WO2020090131A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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亮磨 林
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三菱電機株式会社
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present application relates to a power conversion device.
  • High-frequency driving of power conversion devices has been promoted, and wide-gap semiconductors such as SiC (Silicon Carbide) or GaN (Galium Nitride) have been applied as switching elements of inverter circuits.
  • High-frequency driving of the power converter has advantages such as realization of high-speed control such as real-time control, but on the other hand, in addition to the increase in heat generation of the semiconductor switching element due to the increase in switching loss, copper loss and iron loss There is a demerit that the heat generation of electric parts such as reactors and transformers increases with the increase.
  • a lid having a concave portion for accommodating an electric component, a semiconductor switching element is mounted on a flat surface on the front surface side, and a case in which a cooling flow path is formed in a side surface portion of the concave portion so that a coolant flows.
  • Power converters have been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
  • the circuit board is fixed to the front surface side of the lid.
  • the circuit board is fixed above the case and the lid, and the main circuit wiring and the control wiring are wired on one circuit board.
  • the main circuit wiring and the control wiring are wired on one circuit board.
  • the position of the connector for connecting to the peripheral device may be limited, as in the case of a vehicle-mounted power converter.
  • the control wiring and the main circuit wiring are wired in different wiring layers and intersecting each other can prevent the wiring from being detoured. However, at the location where the wiring intersects, the main circuit wiring and the control wiring can be prevented. Noise will occur due to the coupling. Although noise due to coupling can be removed by a noise filter, the addition of a coil or a capacitor to form the noise filter results in an increase in size of the power conversion device. As described above, it is difficult for the conventional power conversion device to achieve both suppression of noise generation due to coupling and miniaturization of the substrate.
  • the present application discloses a technique for solving the above problems, and an object thereof is to obtain a power conversion device capable of reducing the size of a substrate while suppressing generation of noise due to coupling. To do.
  • the power conversion device disclosed in the present application connects a main circuit wiring that connects a main circuit component and a plurality of switching elements to each other to form a main circuit, a control circuit that drives and controls a plurality of switching elements, and a plurality of switching elements.
  • the main circuit wiring has a first main circuit wiring and a second main circuit wiring which are wired separately from each other on the board, The wiring is arranged on the substrate between the first main circuit wiring and the second main circuit wiring, and the first main circuit wiring and the second main circuit wiring are separated from the control wiring in the thickness direction of the substrate. They are connected via the main circuit wiring connection portion arranged in the same manner.
  • the power conversion device disclosed in the present application it is possible to reduce the size of the substrate while suppressing the generation of noise due to coupling.
  • FIG. 3 is a schematic circuit diagram showing the power conversion device in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a partial side view showing the power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a partial plan view showing the power conversion device in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a partial side view showing a power conversion device according to a second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram showing a power conversion device according to the first embodiment.
  • the power converter 1000 converts the AC power output from the AC power supply 901 into DC power having a desired voltage and supplies the DC power to the load 902.
  • the main circuit 900 in which the current from the AC power supply 901 flows and the main circuit 900.
  • the plurality of switching elements S11 to S14 and various main circuit components are connected to each other by a main circuit wiring 200 to form a main circuit 900.
  • the plurality of switching elements S11 to S14 and the control circuit 903 are connected to each other by a control wiring 300 electrically insulated from the main circuit wiring 200.
  • the “main circuit component” in the first embodiment is the reactor 401, the capacitor 402, the transformer 403, and the reactor 404, but the “main circuit component” is not limited to these, and all of the main circuits in the power conversion device are configured. Electrical components and combinations thereof.
  • the main circuit 900 is composed of a primary side to which the AC power source 901 is connected and a secondary side to which the load 902 is connected, and a rectifying unit 911 that rectifies the AC current output from the AC power source 901 and a rectifier.
  • a capacitor 402 that smoothes the current rectified by the unit 911 and outputs a DC voltage, and an inverter that converts the DC voltage output from the capacitor 402 into an AC voltage having a desired frequency and outputs the AC voltage to the primary coil of the transformer 403.
  • a transformer 403 that changes the voltage value of the AC voltage from the inverter unit 912 to a desired value, and a rectifying unit 913 that rectifies a current flowing by the AC voltage from the transformer 403;
  • the reactor 404 that smoothes the current rectified by the rectifying unit 913 and outputs a direct current to the load 902.
  • the rectifying unit 911 is configured by connecting a series connection body of the diode D11 and the diode D12 and a series connection body of the diode D13 and the diode D14 in parallel.
  • One of the AC power supplies 901 is connected to the connection point of the diodes D11 and D12 via the smoothing reactor 401, and the other of the AC power supplies 901 is connected to the connection point of the diodes D13 and D14.
  • the capacitor 402 is, for example, a film capacitor or an aluminum electrolytic capacitor, and is connected in parallel between the rectifying unit 911 and the inverter unit 912.
  • the inverter unit 912 is configured by connecting a plurality of switching elements S11 to S14, which are IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) using a wide-gap semiconductor such as SiC or GaN, in a bridge connection.
  • the base terminals of the switching elements S11 to S14 are connected to the control circuit 903 via the control wiring 300.
  • the control circuit 903 generates a control signal corresponding to each switching element and transmits the control signal via the control wiring 300 to drive and control each switching element.
  • IGBTs are used here as the switching elements S11 to S14, other semiconductor switching elements such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) may be used.
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • the transformer 403 includes a primary coil connected to the primary side of the main circuit 900 and a secondary coil connected to the secondary side of the main circuit 900 and having a secondary coil whose polarity is in the same direction as that of the primary coil. It is wound around a core (not shown) and electrically insulates the primary side and the secondary side of the main circuit 900.
  • the primary coil and the secondary coil of the transformer 403 are magnetically connected by a magnetic core, and the magnetic flux generated by the AC current flowing through the primary coil is transmitted to the secondary coil via the magnetic core. An induced electromotive force is generated in the secondary coil by this magnetic flux, and an AC voltage is output from the secondary coil to the rectification unit 913.
  • the magnitude of the AC voltage output from the secondary coil to the rectifying unit 913 is adjusted to a desired value by adjusting the winding ratio of the primary coil and the secondary coil of the transformer 403.
  • the rectifying unit 913 is configured by connecting a series connection body of the diode D21 and the diode D22 and a series connection body of the diode D23 and the diode D24 in parallel.
  • One end of the secondary coil of the transformer 403 described above is connected to the connection point of the diodes D21 and D22, and the other end is connected to the connection point of the diodes D23 and D24.
  • the reactor 404 is connected in series between the rectifying unit 913 and the load 902, and removes pulsation from the current output from the rectifying unit 913 and smoothes it.
  • the load 902 is, for example, a battery, one of which is connected to the reactor 404 and the other of which is connected to the anode terminal of the diode D24.
  • the power conversion device shown in FIG. 1 is an example, and the power conversion device is not limited to this.
  • a DC-DC converter may be used. That is, it is sufficient if the control circuit drives and controls the switching element connected to the main circuit to convert the input power and output the desired power.
  • FIG. 2A is a partial side view showing the power conversion device according to the first embodiment
  • FIG. 2B is a partial plan view.
  • FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams of the power conversion device 1000 when the periphery of the main circuit component 400 is viewed from the side and from above.
  • the main circuit component 400 shown in FIGS. 2A and 2B represents one or any combination of the various main circuit components shown in FIG. 1, namely reactor 401, capacitor 402, transformer 403, or reactor 404.
  • the main circuit wiring 200 is divided into a first main circuit wiring 201 and a second main circuit wiring 202 on the substrate 100 as shown in the figure, and is laid out, and the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 201 are provided.
  • the main circuit wirings 202 are arranged apart from each other in the surface direction of the substrate 100.
  • the control wiring 300 is laid between the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202, and the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 are insulated from the control wiring 300.
  • the substrate 100 may be a single-layer wiring board or a multilayer wiring board.
  • the control wiring 300 has one end connected to a control connector connected to an external device and the other end connected to a control circuit, a voltage / current detection circuit, and the like.
  • the main circuit component 400 is mounted immediately below the control wiring 300 in FIG. 2A, and is arranged at a position separated from the substrate 100 by a predetermined distance L in the thickness direction of the substrate 100. That is, the main circuit component 400 is arranged apart from the control wiring 300 in the thickness direction of the substrate 100. Between the substrate 100 and the main circuit component 400, holes (not shown) through which terminals 400a and 400b described later respectively pass are provided, and a grounded plate-shaped metal member 500 is arranged. The surface of 400 that faces substrate 100 is covered with metal member 500. Further, as shown in FIG.
  • the area of the projection surface 500A of the metal member 500 on the substrate 100 is larger than the area of the projection surface 400A of the main circuit component 400, and the projection surface 400A of the main circuit component 400 is the metal member 500. It is housed inside the projection plane 500A.
  • the metal member 500 and the main circuit component 400 are brought into contact with each other in the first embodiment, if the metal member 500 is arranged between the substrate 100 and the main circuit component 400, the metal member 500 is placed in the main circuit. It may be separated from the component 400.
  • the size of the distance L may be about several cm, although it depends on the length of the terminals of the main circuit component described later.
  • the main circuit component 400 is connected to the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 via terminals 400a and 400b provided at one end and the other end of the substrate 100 in the plane direction, respectively. It By connecting the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 to the main circuit component 400 in this way, the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 become the main circuit component. Connected via 400. That is, the main circuit component 400 corresponds to the main circuit wiring connection portion.
  • the terminals 400a and 400b extend from the surface of the main circuit component 400 facing the substrate 100 toward the substrate 100, penetrate through holes (not shown) formed in the substrate 100, and connect the first main circuit wiring 201 and the first main circuit wiring 201.
  • the two main circuit wirings 202 are respectively connected. Therefore, the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 are arranged according to the positions of the terminals 400a and 400b, respectively, and a part of each is overlapped with the projection surface 400A. Further, since the main circuit component 400 is mounted immediately below the control wiring 300, a part of the control wiring 300 overlaps the projection surface 400A. In the first embodiment, the first main circuit wiring 201, the second main circuit wiring 202, and the control wiring 300 are arranged so as to partially overlap the projection surface 400A. It may be arranged to overlap the surface 400A.
  • the terminals 400a and 400b are provided at one end and the other end of the substrate 100 in the plane direction, respectively, and the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 are the main circuit component 400. Since the wiring is made according to the positions of the terminals 400a and 400b, the distance between the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 is substantially equal to the projection surface 400A. Therefore, the larger the projection surface 400A of the main circuit component 400 is, the larger the area between the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 is. Therefore, the main circuit component 400 includes the transformer 403 and the reactors 401 and 404. When the projection surface 400A is large, including a large one, the area between the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 becomes large, and the area where the control wiring 300 can be wired also becomes large.
  • the terminals 400a and 400b are provided on the surface of the main circuit component 400 that faces the substrate 100 in the first embodiment, the distance between the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 is small. Since it is sufficient that the width is substantially equal to the width of the projection surface 400A, an L-shaped terminal bent in the direction of the substrate 100 may be provided on the side surface of the main circuit component 400.
  • the main circuit component 400, the first main circuit wiring 201, and the second main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 are formed so that a region where the control wiring 300 can be formed is formed between the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202. It suffices that the terminals for connecting the main circuit wiring 202 and the main circuit wiring 202 are provided at one end and the other end of the main circuit component 400 in the plane direction of the substrate 100.
  • the main circuit component 400 is used as the main circuit wiring connecting portion in the first embodiment, the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 may be connected by using a bus bar, for example. Further, between the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202, not only the control wiring 300 may be wired but a control component connected to the control wiring 300 may be arranged.
  • the first main circuit wiring and the second main circuit wiring forming the main circuit wiring are laid apart from each other on the substrate, and the first main circuit wiring and the second main circuit wiring are arranged.
  • the control wiring is wired between.
  • the main circuit component is arranged apart from the control wiring in the thickness direction of the substrate, and the first main circuit wiring and the second main circuit wiring are connected to each other via the main circuit component. Therefore, it is not necessary to intersect the first main circuit wiring or the second main circuit wiring with the control wiring in order to connect the first main circuit wiring and the second main circuit wiring. Generation of noise due to coupling with the wiring can be suppressed.
  • the first main circuit wiring and the second main circuit wiring do not need to bypass the control wiring, it is possible to prevent the substrate from becoming large due to the wiring detouring and to reduce the size. Furthermore, since a coil and a capacitor for noise cutting are unnecessary, it is possible to reduce the size and cost of the entire power conversion device.
  • the substrate and the main circuit component are arranged at a predetermined distance in the thickness direction of the substrate, the main circuit wiring and the coupling between the main circuit component and the control wiring can be more reliably suppressed.
  • the shielding effect can further reliably suppress the coupling of the main circuit wiring and the main circuit component and the control wiring. ..
  • the projection surface of the main circuit component on the substrate is contained within the projection surface of the plate-shaped metal member on the substrate, the entire surface of the main circuit component facing the substrate is covered with the plate-shaped metal member. ing. Therefore, the shield effect can be obtained over the entire main circuit component.
  • the main circuit component includes a large one such as a reactor or a transformer
  • the area between the first main circuit wiring and the second main circuit wiring becomes large, and the area where the control wiring can be wired also becomes large.
  • the control wiring can be intensively arranged between the first main circuit wiring and the second main circuit wiring, and the size of the substrate can be further reduced.
  • the degree of freedom of wiring of the control wiring on the projection surface of the main circuit component is increased. May be. In this case, the size of the substrate 100 can be further reduced.
  • FIG. 3 is a partial side view showing the power conversion device according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a view of a power converter 1010 corresponding to the power converter 1000 according to the first embodiment when viewed around a main circuit component 400.
  • the terminals for connecting the first main circuit wiring and the second main circuit wiring to the main circuit component are divided into two divided terminals.
  • the main circuit component 400 is provided with a first split terminal 400a1 and a first split terminal 400b1 at one end and the other end in the surface direction of the substrate 100, respectively.
  • the first split terminal 400a1 and the first split terminal 400b1 extend in the direction of the substrate 100, and are the lower surfaces of the conductive intermediate members 601 and 602 arranged between the metal member 500 and the substrate 100, that is, the main circuit. It is connected to each of the surfaces facing the component 400.
  • the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 are penetrated through holes (not shown) formed in the substrate 100, respectively.
  • the second split terminal 400a2 and the second split terminal 400b2 to be connected are respectively connected.
  • the intermediate member 601 is a plate-shaped or rod-shaped conductive member extending from the control wiring 300 side toward the first main circuit wiring 201 side along the surface direction of the substrate 100, and includes the intermediate member 601 and the second split terminal.
  • the connection position of 400a2 is outside the connection position of the intermediate member 601 and the first divided terminal 400a1, that is, on the first main circuit wiring 201 side.
  • the intermediate member 602 is a plate-shaped or rod-shaped conductive member that extends from the control wiring 300 side toward the second main circuit wiring 202 side along the surface direction of the substrate 100, and includes the intermediate member 602 and the second member.
  • connection position of the split terminal 400b2 is outside the connection position of the intermediate member 602 and the first split terminal 400a1, that is, on the second main circuit wiring 202 side. Further, the first main circuit wiring 201 and the second main circuit wiring 202 are arranged in accordance with the positions of the second divided terminals 400a2 and 400b2, respectively. Thereby, the main circuit component 400 is connected to the first main circuit wiring 201 via the first divided terminal 400a1, the intermediate member 601, and the second divided terminal 400a2, and the first divided terminal 400b1 and the intermediate member 602 are connected. And it is connected to the second main circuit wiring 202 via the second divided terminal 400b2.
  • first split terminal 400a1, the intermediate member 601, and the second split terminal 400a2 correspond to the terminal 400a in the first embodiment
  • the first split terminal 400b1, the intermediate member 602, and the second split terminal 400b2 are implemented. This corresponds to the terminal 400b in the first embodiment.
  • Others are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, even when the main circuit component is small, the area between the first main circuit wiring and the second main circuit wiring can be increased to secure the area for wiring the control wiring. More specifically, terminals for connecting the first main circuit wiring and the second main circuit wiring to the main circuit component are respectively connected to the main circuit component, first split terminals, and first main circuit wiring. And a second divided terminal connected to the second main circuit wiring, respectively, and the first divided terminal and the second divided terminal were electrically connected via a conductive intermediate member. At this time, since the connection position between the second divided terminal and the intermediate member is set to be outside the connection position between the first divided terminal and the intermediate member, the main circuit component is small and the distance between the first divided terminals is narrow. Even at this time, the distance between the second divided terminals can be increased, and the area between the first main circuit wiring and the second main circuit wiring can be increased.
  • the terminals connecting the first main circuit wiring and the second main circuit wiring to the main circuit component are divided into two divided terminals, but they may be divided into three or more.

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Abstract

カップリングによるノイズの発生を抑止しつつ、基板の小型化を図ることができる電力変換装置を得ることを目的とする。　電力変換装置（１０００）において、主回路部品（４００）を接続して主回路を構成する主回路配線は、基板（１００）上において互いに離間して配線された第１の主回路配線（２０１）および第２の主回路配線（２０２）を有している。第１の主回路配線（２０１）および第２の主回路配線（２０２）の間には第１の主回路配線（２０１）および第２の主回路配線（２０２）と絶縁された制御配線（３００）が配線されており、第１の主回路配線（２０１）および第２の主回路配線（２０２）は、制御配線（３００）から基板（１００）の厚さ方向に離間して配置された主回路部品（４００）を介して接続されている。

Description

電力変換装置
　本願は、電力変換装置に関するものである。
　近年、電力変換装置の高周波駆動化が進められており、インバータ回路のスイッチング素子としてＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ）またはＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ　Ｎｉｔｒｉｄｅ）等のワイドギャップ半導体が適用されている。電力変換装置の高周波駆動化は、リアルタイム制御のような高速制御を実現可能にするなどのメリットがある一方で、スイッチング損失の増加に伴う半導体スイッチング素子の発熱増加に加え、銅損および鉄損失の増加に伴うリアクトルおよびトランスなどの電気部品の発熱増加というデメリットがある。
　そこで、電気部品を収容する凹部を有し、表面側の平面に半導体スイッチング素子が搭載される蓋と、この凹部の側面部に冷媒が流れるように冷却流路を形成されたケースとを備えた電力変換装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の電力変換装置においては、蓋の表面側に回路基板が固定される。
特許第５８２３０２０号公報
　特許文献１の電力変換装置は、回路基板がケースおよび蓋の上方に固定され、主回路配線と制御配線が１つの回路基板に配線される。主回路配線と制御配線を１つの回路基板に配線する場合、主回路配線と制御配線の位置関係によっては両者が接触しないように一方の配線を迂回させる必要があり、基板面積の増大および電力変換装置の大型化を招いてしまう。周辺機器と接続するための入力コネクタ、出力コネクタ、および制御コネクタの位置を工夫（例えば、入力コネクタと出力コネクタの間には制御コネクタを配置しない）することにより配線の迂回を防ぐことも考えられるが、例えば車載用電力変換装置の場合のように、周辺機器と接続するためのコネクタの位置が制限されていることもある。また、多層配線基板を用いて制御配線と主回路配線とを異なる配線層に配線し、互いに交差させることで配線の迂回を防ぐことができるが、配線が交差する箇所では主回路配線と制御配線のカップリングによるノイズが生じてしまう。カップリングによるノイズはノイズフィルタにより除去することができるが、ノイズフィルタを構成するためにコイルまたはコンデンサを追加することにより、電力変換装置が大型化してしまう。このように、従来の電力変換装置ではカップリングによるノイズ発生の抑制と基板の小型化を両立することが困難であった。
　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、カップリングによるノイズの発生を抑制しつつ、基板の小型化を図ることができる電力変換装置を得ることを目的とする。
　本願に開示される電力変換装置は、主回路部品および複数のスイッチング素子を互いに接続して主回路を構成する主回路配線と、複数のスイッチング素子を駆動制御する制御回路と複数のスイッチング素子を接続する制御配線とが１つの基板に配線された電力変換装置において、主回路配線は、基板上において互いに離間して配線された第１の主回路配線および第２の主回路配線を有し、制御配線は、基板上において第１の主回路配線および第２の主回路配線の間に配線され、第１の主回路配線および第２の主回路配線は、制御配線から基板の厚さ方向に離間して配置された主回路配線接続部を介して接続されているものである。
　本願に開示される電力変換装置によれば、カップリングによるノイズの発生を抑制しつつ、基板の小型化を図ることができる。
実施の形態１における電力変換装置を示す概略回路図である。 実施の形態１における電力変換装置を示す部分側面図である。 実施の形態１における電力変換装置を示す部分平面図である。 実施の形態２における電力変換装置を示す部分側面図である。
実施の形態１．
　以下に、実施の形態１を図１から図２Ｂに基づいて説明する。図１は、実施の形態１における電力変換装置を示す概略回路図である。電力変換装置１０００は、交流電源９０１から出力される交流電力を所望の電圧の直流電力に変換して負荷９０２に供給するもので、交流電源９０１からの電流が流れる主回路９００と、主回路９００が備える複数のスイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４を駆動制御する制御回路９０３を備えている。複数のスイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４および種々の主回路部品は、主回路配線２００により互いに接続され、主回路９００を構成している。また、複数のスイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４と制御回路９０３は、主回路配線２００と電気的に絶縁された制御配線３００によりそれぞれ接続されている。なお、実施の形態１における「主回路部品」はリアクトル４０１、コンデンサ４０２、トランス４０３、およびリアクトル４０４であるが、「主回路部品」はこれらに限らず、電力変換装置において主回路を構成する全ての電気部品およびこれらの組み合わせが含まれる。
　主回路９００は、交流電源９０１が接続された１次側と負荷９０２が接続された２次側とで構成されており、交流電源９０１から出力される交流電流を整流する整流部９１１と、整流部９１１により整流された電流を平滑化し、直流電圧を出力するコンデンサ４０２と、コンデンサ４０２から出力される直流電圧を所望の周波数を持つ交流電圧に変換し、トランス４０３の１次コイルに出力するインバータ部９１２と、インバータ部９１２からの交流電圧の電圧値を所望の大きさに変化させ、２次コイルから出力するトランス４０３と、トランス４０３からの交流電圧により流れる電流を整流する整流部９１３と、整流部９１３により整流された電流を平滑化して直流電流を負荷９０２に出力するリアクトル４０４とを備えている。
　整流部９１１は、ダイオードＤ１１とダイオードＤ１２の直列接続体と、ダイオードＤ１３とダイオードＤ１４の直列接続体とを並列に接続して構成したものである。交流電源９０１の一方は平滑用のリアクトル４０１を介してダイオードＤ１１とダイオードＤ１２の接続点に接続され、交流電源９０１の他方はダイオードＤ１３とダイオードＤ１４の接続点に接続されている。
　コンデンサ４０２は、例えばフィルムコンデンサまたはアルミ電解コンデンサであり、整流部９１１とインバータ部９１２の間に並列に接続されている。
　インバータ部９１２は、例えばＳｉＣまたはＧａＮなどのワイドギャップ半導体を用いたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である複数のスイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４をブリッジ接続することで構成されている。スイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４は、それぞれのベース端子が制御配線３００を介して制御回路９０３に接続されている。制御回路９０３は、それぞれのスイッチング素子に対応する制御信号を生成し、制御配線３００を介して送信することでそれぞれのスイッチング素子を駆動制御する。なお、ここではスイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４としてＩＧＢＴを用いているが、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など、他の半導体スイッチング素子を用いてもよい。
　トランス４０３は、主回路９００の１次側に接続された１次コイルと、主回路９００の２次側に接続され、１次コイルと極性が同方向の２次コイルとを鉄心などの磁性体コア（図示なし）に巻き回したもので、主回路９００の１次側と２次側を電気的に絶縁している。トランス４０３の１次コイルと２次コイルは、磁性体コアにより磁気的に接続されており、１次コイルに交流電流が流れることで生じる磁束が磁性体コアを介して２次コイルに伝達され、この磁束により２次コイルに誘導起電力を発生し、２次コイルから整流部９１３に交流電圧が出力される。２次コイルから整流部９１３に出力される交流電圧の大きさは、トランス４０３の１次コイルと２次コイルの巻き数の比を調整することで所望の値に調整される。
　整流部９１３は、ダイオードＤ２１とダイオードＤ２２の直列接続体と、ダイオードＤ２３とダイオードＤ２４の直列接続体とを並列に接続して構成したものである。上述したトランス４０３の２次コイルの一端は、ダイオードＤ２１とダイオードＤ２２の接続点に接続され、他端はダイオードＤ２３とダイオードＤ２４の接続点に接続されている。
　リアクトル４０４は、整流部９１３と負荷９０２の間に直列に接続されており、整流部９１３から出力される電流から脈動を除去して平滑化する。
　負荷９０２は、例えばバッテリーであり、その一方がリアクトル４０４に接続されており、他方がダイオードＤ２４のアノード端子に接続されている。
　なお、図１で示した電力変換装置は一例でこれに限られものではなく、例えばＤＣ－ＤＣコンバータでもよい。すなわち、主回路に接続されたスイッチング素子を制御回路により駆動制御することで入力電力を変換して所望の電力を出力させるものであればよい
　次に、主回路配線２００と制御配線３００の配線について説明する。図２Ａは、実施の形態１における電力変換装置を示す部分側面図であり、図２Ｂは部分平面図である。図２Ａおよび図２Ｂは、電力変換装置１０００のうち、主回路部品４００の周辺を側方および上方から見た場合の図である。図２Ａおよび図２Ｂに示す主回路部品４００は、図１で示した種々の主回路部品、すなわちリアクトル４０１、コンデンサ４０２、トランス４０３、またはリアクトル４０４のうちの１つまたはいずれかの組み合わせを表す。主回路配線２００は、図に示すように基板１００上において第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２に分割されて配線されており、第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２は、基板１００の面方向について互いに離間して配線されている。第１の主回路配線２０１と第２の主回路配線２０２の間には制御配線３００が配線されており、第１の主回路配線２０１と第２の主回路配線２０２は、制御配線３００と絶縁されている。なお、基板１００は、単層の配線基板でもよいし、多層配線基板でもよい。また、図示省略しているが、制御配線３００は一端が外部機器と接続される制御コネクタに接続され、他端が制御回路および電圧電流の検知回路などに接続されている。
　主回路部品４００は、図２Ａにおける制御配線３００の直下に実装されており、基板１００の厚さ方向について、基板１００から予め定められた距離Ｌだけ離れた位置に配置されている。すなわち、主回路部品４００は、制御配線３００から基板１００の厚さ方向に離間して配置されている。基板１００と主回路部品４００の間には、後述する端子４００ａおよび端子４００ｂがそれぞれ貫通する孔（図示なし）が設けられ、接地された板状の金属部材５００が配置されており、主回路部品４００の基板１００と対向する面が金属部材５００により覆われている。また図２Ｂに示すように、金属部材５００の基板１００上への投影面５００Ａの面積は、主回路部品４００の投影面４００Ａの面積よりも大きく、主回路部品４００の投影面４００Ａが金属部材５００の投影面５００Ａの内部に納まっている。なお、実施の形態１では金属部材５００と主回路部品４００を当接させているが、金属部材５００が基板１００と主回路部品４００の間に配置されるのであれば、金属部材５００を主回路部品４００から離間させてもよい。また距離Ｌの大きさは、後述する主回路部品の端子の長さにもよるが、数ｃｍ程度あればよい。
　主回路部品４００は、基板１００の面方向についての一端部および他端部にそれぞれ設けられた端子４００ａおよび端子４００ｂを介して第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２と接続される。このように第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２が主回路部品４００と接続されることにより、第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２は、主回路部品４００を介して接続される。すなわち、主回路部品４００は主回路配線接続部に相当する。端子４００ａおよび端子４００ｂは、主回路部品４００の基板１００と対向する面から基板１００に向かって延び、基板１００に形成された孔（図示なし）を貫通して第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２とそれぞれ接続される。このため、第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２は端子４００ａおよび端子４００ｂの位置に合わせてそれぞれ配線され、それぞれの一部は投影面４００Ａと重なっている。また、主回路部品４００は制御配線３００の直下に実装されているため、制御配線３００の一部は投影面４００Ａに重なっている。なお、実施の形態１では第１の主回路配線２０１、第２の主回路配線２０２、および制御配線３００について、それぞれ一部が投影面４００Ａと重なる配置となっているが、それぞれについて全体が投影面４００Ａと重なる配置にしてもよい。
　上述したように、端子４００ａおよび端子４００ｂは基板１００の面方向についての一端部および他端部にそれぞれ設けられ、第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２は、主回路部品４００の端子４００ａおよび端子４００ｂの位置に合わせて配線されるので、第１の主回路配線２０１と第２の主回路配線２０２の間の距離は投影面４００Ａと概ね等しくなる。このため、主回路部品４００の投影面４００Ａが大きいほど第１の主回路配線２０１と第２の主回路配線２０２の間の領域が大きくなるので、主回路部品４００がトランス４０３およびリアクトル４０１、４０４のように大型のものを含み投影面４００Ａが大きい場合、第１の主回路配線２０１と第２の主回路配線２０２の間の領域も大きくなり、制御配線３００を配線できる領域も大きくなる。
　なお、実施の形態１では端子４００ａおよび４００ｂを主回路部品４００の基板１００と対向する面に設けているが、第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２との間の距離が、投影面４００Ａの幅と概ね等しくなればよいので、基板１００の方向に折れ曲がるＬ字状の端子を主回路部品４００の側面に設けてもよい。要は、第１の主回路配線２０１と第２の主回路配線２０２の間に制御配線３００が配線できる領域が形成されるように、主回路部品４００と第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２とをそれぞれ接続する端子を設ける位置が、基板１００の面方向についての主回路部品４００の一端部および他端部であればよい。
　また、実施の形態１では主回路配線接続部として主回路部品４００を用いているが、例えばバスバーを用いて第１の主回路配線２０１と第２の主回路配線２０２を接続してもよい。また、第１の主回路配線２０１と第２の主回路配線２０２の間に、制御配線３００を配線するのみでなく制御配線３００に接続される制御部品を配置してもよい。
　実施の形態１によれば、カップリングによるノイズの発生を抑制しつつ、基板の小型化を図ることができる。より具体的には、基板上において、主回路配線を構成する第１の主回路配線および第２の主回路配線が互いに離間して配線され、第１の主回路配線および第２の主回路配線の間に制御配線が配線される。主回路部品は、基板の厚さ方向について制御配線から離間して配置され、第１の主回路配線および第２の主回路配線は主回路部品を介して互いに接続される。このため、第１の主回路配線と第２の主回路配線を接続させるために、第１の主回路配線または第２の主回路配線と制御配線を交差させる必要がなく、主回路配線と制御配線との間のカップリングによるノイズの発生を抑制することができる。また、第１の主回路配線および第２の主回路配線は制御配線を迂回する必要がないので、配線の迂回による基板の大型化を防ぎ、小型化を図ることができる。さらに、ノイズカットのためのコイルおよびコンデンサが不要であるため、電力変換装置全体の小型化および低コスト化を図ることができる。
　また、基板と主回路部品は基板の厚さ方向について予め定められた距離離して配置されているので、主回路配線および主回路部品と制御配線のカップリングをより確実に抑制することができる。
　また、接地された板状の金属部材が主回路部品と基板の間に配置されているので、シールド効果により主回路配線および主回路部品と制御配線のカップリングをさらに確実に抑制することができる。
　また、主回路部品の基板への投影面が板状の金属部材の基板への投影面内に納まっているので、主回路部品の基板と対向する面の全体が板状の金属部材により覆われている。このため、主回路部品の全体に亘ってシールド効果を得ることができる。
　また、主回路部品がリアクトルまたはトランスのように大型のものを含む場合、第１の主回路配線と第２の主回路配線の間の領域が大きくなり制御配線を配線できる領域も大きくなるので、第１の主回路配線と第２の主回路配線の間に制御配線を集中的に配線することが可能となり、さらなる基板の小型化を図ることができる。
　なお、主回路部品の端子の引き回しを変更し、第１の主回路配線と第２の主回路配線の接続点を設計することで、主回路部品の投影面における制御配線の配線自由度を高めてもよい。この場合、基板１００のさらなる小型化を図ることができる。
実施の形態２．
　以下に、実施の形態２を図３に基づいて説明する。なお、図１から図２Ｂと同一または相当部分については同一符号を付し、その説明を省略する。図３は、実施の形態２における電力変換装置を示す部分側面図である。図３は、実施の形態１の電力変換装置１０００に対応する電力変換装置１０１０のうち、任意の主回路部品４００周辺を側方から見た場合の図である。実施の形態２は、第１の主回路配線および第２の主回路配線と主回路部品を接続する端子を２つの分割端子に分割したものである。
　主回路部品４００は、基板１００の面方向についての一端部および他端部にそれぞれ第１の分割端子４００ａ１および第１の分割端子４００ｂ１が設けられている。第１の分割端子４００ａ１および第１の分割端子４００ｂ１は、基板１００の方向に向かって延び、金属部材５００と基板１００の間に配置された導電性の中間部材６０１、６０２の下面、すなわち主回路部品４００と対向する面にそれぞれ接続されている。中間部材６０１、６０２の上面、すなわち基板１００と対向する面には、基板１００に形成された孔（図示なし）を貫通して第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２にそれぞれ接続される第２の分割端子４００ａ２および第２の分割端子４００ｂ２がそれぞれ接続されている。
　中間部材６０１は、基板１００の面方向に沿って制御配線３００側から第１の主回路配線２０１側に向かって延びる板状または棒状の導電性部材であり、中間部材６０１と第２の分割端子４００ａ２の接続位置は、中間部材６０１と第１の分割端子４００ａ１の接続位置よりも外側、すなわち第１の主回路配線２０１側にある。また、中間部材６０２は、基板１００の面方向に沿って制御配線３００側から第２の主回路配線２０２側に向かって延びる板状または棒状の導電性部材であり、中間部材６０２と第２の分割端子４００ｂ２の接続位置は、中間部材６０２と第１の分割端子４００ａ１の接続位置よりも外側、すなわち第２の主回路配線２０２側にある。また、第１の主回路配線２０１および第２の主回路配線２０２は、第２の分割端子４００ａ２、４００ｂ２の位置に合わせてそれぞれ配線される。これにより、主回路部品４００は、第１の分割端子４００ａ１、中間部材６０１および第２の分割端子４００ａ２を介して第１の主回路配線２０１と接続され、第１の分割端子４００ｂ１、中間部材６０２および第２の分割端子４００ｂ２を介して第２の主回路配線２０２と接続される。すなわち、第１の分割端子４００ａ１、中間部材６０１および第２の分割端子４００ａ２が実施の形態１における端子４００ａに相当し、第１の分割端子４００ｂ１、中間部材６０２および第２の分割端子４００ｂ２が実施の形態１における端子４００ｂに相当する。その他については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
　実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、主回路部品が小さい場合でも第１の主回路配線と第２の主回路配線との間の領域を大きくし、制御配線を配線するための領域を確保することができる。より具体的には、第１の主回路配線および第２の主回路配線と主回路部品をそれぞれ接続する端子を、主回路部品に接続される第１の分割端子、および第１の主回路配線および第２の主回路配線に接続される第２の分割端子にそれぞれ分割し、第１の分割端子および第２の分割端子を導電性の中間部材を介して電気的に接続した。この際、第２の分割端子と中間部材の接続位置を第１の分割端子と中間部材の接続位置よりも外側になるようにしたため、主回路部品が小さく第１の分割端子同士の間が狭いときであっても、第２の分割端子同士の間の距離を大きくすることができ、第１の主回路配線と第２の主回路配線の間の領域を大きくすることができる。
　なお、実施の形態２では第１の主回路配線および第２の主回路配線と主回路部品を接続する端子を２つの分割端子に分割したが、３つ以上に分割してもよい。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１００　基板、２００　主回路配線、２０１　第１の主回路配線、２０２　第２の主回路配線、３００　制御配線、４００　主回路部品、４００ａ、４００ｂ　端子、４００ａ１、４００ｂ１　第１の分割端子、４００ａ２、４００ｂ２　第２の分割端子、４００Ａ　投影面、４０１　リアクトル、４０２　コンデンサ、４０３　トランス、４０４　リアクトル、５００　金属部材、５００Ａ　投影面、６０１、６０２　中間部材、９００　主回路、９０１　交流電源、９０２　負荷、９０３　制御回路、９１１、９１３　整流部、９１２　インバータ部、１０００、１０１０　電力変換装置、Ｄ１１～Ｄ１４、Ｄ２１～Ｄ２４　ダイオード、Ｓ１１～Ｓ１４　スイッチング素子

Claims (7)

  1. 　主回路部品および複数のスイッチング素子を互いに接続して主回路を構成する主回路配線と、前記複数のスイッチング素子を駆動制御する制御回路と前記複数のスイッチング素子を接続する制御配線とが１つの基板に配線された電力変換装置において、
    　前記主回路配線は、前記基板上において互いに離間して配線された第１の主回路配線および第２の主回路配線を有し、
    　前記制御配線は、前記基板上において前記第１の主回路配線および前記第２の主回路配線の間に配線され、
    　前記第１の主回路配線および前記第２の主回路配線は、前記制御配線から前記基板の厚さ方向に離間して配置された主回路配線接続部を介して接続されていることを特徴とする電力変換装置。
  2. 　前記主回路配線接続部は、前記基板の厚さ方向について前記基板から予め定められた距離離して配置されている請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記主回路配線接続部と前記基板の間には、接地された板状の金属部材が配置されている請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記主回路配線接続部の前記基板への投影面は、前記金属部材の前記基板への投影面内に納まっている請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 　前記主回路配線接続部は、前記主回路部品である請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 　前記主回路部品と前記第１の主回路配線および前記第２の主回路配線を接続する端子が、前記主回路部品に接続される第１の分割端子、前記第１の主回路配線および前記第２の主回路配線に接続される第２の分割端子、および前記第１の分割端子と前記第２の分割端子を電気的に接続する導電性の中間部材により構成され、前記第２の分割端子と前記中間部材の接続位置が、前記第１の分割端子と前記中間部材の接続位置よりも外側に配置されている請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 　前記主回路部品は、リアクトルまたはトランスを含む請求項５または６に記載の電力変換装置。
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