WO2015122239A1 - 電力変換器用のコントローラ - Google Patents

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圭太 六浦
竜哉 近藤
佐藤 正一
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Definitions

  • This disclosure relates to a controller for a power converter.
  • microcomputer hereinafter simply referred to as “microcomputer”
  • power supply circuit a power supply circuit arranged at different positions on the same surface of a printed circuit board for a display unit.
  • an object of the present disclosure is to provide a controller for a power converter that can reduce the size of the substrate.
  • the second region (12) is set so as to be included in the first region (22) when viewed in the normal direction of the multilayer substrate (50), Provided by the controller (1) for a power converter, wherein the multilayer substrate (50) includes a ground potential portion (58) in the second region (12) when viewed in the normal direction of the multilayer substrate (50). Is done.
  • a controller for a power converter capable of downsizing the substrate can be obtained.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the substrate 50 taken along line CC in FIG. It is a figure which shows roughly an example of the controller 1 for power converters of a mounting state.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a substrate 50 of a controller 1 for a power converter
  • FIG. 1A is a diagram illustrating one surface (A surface in this example) side of the substrate 50
  • B) is a view showing the other surface (B surface in this example) side of the substrate 50
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the substrate 50 taken along line CC in FIG.
  • the power converter may be an inverter or a DC-DC converter, for example.
  • the inverter is for driving a motor
  • the motor may be a traveling motor used in a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • a power supply IC (Integrated Circuit) 10 for a microcomputer is mounted on the power supply IC area 12 on the A side of the substrate 50. Further, electronic parts (inductor 13, capacitor 14, etc.) used for the microcomputer power supply circuit are provided on the A surface of the substrate 50.
  • the power supply IC 10 may be a switching power supply IC that involves driving of a switching element.
  • the microcomputer 20 is mounted in the microcomputer installation area 22 on the B surface of the substrate 50.
  • the microcomputer 20 includes a CPU and a memory.
  • the microcomputer 20 receives power supply from the power supply IC 10.
  • the microcomputer 20 operates with power from the power supply IC 10.
  • the microcomputer 20 has a function of controlling the inverter, for example, and accordingly, an inverter control program is stored in a memory (for example, ROM) of the microcomputer 20.
  • the microcomputer installation area 22 is set so as to include (include) the power supply IC area 12 in the normal direction of the substrate 50. That is, the microcomputer installation region 22 overlaps the power supply IC region 12 over the entire power supply IC region 12 when viewed in the normal direction of the substrate 50.
  • the board 50 is provided with a bolt insertion hole 30.
  • the bolt insertion hole 30 is in the form of a through hole.
  • the bolt insertion hole 30 is provided with a conductor portion that becomes a ground potential in use.
  • the bolt insertion hole 30 may be formed of a metal collar, or may be in the form of a through hole plated with a conductor.
  • the bolt insertion holes 30 are preferably provided on both sides of the microcomputer 20 (that is, on both sides of the microcomputer installation area 22) as shown in FIG.
  • the substrate 50 is provided with wiring 40 that electrically connects the microcomputer 20 and the power supply IC 10.
  • the wiring 40 includes a pattern portion 41 on the substrate 50 and a through hole 42. That is, since the microcomputer 20 and the power supply IC 10 are mounted on different surfaces of the substrate 50, they are electrically connected through the through holes 42.
  • the through hole 42 is electrically insulated from the ground potential conductor portion (including the solid pattern) in the substrate 50.
  • the substrate 50 is a multilayer substrate as shown in FIG.
  • the substrate is a six-layer substrate having the first layer 51 to the sixth layer 56, but the number of layers is arbitrary.
  • the first layer 51 to the sixth layer 56 may include a signal transmission layer, a power supply layer, a ground connection layer, and the like.
  • hatched portions with diagonal lines represent conductor portions.
  • the substrate 50 includes a conductor portion 58 (hereinafter referred to as “ground potential portion”) that becomes a ground potential when in use.
  • the ground potential portion 58 is formed so as to overlap the power supply IC region 12 when viewed in the normal direction of the substrate 50.
  • the ground potential part 58 is formed in each layer of the substrate 50.
  • each of the ground potential portions 58 in the second layer 52 and the fifth layer 55 is formed by a solid pattern (for example, the same solid pattern).
  • the formation range of the ground potential portion 58 is arbitrary, but is preferably determined so that the heat radiation function and the electromagnetic wave shielding function by the ground potential portion 58 are sufficiently fulfilled. In the example shown in FIG.
  • the ground potential portions in the other layers 51, 52, 53, 56 overlap with the power supply IC region 12 when viewed in the normal direction of the substrate 50, but are formed smaller than the microcomputer installation region 22. ing. However, some or all of the ground potential portions in the other layers 51, 52, 53, and 56 are formed in the same area as the microcomputer installation area 22 or larger than that when viewed in the normal direction of the substrate 50. Also good.
  • the board 50 of the controller 1 for the power converter shown in FIGS. 1 and 2 since the microcomputer 20 and the power supply IC 10 are mounted on both sides of the board 50, the board is more than the configuration in which these are mounted on the same side of the board 50. 50 downsizing is possible.
  • a switching power supply IC is used as a power supply circuit for a microcomputer, and a microcomputer including a high-performance CPU is used as a microcomputer.
  • a microcomputer including a high-performance CPU is used as a microcomputer.
  • EMC Electro-Magnetic Compatibility
  • crosstalk it is necessary to take sufficient measures against EMC (Electro-Magnetic Compatibility) and crosstalk.
  • the microcomputer 20 and the power supply IC 10 are arranged so as to overlap each other when viewed in the normal direction of the board 50.
  • the ground potential unit 58 can function as a heat radiating pad that transmits heat of the power supply IC 10 to the outside, and can also function as an electromagnetic wave shield that shields radiation noise from the microcomputer 20.
  • the ground potential unit 58 can also function as a heat dissipation pad that transfers the heat of the microcomputer 20 to the outside.
  • the substrate 50 of the controller 1 for the power converter shown in FIGS. 1 and 2 since the ground potential portion 58 is provided in each layer of the substrate 50, the heat capacity is efficiently utilized by using a small area in the substrate 50. Can be enhanced. Thereby, heat dissipation can be improved efficiently.
  • the microcomputer 20 and the power supply IC10 are arrange
  • the microcomputer 20 and the power supply IC 10 can be connected. That is, the distance of the wiring 40 can be shortened.
  • the microcomputer 20 and the power supply IC10 are arrange
  • the bolt insertion hole 30 serves as a fixing portion of the substrate 50 as will be described later. Accordingly, since both sides of the microcomputer 20 and the power supply IC 10 are fixed, vibration transmission to the microcomputer 20 and the power supply IC 10 can be reduced. In addition, the inductor 13 and the capacitor 14 that are heavy components can be disposed in the vicinity of the bolt insertion hole 30, and vibration of these heavy components can be suppressed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the controller 1 for a power converter in a mounted state.
  • FIG. 3 corresponds to a cross-sectional view of a cut surface passing through the bolt insertion holes 30 on both sides of the microcomputer 20 and the power supply IC 10 in the substrate 50.
  • the substrate 50 is fixed to the case 100 that is at the ground potential.
  • the substrate 50 is fixed to the case 100 by bolts 80 that are fastened to the case 100 through the bolt insertion holes 30.
  • the bolt 80 is electrically connected to the ground potential portion 58 of the substrate 50 through the conductor portion of the bolt insertion hole 30.
  • the ground potential unit 58 is electrically connected to the case 100 and becomes the ground potential.
  • the substrate 50 is preferably fixed to the case 100 with the microcomputer 20 facing the case 100. Accordingly, the case 100 can function as an electromagnetic wave shield that shields radiation noise from the microcomputer 20. Thereby, the radiation noise from the microcomputer 20 can be shielded by both the case 100 and the ground potential unit 58, and the shielding performance can be improved.
  • the substrate 50 may be fixed to the case 100 such that the power supply IC 10 faces the case 100.
  • the substrate 50 is fixed to the case 100 by the two bolts 80, but may be fixed to the case 100 by a larger number of bolts 80.
  • the ground potential portion 58 is formed in each layer of the substrate 50, but may be formed only in a part of the substrate 50. However, also in this case, it is desirable that the ground potential portion 58 is formed so as to sufficiently perform the heat dissipation function and the electromagnetic wave shielding function.
  • the second region (12) is set so as to be included in the first region (22) when viewed in the normal direction of the multilayer substrate (50),
  • the microcomputer (20) and the power supply IC (10) are arranged so as to overlap each other when viewed in the normal direction of the multilayer substrate (50).
  • each heat dissipation measure of the microcomputer (20) and the power supply IC (10) can be realized in common (efficiently) using a small area in the multilayer substrate (50).
  • the ground potential portion (58) can function as a heat radiating pad for transferring the heat of the power supply IC (10) to the outside, and shields radiation noise from the microcomputer (20). Can function as.
  • the ground potential portion (58) can also function as a heat radiating pad that transfers heat of the microcomputer (20) to the outside.
  • the heat capacity can be increased efficiently by utilizing a small area in the multilayer substrate (50), and the heat dissipation can be increased efficiently.
  • (3) A case (100) in which the multilayer substrate (50) is fixed and has a ground potential; A bolt (80) for fixing the multilayer substrate (50) to the case (100), The multilayer substrate (50) has insertion holes (30) for the bolts (80) on both sides of the first region (22), The controller (1) for a power converter according to (1) or (2), wherein the ground potential portion (58) is electrically connected to the bolt (80).
  • Controller 10 Power supply IC 12 Power supply IC area 13 Inductor 14 Capacitor 20 Microcomputer 22 Microcomputer installation area 30 Bolt insertion hole 40 Wiring 42 Through hole 50 Board 58 Ground potential part 80 Volt 100 Case

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  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)

Abstract

電力変換器用のコントローラは、多層基板(50)と、前記多層基板(50)の一方の面における第1領域(22)に実装されるマイクロコンピューター(20)と、前記多層基板(50)の他方の面における第2領域(12)に実装される電源IC(10)と、前記多層基板(50)に形成され、前記マイクロコンピューター(20)と前記電源IC(10)とを接続する配線(40)とを含み、前記第2領域(12)は、前記多層基板(50)の法線方向に視て前記第1領域(22)内に包含されるように設定され、前記多層基板(50)は、前記多層基板(50)の法線方向に視て前記第2領域(12)内にグランド電位の部位(58)を含む。

Description

電力変換器用のコントローラ
 本開示は、電力変換器用のコントローラに関する。
 表示部用のプリント基板の同一の面上の異なる位置に、マイクロコンピューター(以下、単に「マイコン」という)と電源回路とを配置した構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2011-096871号公報
 しかしながら、上記の特許文献1の記載の構成では、マイコンと電源回路とが基板の同一の面上の異なる位置に配置されるので、基板の小型化が困難である。
 そこで、本開示は、基板の小型化が可能な電力変換器用のコントローラの提供を目的とする。
 本開示の一局面によれば、多層基板(50)と、
 前記多層基板(50)の一方の面における第1領域(22)に実装されるマイクロコンピューター(20)と、
 前記多層基板(50)の他方の面における第2領域(12)に実装される電源IC(10)と、
 前記多層基板(50)に形成され、前記マイクロコンピューター(20)と前記電源IC(10)とを接続する配線(40)とを含み、
 前記第2領域(12)は、前記多層基板(50)の法線方向に視て前記第1領域(22)内に包含されるように設定され、
 前記多層基板(50)は、前記多層基板(50)の法線方向に視て前記第2領域(12)内にグランド電位の部位(58)を含む、電力変換器用のコントローラ(1)が提供される。
 本開示によれば、基板の小型化が可能な電力変換器用のコントローラが得られる。
電力変換器用のコントローラ1の基板50の一例を示す図である。 図1(A)のラインC-Cに沿った基板50の断面図である。 実装状態の電力変換器用のコントローラ1の一例を概略的に示す図である。
 以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
 図1は、電力変換器用のコントローラ1の基板50の一例を概略的に示す図であり、(A)は、基板50の一方の面(本例ではA面)側を示す図であり、(B)は、基板50の他方の面(本例ではB面)側を示す図である。図2は、図1(A)のラインC-Cに沿った基板50の断面図である。
 電力変換器は、例えば、インバータやDC-DCコンバータであってよい。例えばインバータは、モータ駆動用であり、モータは、ハイブリッド車又は電気自動車で使用される走行用モータであってよい。
 基板50のA面の電源IC領域12には、マイコン用の電源IC(Integrated Circuit)10が実装される。また、基板50のA面には、マイコン用電源回路に使用される電子部品(インダクタ13やコンデンサ14等)が設けられる。電源IC10は、スイッチング素子の駆動を伴うスイッチング電源ICであってよい。
 基板50のB面のマイコン設置領域22には、マイコン20が実装される。マイコン20は、CPUやメモリなどを含む。マイコン20は、電源IC10から電力供給を受ける。即ち、マイコン20は、電源IC10から電力により動作する。マイコン20は、例えばインバータを制御する機能を有し、それに伴いインバータ制御用プログラムが、マイコン20のメモリ(例えば、ROM)に記憶される。
 マイコン設置領域22は、基板50の法線方向に視て、電源IC領域12を内部に含む(包含する)ように設定される。即ち、マイコン設置領域22は、基板50の法線方向に視て、電源IC領域12の全体にわたって、電源IC領域12に対して重なる。
 基板50には、ボルト挿通穴30が設けられる。ボルト挿通穴30は、貫通穴の形態である。ボルト挿通穴30には、使用時にグランド電位となる導体部が設けられる。ボルト挿通穴30は、金属製のカラーで形成されてもよいし、導体めっきされた貫通穴の形態であってもよい。
 ボルト挿通穴30は、好ましくは、図1に示すように、マイコン20の両側(即ちマイコン設置領域22の両側)に設けられる。
 基板50には、マイコン20と電源IC10とを電気的に接続する配線40が設けられる。配線40は、図2に示すように、基板50上のパターン部41と、スルーホール42とを含む。即ち、マイコン20と電源IC10とは、それぞれ、基板50の異なる面に実装されているので、スルーホール42を介して電気的に接続される。尚、スルーホール42は、基板50内のグランド電位の導体部(ベタパターンを含む)とは電気的に絶縁される。
 基板50は、図2に示すように、多層基板である。図2に示す例では、基板は、第1層51~第6層56を有する6層の基板であるが、層数は任意である。尚、第1層51~第6層56は、信号伝送用の層や、電源供給用の層、グランド接続用の層等を含んでよい。尚、図2においては、基板50の各層において、斜線によるハッチング部は、導体部分を表す。
 基板50は、使用時にグランド電位となる導体部(以下、「グランド電位部」という)58を含む。グランド電位部58は、基板50の法線方向に視て、電源IC領域12に重なるように形成される。グランド電位部58は、基板50の各層に形成される。尚、図2に示す例では、第2層52及び第5層55におけるグランド電位部58のそれぞれは、ベタパターン(例えば同のベタパターン)により形成される。グランド電位部58の形成範囲は、任意であるが、好ましくは、グランド電位部58による放熱機能及び電磁波のシールド機能が十分に果たされるように決定される。図2に示す例では、他の層51,52,53,56におけるグランド電位部は、基板50の法線方向に視て、電源IC領域12に重なるが、マイコン設置領域22よりも小さく形成されている。しかしながら、他の層51,52,53,56における各グランド電位部のいくつか又は全部は、基板50の法線方向に視て、マイコン設置領域22と同じ領域に又はそれよりも大きく形成されてもよい。
 図1及び図2に示す電力変換器用のコントローラ1の基板50によれば、基板50の両面にマイコン20と電源IC10を実装するので、基板50の同一面上にこれらを実装する構成よりも基板50の小型化が可能となる。
 ところで、近年、プリント基板の小型化且つ高性能化を実現するため、マイコン用電源回路としては、スイッチング電源ICが使用され、マイコンとしては、高性能CPUを含むマイコンが使用されている。この場合、電源ICについては、スイッチングによるノイズ及び発熱に対して十分な対策をする必要がある。また、マイコンについては、EMC(Electro-Magnetic Compatibility)及びクロストークに対して十分な対策をする必要がある。
 この点、図1及び図2に示す電力変換器用のコントローラ1の基板50によれば、マイコン20と電源IC10とは、基板50の法線方向に視て互いに重なるように配置される。これにより、基板50の法線方向に視てマイコン20と電源IC10との間に、共通のグランド電位部58を設けることが可能となり、マイコン20と電源IC10のそれぞれの対策を、基板50内の少ない面積を利用して共通に(効率的に)実現することができる。具体的には、グランド電位部58は、電源IC10の熱を外部に伝達する放熱パッドとして機能することができると共に、マイコン20からの放射ノイズをシールドする電磁波シールドとして機能することができる。また、グランド電位部58は、マイコン20の熱を外部に伝達する放熱パッドとして機能することもできる。
 また、図1及び図2に示す電力変換器用のコントローラ1の基板50によれば、グランド電位部58は、基板50の各層に設けられるので、基板50内の少ない面積を利用して熱容量を効率的に高めることができる。これにより、放熱性を効率的に高めることができる。
 また、図1及び図2に示す電力変換器用のコントローラ1の基板50によれば、マイコン20と電源IC10とは、基板50の法線方向に視て互いに重なるように配置されるので、短い距離でマイコン20と電源IC10とを接続することが可能となる。即ち、配線40の距離の短縮化を図ることができる。これは、マイコン20の周辺に設けられうる周辺機器(図示せず)への電源供給用の配線についても同様である。
 また、図1及び図2に示す電力変換器用のコントローラ1の基板50によれば、マイコン20と電源IC10とは、基板50の法線方向に視て互いに重なるように配置されるので、マイコン20及び電源IC10の両側にボルト挿通穴30を配置することができる。ボルト挿通穴30は、後述の如く、基板50の固定個所となる。従って、マイコン20及び電源IC10の両側が固定されるので、マイコン20及び電源IC10への振動の伝達を低減することができる。また、ボルト挿通穴30の近傍に、重量部品であるインダクタ13やコンデンサ14を配置することができ、これらの重量部品の振動を抑制することができる。
 図3は、実装状態の電力変換器用のコントローラ1の一例を概略的に示す断面図である。図3は、基板50におけるマイコン20及び電源IC10の両側のボルト挿通穴30を通る切断面の断面図に対応する。
 基板50は、グランド電位となるケース100に固定される。基板50は、ボルト挿通穴30を通ってケース100に締め付けられるボルト80によりケース100に固定される。ボルト80は、ボルト挿通穴30の導体部を介して基板50のグランド電位部58と電気的に接続される。これにより、グランド電位部58は、ケース100に電気的に接続され、グランド電位となる。
 基板50は、好ましくは、マイコン20がケース100に向く向きでケース100に固定される。これにより、ケース100は、マイコン20からの放射ノイズをシールドする電磁波シールドとして機能することができる。これにより、ケース100及びグランド電位部58の双方によりマイコン20からの放射ノイズをシールドすることができ、シールド性能を高めることができる。但し、基板50は、電源IC10がケース100に向く向きでケース100に固定されてもよい。
 以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
 例えば、上述した実施例では、基板50は、2本のボルト80によりケース100に固定されているが、より多数のボルト80によりケース100に固定されてもよい。
 また、上述した実施例では、グランド電位部58は、基板50の各層に形成されているが、基板50の一部の層のみに形成されてもよい。但し、この場合も、グランド電位部58は、放熱機能及び電磁波のシールド機能が十分に果たされるように形成されるのが望ましい。
 なお、本国際出願は、2014年2月13日に出願した日本国特許出願2014-025203号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
 なお、以上の実施例に関し、さらに以下を開示する。
(1)
 多層基板(50)と、
 前記多層基板(50)の一方の面における第1領域(22)に実装されるマイクロコンピューター(20)と、
 前記多層基板(50)の他方の面における第2領域(12)に実装される電源IC(10)と、
 前記多層基板(50)に形成され、前記マイクロコンピューター(20)と前記電源IC(10)とを接続する配線(40)とを含み、
 前記第2領域(12)は、前記多層基板(50)の法線方向に視て前記第1領域(22)内に包含されるように設定され、
 前記多層基板(50)は、前記多層基板(50)の法線方向に視て前記第2領域(12)内にグランド電位の部位(58)を含む、電力変換器用のコントローラ(1)。
 (1)に記載の構成によれば、マイクロコンピューター(20)と電源IC(10)とは、多層基板(50)の法線方向に視て互いに重なるように配置される。これにより、マイクロコンピューター(20)と電源IC(10)のそれぞれの放熱対策等を、多層基板(50)内の少ない面積を利用して共通に(効率的に)実現することができる。具体的には、グランド電位の部位(58)は、電源IC(10)の熱を外部に伝達する放熱パッドとして機能することができると共に、マイクロコンピューター(20)からの放射ノイズをシールドする電磁波シールドとして機能することができる。また、グランド電位の部位(58)は、マイクロコンピューター(20)の熱を外部に伝達する放熱パッドとして機能することもできる。
(2)
 前記グランド電位の部位(58)は、前記多層基板(50)の各層に形成される、(1)に記載の電力変換器用のコントローラ(1)。
 (2)に記載の構成によれば、多層基板(50)内の少ない面積を利用して熱容量を効率的に高めることができ、放熱性を効率的に高めることができる。
(3)
 前記多層基板(50)が固定され、グランド電位となるケース(100)と、
 前記ケース(100)に前記多層基板(50)を固定するためのボルト(80)とを含み、
 前記多層基板(50)は、前記ボルト(80)の挿通穴(30)を前記第1領域(22)の両側に有し、
 前記グランド電位の部位(58)は、前記ボルト(80)に電気的に接続される、(1)又は(2)に記載の電力変換器用のコントローラ(1)。
 (3)に記載の構成によれば、マイクロコンピューター(20)と電源IC(10)の両側が固定されるので、マイクロコンピューター(20)と電源IC(10)への振動の伝達を低減することができる。また、挿通穴(30)の近傍に、重量部品であるインダクタ等を配置した場合でも、重量部品の振動を抑制することができる。
(4)
 前記多層基板(50)は、前記一方の面が前記ケース(100)側を向く向きで前記ケース(100)に固定される、(3)に記載の電力変換器用のコントローラ(1)。
 (4)に記載の構成によれば、ケース(100)及びグランド電位の部位(58)の双方によりマイクロコンピューター(20)からの放射ノイズをシールドすることができ、シールド性能を高めることができる。
 1  コントローラ
 10  電源IC
 12  電源IC領域
 13  インダクタ
 14  コンデンサ
 20  マイコン
 22  マイコン設置領域
 30  ボルト挿通穴
 40  配線
 42  スルーホール
 50  基板
 58  グランド電位部
 80  ボルト
 100  ケース

Claims (4)

  1.  多層基板と、
     前記多層基板の一方の面における第1領域に実装されるマイクロコンピューターと、
     前記多層基板の他方の面における第2領域に実装される電源ICと、
     前記多層基板に形成され、前記マイクロコンピューターと前記電源ICとを接続する配線とを含み、
     前記第2領域は、前記多層基板の法線方向に視て前記第1領域内に包含されるように設定され、
     前記多層基板は、前記多層基板の法線方向に視て前記第2領域内にグランド電位の部位を含む、電力変換器用のコントローラ。
  2.  前記グランド電位の部位は、前記多層基板の各層に形成される、請求項1に記載の電力変換器用のコントローラ。
  3.  前記多層基板が固定され、グランド電位となるケースと、
     前記ケースに前記多層基板を固定するためのボルトとを含み、
     前記多層基板は、前記ボルトの挿通穴を前記第1領域の両側に有し、
     前記グランド電位の部位は、前記ボルトに電気的に接続される、請求項1又は2に記載の電力変換器用のコントローラ。
  4.  前記多層基板は、前記一方の面が前記ケース側を向く向きで前記ケースに固定される、請求項3に記載の電力変換器用のコントローラ。
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