている。
 フィルタコイル204の下側には、フィルタコンデンサ205が実装されたフィルタコンデンサ基板310が配置され、出力線を形成するバスバー等の金属導体305によって、フィルタコイル204とフィルタコンデンサ基板310が接続されている。金属導体305は、また、ケース101の外部に設けられた出力コネクタ107に接続されている。
 低電圧側回路基板251に実装された第一整流相、第二整流相および平滑コンデンサCout、シャント抵抗Rshは、低電圧側回路基板251に形成された配線パターンおよび金属導体301、302、304により図2の低電圧側整流回路230を構成するように接続されている。
 また、第一整流相、第二整流相および平滑コンデンサCout、シャント抵抗Rshが実装された低電圧側回路基板251と、チョークコイルLout、およびフィルタコイル204と、フィルタコンデンサ205が実装されたフィルタコンデンサ基板310と、金属導体301~305と、により低電圧側回路部240が構成されている。
(低電圧側基板ユニット)
 低電圧側基板ユニット250について、さらに、説明する。
 図4は、図3における、低電圧側回路基板に実装された部品配置の平面図である。また、図8は、図4における領域VIIIの詳細を示す拡大斜視図である。
 低電圧側回路基板251の絶縁膜253上には、第一整流相を構成するMOSFETS1a~S1dおよび第二整流相を構成するMOSFETS2a~S2dが実装されている。第一整流相を構成するMOSFET S1a~S1dおよび第二整流相を構成するMOSFETS2a~S2dは、それぞれ、ほぼ等間隔に直線状に配列されており、第一整流相と第二整流相とは平行に配列されている。
 低電圧側回路基板251の絶縁膜253上には、第一整流相と平行な高電位側配線パターン401(第2導体部)が直線状に形成されている。上述した如く、高電位側配線パターン401の左端側は金属導体301により、トランス220の2次側の第1の端子220cに接続されている。
 低電圧側回路基板251の絶縁膜253上には、第二整流相と平行な高電位側配線パターン402(第4導体部)が直線状に形成されている。上述した如く、高電位側配線パターン402左端側は金属導体302により、トランス220の2次側の第2の端子220eに接続されている。
 トランス220の2次側のセンタタップ端子220dは、第1の端子220cが接続された高電位側配線パターン401と、第2の端子220eが接続された高電位側配線パターン402との間に配置されている。
 第一整流相を構成するMOSFET S1a~S1dおよび第二整流相を構成するMOSFET S2a~S2dは、それぞれ、NチャネルMOSFETであり、スイッチング素子部分が樹脂でパッケージされている。樹脂の一面には銅などの金属膜が形成されており、この金属膜はドレイン電極と接続されている。つまり、この金属膜はドレイン端子502(図8参照)である。
 MOSFET S1a~S1dは、それぞれ、ドレイン端子502が高電位側配線パターン401に半田付けされている。MOSFET S2a~S2dは、それぞれ、ドレイン端子502が高電位側配線パターン402に半田付けされている。
 高電位側配線パターン402における、低電圧側回路基板251の側面側である外側には銅または銅合金等の銅系金属等により形成されたバスバー等の金属導体412(第3導体部)が高電位側配線パターン402と平行に配設されている。
 図8に図示されているように、金属導体412は、ほぼ同一に厚さの板状部材により形成されており、厚さ方向に、ジグザグ状に形成されている(図8参照)。
 低電圧側回路基板251の絶縁膜253上には、ソース用配線405およびゲート用配線404が形成されている。
 MOSFET S2a~S2dの各ソース端子503は、ソース用配線405に半田付けされている。また、金属導体412は、その突出部412aがソース用配線405に半田付けされている。
 MOSFET S2a~S2dの各ゲート端子501は、低電圧側回路基板251の側面側である外側に向けて配置され、ゲート用配線404に半田付けされている。ゲート端子501が接続されたゲート用配線404は、金属導体412の突出部412a間に形成されている平坦部412bの下側を、該平坦部412bとは空隙を有してほぼ直交する方向に延出されている。すなわち、各ゲート用配線404は、金属導体412とは絶縁された状態で、金属導体412と交差している。延出された各ゲート用配線404の先端は、コネクタ432に接続されている。このように、ゲート端子501を外側に向けて配置したので、コネクタ432に接続されるゲート用配線404の引き回し長さを短くすることができる。
 高電位側配線パターン401における、低電圧側回路基板251の側面側である外側には銅または銅合金等の銅系金属により形成されたバスバー等の金属導体(第1導体部)411が高電位側配線パターン401と平行に配設されている。
 MOSFET S1a~S1dにおけるソース端子、ソース用配線、金属導体411との配置関係は、MOSFET S2a~S2dにおけるソース端子503、ソース用配線405、金属導体412の突出部412aと同様である。また、MOSFET S1a~S1dにおけるゲート端子、ゲート用配線、金属導体411との配置関係は、MOSFET S2a~S2dにおけるゲート端子501、ゲート用配線404、金属導体412の平坦部412bとの関係と同様である。このため、MOSFET S1a~S1dにおいても、それぞれ、コネクタ431に接続されるゲート用配線の引き回し長さを短くすることができる。
 低電圧側回路基板251の絶縁膜253上には、中間接続用配線パターン(中間導体部)406およびGND用配線パターン(グラウンド端子)403が形成されている。
 図5に図示されるように、GND用配線パターン403、絶縁膜253および金属基板252を貫通する貫通孔が形成され、ケース101には、この貫通孔に対応する位置にねじ孔が形成されている。
 金属ねじ801を、貫通孔を挿通してケース101のねじ孔に締結することにより、低電圧側回路基板251がケース101の底部101aに固定される。また、これと同時に、金属ねじ801によりGND用配線パターン403がケース101に接続される。このようにして、GND用配線パターン403がケース101に接続するGND接続構造が構成されている。低電圧側回路基板251をケース101に固定するのは、金属ねじ801以外の締結部材によるようにしてもよい。
 上記における、金属導体301~305、411、412、高電位側配線パターン401、402およびGND用配線パターン403については、回路との関係を示す参考として図2に図示された回路図に図示されている。
 なお、GND用配線パターン403をケース101に接続するGND接続構造は上記一実施の形態を変形して適用することができる。
 以下にGND接続構造の変形例を示す。
(GND接続構造の変形例1)
 図6は、図5に図示されたGND用配線パターン403をケース101に接続するGND接続構造の変形例1を示す。
 図6におけるGND接続構造が、図5と相違する点は、金属ねじ801が、金属リベット802に置換されている点である。変形例1においては、GND用配線パターン403は金属リベット802を介して金属基板252に接続されている。金属基板252はケース101に接しているために、GND配線パターン430は金属リベット802と金属基板252を介してケース101に導通する構造になっている。GND用配線パターン403を、バスバー等のような金属導体により形成するようにしてもよい。
 図6において、上記以外の構造は、図5と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
(GND接続構造の変形例2)
 図7は、図5に図示されたGND用配線パターン403をケース101に接続するGND接続構造の変形例2を示す。
 図7におけるGND接続構造が、図5と相違する点は、バスバー803を用いてGND用配線パターン403をケース101に接続するようにした点である。
 変形例2においては、低電圧側回路基板251には、金属ねじを挿通するための貫通孔は形成されていない。ケース101の側部の内側に、側壁より低い段部811を形成し、段部811にねじ孔が形成されている。バスバー803をGND用配線パターン403と段部811とに橋渡し、段部811側で金属ねじ804によりケース101に固定する。
 GND用配線パターン403はバスバー803を介してケース101に接続される。
 図7において、上記以外の構造は、図5と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
 図4において、中間接続用配線パターン406は、金属導体411および金属導体412と直交する方向に延出されており、金属導体411および金属導体412の一端部は中間接続用配線パターン406に半田付けされている。
 中間接続用配線パターン406とGND用配線パターン403とは、一対のシャント抵抗Rshにより接続されている。
 中間接続用配線パターン406、一方のシャント抵抗Rsh、金属導体411、MOSFET S1a~S1dにより構成される第一整流相、高電位側配線パターン401および金属導体301は、第一整流相回路を構成する。
 中間接続用配線パターン406、他方のシャント抵抗Rsh、金属導体412、MOSFET S2a~S2dにより構成される第二整流相、高電位側配線パターン402および金属導体302は、第二整流相回路を構成する。
 第一整流相回路および第二整流相回路は、高電位側配線パターン401と403の中心を通るセンタラインC-Cに対して鏡像となるように形成されている。
 (低電圧側整流回路の電流経路)
 図4に、第二整流相回路における電流経路を点線の矢印で示す。
 DC-DCコンバータ装置100の負荷電流は、GND用配線パターン403から、一方のシャント抵抗Rsh、中間接続用配線パターン406および金属導体412から構成される入力側配線部(第3配線部)を介して第二整流相の各MOSFET S2a~S2dに流れ込む。入力側配線部における一方のシャント抵抗Rshから中間接続用配線パターン406までの電流経路は各MOSFET S2a~S2dに対して共通の経路である。
 金属導体412におけるMOSFET S2dのソース用配線405が接続される領域に電流分岐点が存在する。金属導体412における電流分岐点よりトランス220側の領域間では、電流は、MOSFET S2a~S2dを通る4つの経路に分流して流れる。
 入力側における電流経路長は、図4に図示されるように、MOSFETS2d側からMOSFET S2a側に向かうに従って、順次、長くなる。
 MOSFET S2a~S2dから出力された電流は、高電位側配線パターン402および金属導体302から構成される出力側配線部(第4配線部)を介してトランス220に流れる。
 高電位側配線パターン402におけるMOSFET S2のドレイン端子502が接続される領域からMOSFET S2dのドレイン端子502が接続される領域までの間に4つの電流合流点が存在する。この間においては、電流は、各MOSFET S2a~S2dのドレイン端子502との合流領域において、順次、高電位側配線パターン402に合流される。
 出力側における電流経路長は、図4に図示されるように、MOSFET S2d側からMOSFET S2a側に向かうに従って、順次、短くなる。
 上述した如く、MOSFET S2a~S2dにより構成される第二整流相、高電位側配線パターン402、金属導体412は、直線状で、相互に平行に形成されている。
 このため、各MOSFET S2a~S2dにおける入力側の電流経路長と、出力側の電流経路長との合計電流経路長は、ほぼ等しい。つまり、各MOSFET S2a~S2dの電流経路のインピーダンスがほぼ一致する。その結果、各MOSFET S2a~S2dに流れる電流が均一となり、MOSFET S2a~S2dの導通損失を小さくすることができる。
 DC-DCコンバータ装置100の整流相を流れる電流は、高周波成分を含んでいる。そのために、各MOSFET S2a~S2dを流れる電流経路のインピーダンスは、電流経路の抵抗成分よりインダクタンス成分に大きく依存する。
 上記一実施の形態では、電流経路として入力側に金属導体412を、出力側に高電位側配線パターン402を用いている。金属導体412と高電位側配線パターン402との厚さが異なる場合には、各電流経路の抵抗成分が異なるものとなる。しかし、電流の高周波分は、導体の表面を流れるために各電流経路のインダクタンス成分は、配線部材の厚さには、ほとんど依存せず、電流経路の長さに依存する割合が大きい。このため、金属導体412と高電位側配線パターン402との厚さが異なる場合であっても、各MOSFETS2a~S2dを流れる電流をほぼ均一にすることができる。
 上記第二整流回路における電流経路については、第一整流相回路においても、同様である。
 すなわち、DC-DCコンバータ装置100の負荷電流は、GND用配線パターン403から、他方のシャント抵抗Rsh、中間接続用配線パターン406および金属導体412をから構成される入力側配線部(第1配線部)を介して第一整流相の各MOSFET S1a~S1dに流れ込む。また、MOSFET S1a~S1dから出力された電流は、高電位側配線パターン401および金属導体301から構成される出力側配線部(第2配線部)を介してトランス220に流れる。
 MOSFET S1a~S1dにより構成される第一整流相、高電位側配線パターン401、金属導体411は、直線状で、相互に平行に形成されている。
 このため、各MOSFETS1a~S1dにおける入力側の電流経路長と、出力側の電流経路長との合計電流経路長は、ほぼ等しい。
 上記一実施の形態に示すDC-DCコンバータ装置100は、MOSFET S1a~S1dにより構成される第一整流相と、MOSFET S2a~S2dにより構成される第二整流相とを有する低電圧側整流回路230を備えている。
 このような低電圧側整流回路230では、キャリア周波数に対応する一周期の時間内に2つの整流相に交互に負荷電流が流れる。第一整流相および第二整流相のインピーダンスに差がある場合には、2つの整流相の電流が不均一となり、インピーダンスが低い整流相に電流が多く流れる。その結果、効率が低下する場合がある。
 上述した如く、第一整流相回路と第二整流相回路とは、センタラインC-Cに対して鏡像となるように形成されている。つまり、第一整流回路と第二整流回路とは、センタラインC-Cに対して線対称に形成されており、第一整流回路の合計電流経路長と第二整流回路の合計電流経路長とは、ほぼ等しい。換言すれば、第一整流回路の電流経路と第二整流回路の電流経路との合成インピーダンスは、ほぼ等しい。
 その結果、低電圧側整流回路230におけるMOSFET S1a~S1dおよびMOSFET S2a~S2dの電流損失を、一層、小さくすることができる。
--実施形態2--
 図9は、本発明の実施形態2としての低電圧側基板ユニット250Aの平面図である。
 実施形態2の低電圧側基板ユニット250Aが、実施形態1の低電圧側基板ユニット250と相違する点は、金属導体部411A、412Aが複数の部材で構成されている点である。
 以下、この相違点を主として実施形態2を説明する。
 第一整流相の各MOSFET S1a~S1dに接続される金属導体部411Aは、金属導体441aと441bおよび配線パターン451を備える。配線パターン451は、低電圧側回路基板251に形成されている。バスバー等により形成された金属導体414aと441bは、配線パターン451上で離間して一直線状に配置されている。金属導体441aと441bは、離間された側の端部が、半田付けにより、配線パターン451に接続されている。
 第二整流相側も同様であり、第二整流相の各MOSFET S2a~S2dに接続される金属導体部412Aは、金属導体442aと442bおよび配線パターン452備える。配線パターン452は、低電圧側回路基板251に形成されている。バスバー等の金属導体442aと442bは、配線パターン452上で離間して一直線状に配置されている。金属導体442aと442bは、離間された側の端部が、半田付けにより、配線パターン452に接続されている。
 上述したように、低電圧側回路基板251の金属基板252はアルミニウム系金属により形成されている。一方、金属導体442aと442bとは、銅系金属により形成されている。アルミニウム系金属と銅系金属とは線膨張係数が異なるために、両部材を半田付け等により接合すると、接合部に熱応力が発生する。熱応力は、接合部の面積が大きいほど大きくなる。
 実施形態2では、金属導体部411Aおよび412Aを面積の小さい金属導体441aと441bまたは金属導体442aと442bとに分離して構成している。また、金属導体441aと441bとを、および442aと442bとを離間して配置している。
 このため、接合部における熱応力を小さくすることができ、信頼性を向上することができる。
 金属導体部411Aおよび412Aは、第一整流相および第二整流相と平行に配置されており、第一整流相回路と第二整流相回路とは、センタラインC-Cに対して鏡像に形成されている。
 よって、実施形態2においても、実施形態1と同様な効果を奏する。
 実施形態2の上記以外の構成は、実施形態1と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
--実施形態3--
 図10は、本発明の実施形態3としての低電圧側基板ユニット250Bの平面図である。
 実施形態3の低電圧側基板ユニット250Bが、実施形態1の低電圧側基板ユニット250と相違する点は、中間導体部406Aが複数の部材で構成されている点である。
 以下、この相違点を主として実施形態2を説明する。
 中間導体部406Aは、金属導体413、414および配線パターン453~455により構成されている。
 配線パターン453~455は、低電圧側回路基板251上に、相互に分離して、一直線状に形成されている。
 バスバー等の金属導体413は、一端および他端が、それぞれ、配線パターン453、454に半田付けされている。バスバー等の金属導体414は、一端および他端が、それぞれ、配線パターン453、455に半田付けされている。
 配線パターン453~455の中、中央に位置する配線パターン453は、一対のシャント抵抗Rshを介してGND用配線パターン403に接続されている。
 実施形態1における中間接続用配線パターン406は、低電圧側回路基板251に銅箔を形成し、この銅箔をエッチングして形成されるものであるため、その厚さが薄い。実施形態2における中間導体部406Aは、バスバー等により形成された金属導体413、414を備えている。金属導体413、414を配線パターン403~405より厚くすることにより、中間導体部406Aにおけるこの部分の断面積を大きくすることができる。
 これにより、中間導体部406Aの幅を小さくし、低電圧側基板ユニット250Bの小型化が可能となる。
 配線パターン453、金属導体413および配線パターン454と、配線パターン453、金属導体414および配線パターン455とはセンタラインC-Cに対して鏡像に形成されている。
 よって、実施形態3においても、実施形態1と同様な効果を奏する。
 実施形態3の上記以外の構成は、実施形態1と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
 図11は、本発明の実施形態4としての低電圧側基板ユニット250Cの平面図である。
 実施形態4では、実施形態1~3と異なり、第一整流相回路と第二整流相回路とがセンタラインC-Cに対して鏡像に形成されていない構造を例示するものである。
 図11におけるトランス220は、2次側における第1の端子220cと第2の端子220eの間の距離が、第一整流相回路における高電位側配線パターン401と第二整流相回路における高電位側配線パターン402の間の距離よりも大きいものである。
 このようなトランス220に対し、第二整流相回路における高電位側配線パターン402とトランス220の2次側の第2の端子220eとを接続する金属導体302は直線形状に形成されている。これに対し、第一整流相回路における高電位側配線パターン401とトランス220の2次側の第1の端子220cとを接続する金属導体311は、L字形状に形成されている。直線形状の金属導体302は、高電位側配線パターン402の延長線上に配置されている。L字形状の金属導体311は、一部が、高電位側配線パターン401と平行に、他の一部がトランス220の2次側の第1の端子220c側から高電位側配線パターン401側に向かって、高電位側配線パターン401に垂直に延出されている。このため、L字形状の金属導体311の長さは、垂直な部分の長さ分だけ、直線形状の金属導体302の長さよりも長い。
 中間導体部406Bは、配線パターン456、457と金属導体415により構成されている。配線パターン456と457は、低電圧側回路基板251上に、間隔をおいて、直線状に配置されている。金属導体415は、一端部および他端部が、それぞれ、配線パターン456と配線パターン457に半田付けされている。
 配線パターン456と配線パターン457との間隔は、L字形状の金属導体311が直線形状の金属導体302の長さに対する長さの差にほぼ等しい。このため、第一整流相回路の合計電流経路長と第二整流相回路の合計電流経路長の長さは、ほぼ等しい。
 なお、図11に実施形態4として示す低電圧側基板ユニット250Cでは、GND用配線パターン403は、高電位側配線パターン401と高電位側配線パターン402のセンタラインC-Cに対して、第一整流相回路の高電位側配線パターン401側に配置されている。このようにセンタラインC-Cに対してずれた位置のGND用配線パターン403に、一対のシャント抵抗Rshを介して配線パターン456が接続されている。このようにすることにより、シャント抵抗Rshを、金属導体415を避けた位置で、GND用配線パターン403と配線パターン456とを接続することが可能となっている。
 しかし、GND用配線ターン403を、実施形態1~3と同様、センタラインC-C上に配置してもよい。
 なお、上記において、金属導体302を直線状ではなく、金属導体311と同様なL字形状としてもよい。金属導体302と金属導体311とを、同一サイズのL形状とすれば、金属導体302と金属導体311とは、電流経路長に差異が生じない。トランス220の2次側のセンタタップ端子220dをセンタラインC―C上に配置すれば、実施形態1の場合と同様に、第一整流相回路と第2整流相回路を鏡像に形成することができるので、中間導体部406Cを、分断された部材により構成する必要はない。
 上記のように構成された実施形態4においても、実施形態1と同様な効果を奏する。
 実施形態4における上記以外の構成は、実施形態1と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
--実施形態5--
 図12は、本発明の実施形態5を示し、DC-DCコンバータ装置の回路構成を示す図である。 図12に図示されたDC-DCコンバータ装置100Aの回路は、図2に図示されたDC-DCコンバータ回路にアクティブクランプ回路280が付加されている。
 図12に図示されるように、アクティブクランプ回路280は、アクティブクランプ用MOSFET S3、S4、およびアクティブクランプ用コンデンサCc1、Cc2により構成されている。
 アクティブクランプ回路280を低電圧側整流回路230に接続することで、トランス220の漏れインダクタンスや配線インダクタンスに起因して、MOS FET S1a~S1dおよびMOSFET S2a~S2dに印加されるサージ電圧を低減することができる。そのために、MOSFET S1a~S1dおよびMOS FET S2a~S2dの耐圧を下げることが可能になる。一般に耐圧の低いMOS FETはオン抵抗が小さいために、損失が下がる。その結果、アクティブクランプ回路を付随した場合、DC-DCコンバータ回路の効率は向上する。
 図13は、実施形態5の低電圧側基板ユニット250Dの平面図である。
 低電圧側基板ユニット250Dは、図11に図示された低電圧側基板ユニット250Cに対して、アクティブクランプ回路280を構成するアクティブクランプ用MOSFETS3、S4、およびアクティブクランプ用コンデンサCc1、がCc2を備えている。
 低電圧側回路基板251上における第一整流相回路側に、アクティブクランプ用MOSFET S3およびアクティブクランプ用コンデンサCc1が実装されている。
 低電圧側回路基板251上には、配線パターン461、462が形成されている。アクティブクランプ用MOSFET S3のドレイン端子は、低電圧側回路基板251上に形成された配線パターン461に半田付けされている。アクティブクランプ用MOSFETS3のソース端子は、金属導体311によってトランス220の2次側の第1の端子220cに接続された高電位側配線パターン401に接続されている。
 配線パターン462には、金属導体411の一端が半田付けされている。アクティブクランプ用コンデンサCc1は、一方の電極および他方の電極が、それぞれ、配線パターン461、462に半田付けされている。
 低電圧側回路基板251上における第二整流相回路側に、アクティブクランプ用MOSFET S4およびアクティブクランプ用コンデンサCc2が実装されている。
 低電圧側回路基板251上には、配線パターン463、464が形成されている。アクティブクランプ用MOSFET S4のドレイン端子は、低電圧側回路基板251上に形成された配線パターン463に半田付けされている。アクティブクランプ用MOSFETS4のソース端子は、金属導体302によってトランス220の2次側の第2の端子220eに接続された高電位側配線パターン402に接続されている。
 配線パターン464には、金属導体412の一端が半田付けされている。アクティブクランプ用コンデンサCc2は、一方の電極および他方の電極が、それぞれ、配線パターン463、464に半田付けされている。
 上記のように構成された実施形態5においても、実施形態1と同様な効果を奏する。
 さらに、アクティブクランプ回路280を設けたことで、DC-DCコンバータ回路の効率は、一層、向上する。
 実施形態5における上記以外の構成は、実施形態1と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
 実施形態1~4の低電圧側基板ユニット250、250A~250Cに、アクティブクランプ回路280を構成するアクティブクランプ用MOSFET S3、S4およびアクティブクランプ用コンデンサCc1、Cc2を実装するようにしてもよい。
 本発明の各実施形態によれば、下記の効果を奏する。
(1)第一整流相を構成する各MOSFET S1a~S1dにおける、入力側の電流経路長と、出力側の電流経路長との合計電流経路長を、ほぼ等しくした。このため、各MOSFET S1a~S1dに流れる電流が均一となり、MOSFET S1a~S1dの導通損失を小さくすることができる。
(2)同様に、第二整流相を構成する各MOSFET S2a~S2dにおける、入力側の電流経路長と、出力側の電流経路長との合計電流経路長を、ほぼ等しくした。このため、各MOSFET S2a~S2dに流れる電流が均一となり、MOSFET S2a~S2dの導通損失を小さくすることができる。
(3)第一整流相回路と第二整流相回路とは、センタラインC-Cに対して鏡像となるように形成されており、第一整流相回路の合計電流経路長と第二整流相回路の合計電流経路長とは、ほぼ等しい。このため、低電圧側整流回路230におけるMOSFET S1a~S1dおよびMOSFET S2a~S2dの電流損失を小さくして、効率を向上することができる。
(4)実施形態4のように、トランス220の2次側における第1の端子220cと第2の端子220eの間隔が大きい場合でも、L字形状の金属導体311と直線形状の金属導体302との電流経路長の差に対応する分を、中間導体部406Bにより補正するようにした。このため、低電圧側基板ユニット250Cの小型化を図ることができる。
(5)低電圧側回路基板251の一側面は、トランス220と近接して配置され、一側面に対向する側面は、ケース101の一側面に近接する位置に配置されている。
 このために、トランス220の2次側の第1、第2の端子220c、220eと、第一、第二整流相の高電位側配線パターン401、402を接続している金属導体301、302の長さは短くなっている。回路動作上、金属導体301、302には高周波成分を含んだ電流が流れるために、表皮効果で増加した抵抗によって損失が大きくなることが懸念される。金属導体301、302を短くすることができるので、損失を低減することができる。
(6)低電圧側回路基板251を金属基板252により形成し、この金属基板252の第一および第二整流相が実装された面と反対側の面を、冷却流路によって冷却されるケース101の底部101a面に接触する構造とした。このため、第一および第二整流相を構成するMOSFETの温度上昇が抑制され、導通損失を低減することができる。
(7)MOSFET S1a~S1d、MOSFET S2a~S2のゲート端子501を、低電圧側回路基板251の側面側である外側に向けて配置した。このため、コネクタ431、432に接続されるゲート用配線404の引き回し長さを短くすることができる。
(8)実施形態5に示すように、低電圧側基板ユニット250Dにアクティブクランプ回路280を構成するアクティブクランプ用MOSFET S3、S4およびアクティブクランプ用コンデンサCc1、Cc2を実装するようにした。このため、DC-DCコンバータ回路の効率を、一層、向上することができる。
 なお、低電圧側基板ユニット250に実装される回路部品は、上記実施形態に限定されるものではなく、DC-DCコンバータ回路を構成する他の電子部品を実装してもよい。
 逆に、上記実施形態において、低電圧側基板ユニット250に実装した回路部品の中、いずれかを低電圧側基板ユニット250に実装せずに、ケース101内に収納するようにしてもよい。
 上記実施形態において、低電圧側回路基板251に形成した金属箔により形成される配線パターンを、バスバー等の金属導体に変更したり、逆に、バスバー等の金属導体を金属箔により形成される配線パターンに変更したりすることは、任意に行うことが可能である。
 上記実施形態においては、MOSFET S1a~S1dおよびMOSFET S2a~S2dを、NチャネルMOSFETとして例示した。しかし、MOSFET S1a~S1dおよびMOSFET S2a~S2dを、PチャネルMOSFETとすることもできる。
 その他、本発明は、本発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して適用することが可能であり、要は、トランスとグラウンド端子との間に、複数の整流素子を含む第一整流素子と、複数の整流素子を含む第二整流素子とが設けられ、第一整流相回路における、各整流素子の第1の端子からグラウンド端子までの電流経路長と、各整流素子の第2の端子からトランスの第1の端子までの電流経路長との合計電流経路長はほぼ等しく、第二整流相回路における、各整流素子の第1の端子からグラウンド端子までの電流経路長と、各整流素子の第2の端子からトランスの第2の端子までの電流経路長との合計電流経路長はほぼ等しく、第一整流相回路と第二整流相回路との合計電流経路長はほぼ等しく形成されているものであればよい。
 100 DC-DCコンバータ装置 
 101   ケース
 210   高電圧側スイッチング回路
 220   トランス
 230   低電圧側整流回路
 240   低電圧側回路部
 250、250A~250D  低電圧側基板ユニット
 251   低電圧側回路基板
 252   金属基板
 253   絶縁膜
 401、402  高電位側配線パターン
 403   GND用配線パターン(グラウンド端子)
 406   中間接続用配線パターン(中間導体部)
 406A、406B  中間導体部
 411、412  金属導体
 411A、411B  金属導体部
 S1a~S1d、S2a~S2d  MOSFET(電界効果トランジスタ:整流素子)

Claims (10)

  1.  トランスと、
     前記トランスの一次側に接続された高電圧側回路部と、
     前記トランスの二次側に接続された低電圧側回路部と、
     前記トランス、前記高電圧側回路部および前記低電圧側回路部を収納するケースと、を備え、
     前記低電圧側回路部は、
     グラウンド端子と、
     複数の整流素子と、前記各整流素子の第1の端子が前記グラウンド端子に接続される第1配線部と、前記各整流素子の第2の端子が前記トランスの第1の端子に接続される第2配線部とを備える第一整流相回路と、
     複数の整流素子と、前記各整流素子の第1の端子が前記グラウンド端子に接続される第3配線部と、前記各整流素子の第2の端子が前記トランスの第2の端子に接続される第4配線部とを備える第二整流相回路と、を備え、
     前記第一整流相回路における、前記各整流素子の前記第1の端子から前記グラウンド端子までの電流経路長と、前記各整流素子の前記第2の端子から前記トランスの前記第1の端子までの電流経路長との合計電流経路長はほぼ等しく、
     前記第二整流相回路における、前記各整流素子の前記第1の端子から前記グラウンド端子までの電流経路長と、前記各整流素子の前記第2の端子から前記トランスの前記第2の端子までの電流経路長との合計電流経路長はほぼ等しく、
     前記第一整流相回路と前記第二整流相回路との前記合計電流経路長はほぼ等しく形成されている、DC-DCコンバータ装置。
  2.  請求項1に記載のDC-DCコンバータ装置において、
     前記低電圧側回路部は、金属基板と、前記金属基板上に形成された絶縁膜とを有する低電圧側回路基板を備え、前記第1整流相回路における、複数の前記整流素子と、前記第1配線部と、前記第2配線部と、前記第2整流相回路における、複数の前記整流素子と、前記第3配線部と、前記第4配線部と、前記グラウンド端子とは、前記低電圧側回路基板の前記絶縁膜上に設けられている、DC-DCコンバータ装置。
  3.  請求項1に記載のDC-DCコンバータ装置において、
     前記第一整流相回路における複数の前記整流素子は直線状の第一整流相を形成するように配列され、前記第二整流相回路における複数の前記整流素子は、前記第一整流相と平行な直線状の第二整流相を形成するように配列され、前記第2配線部は、前記第一整流相と前記二整流相の間に、前記第一整流相に平行に配置された第2導体部を有し、前記第2配線部は、前記第一整流相と前記第二整流相の間に、前記第二整流相と平行に配置された第4導体部を有し、前記第3配線部は、前記第一整流相の外側に前記第一整流相に平行に配置された第3導電部を有し、前記第4配線部は、前記第二整流相の外側に前記第二整流相に平行に配置された第3導電部を有する、DC-DCコンバータ装置。
  4.  請求項3に記載のDC-DCコンバータ装置において、
     前記第一整流相回路における複数の前記整流素子および第二整流相回路における複数の前記整流素子は、それぞれ、電界効果トランジスタあり、前記第一整流相回路における前記各電界効果トランジスタはゲート端子が前記第1導体部側に向けて配置され、記第二整流相回路における前記各電界効果トランジスタはゲート端子が前記第3導体部側に向けて配置されている、DC-DCコンバータ装置。
  5.  請求項4に記載のDC-DCコンバータ装置において、
     前記低電圧側回路部は、さらに、前記第一整流相回路における前記各電界効果トランジスタの前記ゲート端子に接続され、前記第1導体部を絶縁された状態で交差する第1ゲート配線と、前記第二整流相回路における前記各電界効果トランジスタの前記ゲート端子に接続され、前記第3導体部を絶縁された状態で交差する第2ゲート配線とを備える、DC-DCコンバータ装置。
  6.  請求項3に記載のDC-DCコンバータ装置において、
     前記第1導体部および前記第3導体部は、前記各整流素子への電流分岐点を有し、前記第2導体部および前記第4導体部は、前記各整流素子からの電流合流点を有する、DC-DCコンバータ装置。
  7.  請求項6に記載のDC-DCコンバータ装置において、
     前記低電圧側回路部は、さらに、前記第一整流相および前記第二整流相に交差する方向に延出され、前記第1導体部および前記第3導体部における前記電流分岐点と前記グラウンド端子との間に配列され、前記第1導体部および前記第3導体部に接続された中間導体部を備える、DC-DCコンバータ。
  8.  請求項6に記載のDC-DCコンバータ装置において、
     前記ケース内に、さらに、前記第2導体部の前記電流合流点と前記トランスとの間で、前記第2導体部と前記トランスの前記第1の端子とを接続する第1金属導体、および前記第4導体部の前記電流合流点と前記トランスとの間で、前記第4の導体部と前記トランスの前記第2の端子とを接続する第2金属導体が収納されている、DC-DCコンバータ装置。
  9.  請求項3に記載のDC-DCコンバータ装置において、
     前記トランスは、前記第1の端子と前記第2の端子との間にセンタタップ端子を備え、前記センタタップ端子は、前記第2導体部と前記第4導体部との間に配置されている、DC-DCコンバータ装置。
  10.  請求項1に記載のDC-DCコンバータ装置において、
     前記ケース内に、さらに、電界効果トランジスタとコンデンサとから構成され、前記第一整流相回路および前記第二整流相回路に接続されたアクティブクランプ回路部が収納されている、DC-DCコンバータ装置。
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