WO2022239698A1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

電力変換装置（１）は、筐体（３０）と、第１プリント基板（４１）と、第２プリント基板（５１）と、制御回路基板（１００ｂ）とを備えている。筐体（３０）は、少なくとも２面以上の内面を有する。第１プリント基板（４１）は、筐体（３０）の内面に固定されている。第２プリント基板（５１）は、筐体（３０）の内面に固定され、第１プリント基板（４１）と交差するように配置されている。制御回路基板（１００ｂ）は、第２プリント基板（５１）に沿うように配置されている。制御回路基板（１００ｂ）は、回路配線と、回路配線とは異なる層において回路配線に対向するシールドパターンとを含んでいる。シールドパターンが回路配線に対向する対向方向から見て、シールドパターンは回路配線に少なくとも一部重なっている。

Description

電力変換装置

　本開示は、電力変換装置に関するものである。

　ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣ変換装置といった電力変換装置には、スイッチング素子、整流素子、トランスまたはリアクトルといった磁性部品などの電子部品のほか、スイッチング素子を制御する制御回路基板が含まれる。

　スイッチング素子などの電子部品と、制御回路基板とが立体的に配置されることにより電力変換装置を小型化することできる。このように小型化することができる電力変換装置の一例として、特許第４２３１６２６号公報（特許文献１）には、自動車用モータ駆動装置が記載されている。この自動車用モータ駆動装置では、電力変換素子は筐体底面に配置されている。制御素子はプリント基板に実装されている。電力変換素子と、制御素子が実装されたプリント基板とは、積み重なるように配置されている。

特許第４２３１６２６号公報

　スイッチング素子などの電子部品はノイズを発生させるノイズ源として振る舞うため、スイッチング素子などの電子部品が制御回路基板に近づけられると、制御回路基板に電子部品で発生したノイズが重畳する。これにより、制御回路基板の回路の誤動作が生じやすい。したがって、電力変換装置が小型化される際には、制御回路基板のノイズ耐性を高める必要がある。

　上記公報に記載された自動車用モータ駆動装置では、電力変換素子と、制御素子が実装されたプリント基板とが積み重なるように配置されている。このため、制御素子が筐体外に設置されたものと比較して、電力変換素子と制御素子を結ぶ配線を短くすることが可能である。このように電力変換素子と制御素子を結ぶ配線を短くすることによりノイズの影響を受け難くすることが考慮されている。

　しかしながら、上記公報に記載された自動車用モータ駆動装置のように電力変換素子と制御素子を結ぶ配線を短くするだけでは、電力変換装置が小型化される際に多面的に配置される電子部品によるノイズを低減することはできない。したがって、制御回路基板のノイズ耐性を高めることは困難である。

　本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化することができるとともにノイズ耐性に優れた制御回路基板を有する電力変換装置を提供することである。

　本開示の電力変換装置は、筐体と、第１プリント基板と、第２プリント基板と、制御回路基板とを備えている。筐体は、少なくとも２面以上の内面を有する。第１プリント基板は、筐体の内面に固定されている。第２プリント基板は、筐体の内面に固定され、第１プリント基板と交差するように配置されている。制御回路基板は、第２プリント基板に沿うように配置されている。制御回路基板は、回路配線と、回路配線とは異なる層において回路配線に対向するシールドパターンとを含んでいる。シールドパターンが回路配線に対向する対向方向から見て、シールドパターンは回路配線に少なくとも一部重なっている。

　本開示の電力変換装置によれば、小型化することができるとともにノイズ耐性に優れた制御回路基板を有する電力変換装置を提供することができる。

実施の形態１に係る電力変換装置の一例を示す回路図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の斜視図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の上面図である。 図３の線ＩＶ－ＩＶに沿う切断面の断面図である。 実施の形態１に係る第１プリント基板モジュールの斜視図である。 実施の形態１に係る第２プリント基板モジュールの斜視図である。 実施の形態１に係る制御回路モジュールの透視図である。 実施の形態１に係る制御回路モジュール表面の上面視図である。 実施の形態１に係る制御回路モジュール裏面の上面視図である。 図７の線Ｘ－Ｘに沿う切断面の断面図である。 制御回路基板が多層基板の場合の図７の線Ｘ－Ｘに沿う切断面の断面図である。 ノイズの入射角を示す制御回路モジュールの断面図である。 シールドパターンの拡張によるノイズ遮蔽効果を示すグラフである。 実施の形態１の変形例１に係る制御回路モジュールの透視図である。 図１４の線ＸＶ－ＸＶに沿う切断面の断面図である。 実施の形態１の変形例２に係る制御回路モジュールの透視図である。 図１６の線ＸＶＩＩ－ＸＶＩＩに沿う切断面の断面図である。 実施の形態１の変形例３に係る制御回路モジュールの透視図である。 実施の形態１の変形例３に係る制御回路モジュール表面の上面視図である。 実施の形態１の変形例３に係る制御回路モジュール裏面の上面視図である。 図１８の線ＸＸＩ－ＸＸＩに沿う切断面の断面図である。 図１８の線ＸＸＩＩ－ＸＸＩＩに沿う切断面の断面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の斜視図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の上面図である。 図２４の線ＸＸＶ－ＸＸＶに沿う切断面の断面図である。 実施の形態２に係る制御回路モジュール表面の上面視図である。 実施の形態２に係る制御回路モジュール裏面の上面視図である。 図２６の線ＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩに沿う切断面の断面図である。 実施の形態２の変形例の図２８に対応する切断面の断面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の斜視図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の上面図である。 図３１の線ＸＸＸＩＩ－ＸＸＸＩＩに沿う切断面の断面図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の斜視図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の上面図である。 図３４の線ＸＸＸＶ－ＸＸＸＶに沿う切断面の断面図である。 実施の形態４に係る制御回路モジュール裏面の上面図である。 実施の形態５に係る電力変換装置の上面図である。 実施の形態５に係る制御回路モジュール表面の上面視図である。 実施の形態５に係る制御回路モジュール裏面の上面視図である。 図３８の線ＸＬ－ＸＬに沿う切断面の断面図である。 実施の形態６に係る電力変換装置の上面図である。 実施の形態７に係る電力変換装置の斜視図である。 実施の形態７に係る電力変換装置の上面図である。 図４３の線ＸＬＩＶ－ＸＬＩＶに沿う切断面の断面図である。

　以下に、実施の形態に係る電力変換装置を図面に基づいて説明する。なお、以下においては、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。また、図を見やすくするため、適宜、部品の図示が省略されている。

　実施の形態１．
　まず、実施の形態１に係る電力変換装置について説明する。図１は、実施の形態１に係る電力変換装置の一例を示す回路図である。

　図１に示す、電力変換装置１は、ＤＣ／ＤＣ変換装置である。電力変換装置１は、インバータ回路２と、トランス回路３と、整流回路４と、平滑回路５と、制御回路１００とを備える。電力変換装置１は、入力端子１０から入力される直流電圧Ｖｉを直流電圧Ｖｏに変換して出力端子１１から出力する。

　インバータ回路２は、スイッチング素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを備える。スイッチング素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄのそれぞれは、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などである。スイッチング素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄのそれぞれは、ケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）または窒化ガリウム（ＧａＮ）などを材料として形成されている。

　トランス回路３は、トランス２１を備える。トランス２１は、インバータ回路２と接続する１次側高電圧側巻線とフェライトなどのコア材と２次側低電圧側巻線とを備える。

　整流回路４は、ダイオード８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを備える。ダイオード８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄのそれぞれは、Ｓｉ、ＳｉＣまたはＧａＮなどを材料として形成されている。

　平滑回路５は、平滑コイル２０と、コンデンサ９ａとを備える。
　制御回路１００は、インバータ回路２を制御する制御信号を生成および出力する制御素子１０１と、インバータ回路２に接続するためのコネクタなどの接続部材１０２と、直流電圧Ｖｏを検出するフィードバック用のコネクタなどの接続部材１０３と、コンデンサまたは抵抗などの電子部品とを備える。

　パルストランス回路６は、パルストランス２２ａ，２２ｂを備える。パルストランス回路６は、制御回路１００から出力される制御信号を電気的に絶縁させ、インバータ回路２のスイッチング素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを制御する。

　直流電圧Ｖｉが入力される入力端子１０と、直流電圧Ｖｏを出力する出力端子１１と、スイッチング素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと、ダイオード８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄと、コンデンサ９ａ，９ｂとは、プリント基板に搭載されている。プリント基板は、支持体に取り付けられている。支持体は、電力変換装置１の筐体である。筐体は、金属製であり、冷却器としての役割も有する。電力変換装置１のグラウンド（ＧＮＤ）は、支持体に接続されている。プリント基板には、他の電子部品が搭載されてもよい。

　電力変換装置１には、たとえば１００Ｖから６００Ｖの直流電圧Ｖｉが入力される。電力変換装置１は、たとえば１２Ｖから１６Ｖの直流電圧Ｖｏを出力する。具体的には、入力端子１０に入力された直流電圧Ｖｉは、インバータ回路２とこれを制御する制御回路１００によって第１の交流電圧に変換される。第１の交流電圧は、トランス回路３によって第１の交流電圧よりも低い第２の交流電圧に変換される。第２の交流電圧は、整流回路４によって整流される。平滑回路５は、整流回路４から出力された電圧を平滑する。電力変換装置１は、平滑回路５から出力された直流電圧Ｖｏを出力端子１１から出力する。規定の直流電圧Ｖｏを得るために、直流電圧Ｖｏが制御回路１００に帰還され、制御回路１００は、直流電圧Ｖｏに応じて制御信号を生成し、インバータ回路２を制御し、直流電圧Ｖｏを規定値に保つ。

　このように構成された図１の回路図に示される電力変換装置１では、直流電圧Ｖｉを交流電圧に変換するインバータ回路２など、電圧の時間変化（ｄＶ／ｄｔ）、電流の時間変化（ｄｉ／ｄｔ）が大きい電子部品はノイズ発生源となる。これらの電子部品に接続されたプリント基板上の回路配線などからノイズが放射される。放射されるノイズは、近接した回路に誘導される。制御回路１００にノイズが誘導されると、本来とは異なる制御信号が出力される。これにより、インバータ回路２にてスイッチング素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを制御するタイミングが変化する。その結果、直流電圧Ｖｏの変動が生じることがある。最悪の場合には、スイッチング素子７ａ，７ｃ，もしくは７ｂ，７ｄが同時にオンとなることでスイッチング素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに過電流が流れることにより、スイッチング素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを損傷させることがある。

　図２は、実施の形態１に係る電力変換装置１の斜視図である。図３は、図２の上面図である。図４は、図３の線ＩＶ－ＩＶに沿う切断面の断面図である。図５は、電力変換装置１に含まれる第１プリント基板モジュール４０の斜視図である。図６は、電力変換装置１に含まれる第２プリント基板モジュール５０の斜視図である。

　図２に示されるように、実施の形態１に係る電力変換装置１は、筐体３０と、第１プリント基板モジュール４０と、第２プリント基板モジュール５０と、制御回路モジュール１００ａとを備えている。第１プリント基板モジュール４０と第２プリント基板モジュール５０は図示しないハーネス等で電気的に接続される。また、図２では、電力変換装置１は、プリント基板モジュールを２つ備えているが、プリント基板モジュールを３つ備えてもよい。

　図２～図４に示されるように、電力変換装置１は、筐体３０と、第１プリント基板４１と、第１絶縁部材４２と、第１固定部材４３と、第２プリント基板５１と、第２絶縁部材５２と、第２固定部材５３と、制御回路モジュール１００ａの基板として制御回路基板１００ｂと、接続部材１０２と、接続部材１０３とを備える。なお、図２～図４において、筐体３０の底面側、例えば、第１プリント基板４１が固定される部分の底面には、図示しない外部冷却体が接続されている。これにより、放熱性が優れる。第１プリント基板４１には、発熱量が大きい電子部品として、スイッチング素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが搭載されている。

　筐体３０は、少なくとも２面以上の内面を有している。本実施の形態では、筐体３０は、２面の内面を有している。筐体３０は、２面の内面が交差するように構成されている。

　第１プリント基板４１は、筐体３０の内面に固定されている。第１プリント基板４１は、電子部品が搭載された表面と、筐体３０と対向する裏面を有する。第１絶縁部材４２は、第１プリント基板４１と筐体３０の間に配置されている。第１プリント基板４１は、熱的に筐体３０と接続されている。第１固定部材４３は、第１プリント基板４１を、筐体３０に固定するように構成されている。第１プリント基板４１は、第１固定部材４３により筐体３０と接続されている。

　第２プリント基板５１は、筐体３０の内面に固定されている。第２プリント基板５１は、第１プリント基板４１と交差するように配置されている。本実施の形態では、第２プリント基板５１は、第１プリント基板４１に対して垂直に配置されている。第２プリント基板５１は、電子部品が搭載された表面と、筐体３０と対向する裏面を有する。第２プリント基板５１は、第１プリント基板４１と図示しない接続部材で電気的に接続されている。第２絶縁部材５２は、第２プリント基板５１と筐体３０の間に配置されている。第２プリント基板５１は、熱的に筐体３０と接続されている。第２固定部材５３は、第２プリント基板５１を、筐体３０に固定するように構成されている。第２プリント基板５１は、第２固定部材５３により筐体３０と接続されている。

　制御回路基板１００ｂは、第２プリント基板５１に沿うように配置されている。本実施の形態では、制御回路基板１００ｂは、スイッチング素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが搭載される第１プリント基板４１に対して垂直に配置され、第２プリント基板５１に対して平行に配置されている。制御回路基板１００ｂは、コネクタなどの接続部材１０２によって、第１プリント基板４１に固定されるとともに電気的に接続されている。

　筐体３０は、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、さらに好ましくは１００．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する。筐体３０は、銅、鉄、アルミニウム、鉄合金、アルミニウム合金などの金属材料で形成される。筐体３０は、内部に冷却水を通すための配管を備えても良い。また、筐体３０は、周囲の大気への放熱を促進するため、放熱フィン等を備えてもよい。また、筐体３０は、図示しない外部冷却体と接触されていてもよい。また、筐体３０は、必ずしも一体成型されたものでなく、複数の金属板を組み合わせ、これらを接続して立体化されたものでもよい。

　第１プリント基板４１、第２プリント基板５１は、その表面または内部に、図示しない回路配線が形成されていてもよい。制御回路基板１００ｂは、導体層を少なくとも２層備え、その表面または内部に図示しない回路配線が形成されていてもよい。この回路配線は、厚みが１μｍ以上２０００μｍ以下である。また、この回路配線は、導電性材料から形成され、例えば、銅、ニッケル、金、アルミニウム、銀、錫などまたはそれらの合金などから形成される。以後の実施の形態において、第１プリント基板４１、第２プリント基板５１、制御回路基板１００ｂなど、プリント基板を構成する材料は、たとえばガラス繊維強化エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などとすればよい。言い換えると、第１プリント基板４１、第２プリント基板５１、制御回路基板１００ｂは、一般に熱伝導率が低いとされる材料で構成されていてもよい。つまり、第１プリント基板４１、第２プリント基板５１、制御回路基板１００ｂの各々は、汎用のプリント基板であってもよい。また、第１プリント基板４１、第２プリント基板５１、制御回路基板１００ｂの各々は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素などのセラミックスで構成されてもよい。

　第１絶縁部材４２、第２絶縁部材５２は、電気絶縁性を有している。また、第１絶縁部材４２、第２絶縁部材５２は、弾性を有してもよい。また、第１絶縁部材４２、第２絶縁部材５２は、１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下のヤング率を有してもよい。第１絶縁部材４２、第２絶縁部材５２は、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する。第１絶縁部材４２、第２絶縁部材５２は、たとえば、シリコーン、ウレタンなどのゴム材、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファニド（ＰＰＳ）、フェノールなどの樹脂材、ポリイミドなどの高分子材料、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウムなどのセラミックス材料、シリコーンを主原料とするフェイズチェンジマテリアルなどから構成されてもよい。また、第１絶縁部材４２、第２絶縁部材５２は、シリコーン樹脂に酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などの粒子を混入させた材料から構成されてもよい。

　第１固定部材４３、第２固定部材５３の材質は、金属製であってもよいし、非金属製であってもよい。例えば、第１プリント基板４１、第２プリント基板５１に形成される回路配線が、固定部材の接続先の回路配線または筐体３０と同電位とされる場合には、金属製の固定部材が使用されて回路配線が電気的に接続される。一方で、同電位とすべきでない回路配線であれば、樹脂ネジなど非金属製の固定部材が用いられればよい。言い換えれば、第１固定部材４３および第２固定部材５３は、製品の仕様に合わせて使いわけられればよい。

　続いて、図５および図６を参照して、第１プリント基板モジュール４０、第２プリント基板モジュール５０の一例を説明する。

　図５に示されるように、第１プリント基板モジュール４０は、第１プリント基板４１と、第１絶縁部材４２と、第１固定部材４３と、電子部品（第１部品）とを備えている。電子部品（第１部品）は、第１プリント基板４１の上に搭載される。電子部品（第１部品）は、特に高発熱部品であるスイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと、コンデンサ９ｂと、図示しない入力端子１０と、図示しないパルストランス２２ａ、２２ｂなどである。第１絶縁部材４２は、第１プリント基板４１と筐体３０の間に設けられる。第１絶縁部材４２は、第１プリント基板４１と、筐体３０とに、面接触することが好ましい。第１固定部材４３は、第１プリント基板４１を筐体３０に固定する。

　図６に示されるように、第２プリント基板モジュール５０は、第２プリント基板５１と、第２絶縁部材５２と、第２固定部材５３と、電子部品（第２部品）とを備えている。電子部品（第２部品）は、第２プリント基板５１の上に搭載される。電子部品（第２部品）は、トランス２１と、ダイオード８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄと、平滑コイル２０と、コンデンサ９ａと、出力端子１１などである。第２プリント基板５１には、スイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと、制御回路１００を除き、電力変換装置を構成する電子部品が搭載されていてもよい。第２絶縁部材５２は、第２プリント基板５１と筐体３０の間に設けられる。第２絶縁部材５２は、第２プリント基板５１と、筐体３０とに、面接触することが好ましい。第２固定部材５３は、第２プリント基板５１を筐体３０に固定する。

　なお、図２～図６はプリント基板モジュールが第１プリント基板モジュール４０と第２プリント基板モジュール５０との２枚の場合を図示したものである。電子部品を搭載するプリント基板モジュールが３枚以上ある場合、第１プリント基板モジュール４０に搭載されるスイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを除き、第２プリント基板モジュール５０と、第Ｎプリント基板モジュール（Ｎは３以上）には、その他電子部品が任意に搭載されていてもよい。

　続いて、図７～図１１を参照して、制御回路モジュール１００ａの一例を説明する。図７は、電力変換装置１に含まれる制御回路モジュール１００ａの透視図である。図８は、図７の制御回路モジュール１００ａ表面の上面視図である、図９は、図７の制御回路モジュール１００ａ裏面の上面視図である。図１０は、図７の線Ｘ－Ｘに沿う切断面の断面図である。図１１は、制御回路基板１００ｂが両面基板でなく、多層基板である場合の図７線の線Ｘ－Ｘに沿う切断面の断面図である。なお、図７～図１１は、制御回路モジュール１００ａの模式図である。

　図７に示されるように、制御回路モジュール１００ａは、制御回路基板１００ｂと、制御素子１０１と、接続部材１０２と、接続部材１０３と、フィードバック配線１０４と、基準ＧＮＤ配線１０５と、制御素子用電子部品１１０とを備える。制御回路基板１００ｂは、アナログ信号配線群（回路配線）１２０と、デジタル信号配線群１３０と、シールドパターン１４０とを含んでいる。

　制御素子１０１は、スイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを制御する制御信号を出力する半導体素子である。制御素子１０１で出力される制御信号は、電力変換装置１の制御方式によるが、例えば、スイッチング周波数、デューティー比、デッドタイムなどが設計パラメータとして挙げられる。制御素子１０１は、基準ＧＮＤ配線１０５または基準ＧＮＤ配線１０５と同電位であるシールドパターン１４０に対するフィードバック配線１０４の電位差と、制御素子用電子部品１１０の部品またはその定数とに応じて、制御信号の波形を変化させる。

　接続部材１０２は、制御回路モジュール１００ａと第１プリント基板モジュール４０とを固定する。接続部材１０２は、制御回路基板１００ｂと第１プリント基板４１の間にて制御信号を伝達する。接続部材１０２は、例えば、基板間コネクタ、取り付けソケット、フィンガー、クリップなどである。また、接続部材１０２は、基板間コネクタなど制御回路基板１００ｂに実装する接続部材と、制御回路基板１００ｂとは別に回路配線を備えたプリント基板を組み合わせた接続部材であってもよい。図７における接続部材１０２は１つの構造物であるが、接続部材１０２は複数個に分けて取り付けられていてもよい。また、それらの実装位置は、制御回路基板１００ｂにて第１プリント基板４１と接続される少なくとも１辺以上に配置されればよい。

　接続部材１０３は、電力変換装置１の出力端子１１近傍における直流電圧Ｖｏを監視するためのフィードバック配線１０４と、出力端子１１のＧＮＤと接続される基準ＧＮＤ配線１０５とを、制御回路基板１００ｂに接続するために用いられる。接続部材１０３は、例えば、端子台、基板間コネクタ、取り付けソケット、フィンガー、クリップなどの構造部品であってもよい。また、フィードバック配線１０４または基準ＧＮＤ配線１０５が電線である場合は、はんだ付けで接続されたものであってもよい。図７における接続部材１０３は一体化したものであるが、接続部材１０３は複数個に分けて取り付けられていてもよい。接続部材１０３の位置は一意に限定されるものではない。

　フィードバック配線１０４は、電力変換装置１の出力端子１１近傍と接続部材１０３の間を接続するものである。例えば、フィードバック配線１０４は、ケーブルでもよいし、基板間コネクタでもよい。

　基準ＧＮＤ配線１０５は、電力変換装置１の出力端子１１近傍と接続部材１０３の間を接続するものである。例えば、基準ＧＮＤ配線１０５は、ケーブルでもよいし、基板間コネクタであってもよい。基準ＧＮＤ配線１０５は、ＧＮＤと称しているが、その電位はアースまたはフレームＧＮＤに限られるものでない。基準ＧＮＤ配線１０５は、フィードバック配線１０４の電位を規定するための基準電位を与えるものである。例えば、車載機器におけるＤＣ／ＤＣ変換装置のように、出力端子の他端が筐体３０と同電位である場合、基準ＧＮＤ配線１０５の電位はＧＮＤ電位、言い換えれば筐体３０と同電位となる。

　制御素子用電子部品１１０は、制御素子１０１に接続される電子部品である。制御素子用電子部品１１０は、例えば、チップ抵抗、セラミックコンデンサなどである。搭載する部品種類、部品配置、部品数などは、制御素子１０１、制御信号の出力先である図示しないドライバ素子、パルストランス回路６、スイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄなど、出力先の回路仕様に合わせればよく、図示しない電子部品が搭載されていてもよい。

　アナログ信号配線群１２０は、制御素子１０１と、第１プリント基板４１に搭載されたスイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを制御する制御信号のスイッチング周波数、デューティー比、デッドタイムなどを設定するための制御素子用電子部品１１０の間の回路配線である。また、制御素子１０１と接続部材１０３の間の回路配線もアナログ信号配線群１２０に該当する。制御回路基板１００ｂにおいて、アナログ信号配線群１２０の配線層は、プリント基板の表層であってもよいし、内層であってもよい。ただし、アナログ信号配線群１２０は、後述するシールドパターン１４０と異なる層において対向した構成を備える。また、アナログ信号配線群１２０の配線領域は、対向するシールドパターン１４０との間に備えられる絶縁層１５０の厚みＨに対して、少なくとも１倍分（１Ｈ）内側に配線される。アナログ信号配線群１２０の配線領域は、絶縁層１５０の厚みＨに対して、３倍分（３Ｈ）以上内側に配線されることが望ましい。なお、アナログ信号配線群１２０は、意図せずとも、寄生インダクタンスおよびノイズ放射源との相互インダクタンスによって磁界を受信するアンテナ、または、ノイズ放射源との寄生キャパシタンスによって電界を受信するアンテナとして機能する。その結果、回路配線にノイズが重畳する。これにより、本来の設計仕様とは異なる制御信号が出力される場合があるため、アナログ信号配線群１２０は特にノイズを重畳しづらい配線仕様を有する必要がある。

　デジタル信号配線群１３０は、制御信号を伝達する配線である。デジタル信号配線群１３０は、制御素子１０１と接続部材１０２の間の配線である。制御回路基板１００ｂにおいて、デジタル信号配線群１３０の配線層は、表層であってもよいし、内層であってもよく、限定されるものでない。また、制御素子１０１と接続部材１０２の間には、例えばドライバＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）など図示しない電子部品が搭載されていてもよい。

　シールドパターン１４０は、基準ＧＮＤ配線１０５と同電位の回路配線である。シールドパターン１４０の電位は、制御回路基板１００ｂのグラウンドと同電位である。制御回路基板１００ｂのグラウンドの電位は、筐体３０と同電位である。

　シールドパターン１４０は、少なくとも制御回路基板１００ｂに備えられればよく、必ずしも、第１プリント基板モジュール４０および第２プリント基板モジュール５０、ならびに、後述する第３プリント基板モジュール６０、第４プリント基板モジュール７０および第５プリント基板モジュール８０を構成する各プリント基板に備えられる必要はない。

　シールドパターン１４０は、アナログ信号配線群１２０とは異なる層においてアナログ信号配線群１２０に対向する。シールドパターン１４０がアナログ信号配線群１２０に対向する対向方向から見て、シールドパターン１４０はアナログ信号配線群１２０に少なくとも一部重なっている。

　ただし、シールドパターン１４０は、アナログ信号配線群１２０と異なる層で対向する最小領域であるため、アナログ信号配線群１２０とは別の信号配線群の直下などに、シールドパターン１４０と同電位の回路配線があってもよい。また、アナログ信号配線群１２０と同層にシールドパターン１４０と同電位の回路配線があってもよい。

　また、シールドパターン１４０がアナログ信号配線群１２０に対向する対向方向から見て、シールドパターン１４０は、アナログ信号配線群１２０よりも拡張されている。つまり、シールドパターン１４０の投影領域は、アナログ信号配線群１２０の配線領域を覆い、かつアナログ信号配線群１２０の配線領域の外端から外側に張り出している。本実施の形態では、シールドパターン１４０は、アナログ信号配線群１２０の配線層とシールドパターン１４０の間の絶縁層１５０の厚みＨに対して、アナログ信号配線群１２０の配線領域端部から少なくとも１倍分（１Ｈ）を拡張された回路配線を、アナログ信号配線群１２０とは異なる層に備える。言い換えれば、アナログ信号配線群１２０は、対向するシールドパターン１４０の配線領域より、少なくとも１Ｈは内側に配線された構成を備える。

　また、シールドパターン１４０がアナログ信号配線群１２０に対向する対向方向から見て、シールドパターン１４０は、アナログ信号配線群１２０の外端に対して、対向方向でのアナログ信号配線群１２０とシールドパターン１４０との間の厚みＨの３倍以上拡張されている。つまり、シールドパターン１４０の投影領域は、アナログ信号配線群１２０の配線領域を覆い、かつアナログ信号配線群１２０の配線領域の外端に対して厚みＨの３倍以上外側に張り出している。例えば、両面基板においてその板厚が１．６ｍｍであり、アナログ信号配線群１２０が部品面に配線されているとする。シールドパターン１４０は、アナログ信号配線群１２０の端部から３Ｈ、つまり４．８ｍｍ（３×１．６ｍｍ）分、拡張された回路配線を、はんだ面に備えている。多層基板で層数が増えるほど、また、アナログ信号配線群１２０とシールドパターン１４０の配線層を隣接させることで、これら絶縁層１５０の厚みＨは相対的に薄くなるため、アナログ信号配線群１２０の配線領域に対して、シールドパターン１４０が拡張される領域を小さくすることができる。

　このように、シールドパターン１４０をアナログ信号配線群１２０の配線領域より拡張することで、シールドパターン１４０に対して垂直に入射するノイズだけでなく、斜め方向から入射するノイズを遮蔽することができる。結果、アナログ信号配線群１２０へのノイズの重畳を抑制することができる。

　ノイズの成分が電界の場合、シールドパターン１４０の表面の電界は法線方向成分のみとなるため、シールドパターン１４０をアナログ信号配線群１２０より拡張せずとも、ノイズ放射源の波動インピーダンスとシールドパターン１４０の固有インピーダンスの差によって、電界を反射させることができるため、高い遮蔽効果が得られる。

　しかしながら、ノイズの成分が磁界の場合、シールドパターン１４０に対して、法線方向成分のみでなく、ノイズ放射源となる電流経路に対して円弧を描くように磁界が形成される。磁界はノイズ放射源からの距離に応じた入射角を伴った成分を持ち、法線方向成分は相対的に小さい。また、ノイズの周波数が低周波かつノイズ放射源の近傍における磁界では、上述した媒質間のインピーダンス差を利用した反射による遮蔽効果は得られにくい。さらに、低周波における非磁性金属の表皮深さは深いため、渦電流を発生させることによって磁界を減衰させることは難しい。このような場合、ファラデーの電磁誘導の法則に従い、アナログ信号配線群１２０とシールドパターン１４０の間で形成されるループを鎖交する磁界を低減することで、電磁誘導による誘導電圧を抑制することが有効となる。

　図１１に示されるように、制御回路基板１００ｂが多層基板である場合、制御回路モジュール１００ａの表層および内層のアナログ信号配線群１２０はビア１４２を介して電気的に接続されている。

　図１２に示されるように、絶縁層１５０の厚みＨとし、シールドパターン１４０をアナログ信号配線群１２０の配線領域より拡張した際に、アナログ信号配線群１２０とシールドパターン１４０間を鎖交できる磁界の入射角αを考える。１Ｈ拡張する場合は４５度（角度＝ａｒｃｔａｎ（１Ｈ／１Ｈ））～９０度、２Ｈ拡張する場合は２６．６度（角度＝ａｒｃｔａｎ（１Ｈ／２Ｈ））～９０度、３Ｈ拡張すると１８．４度（角度＝ａｒｃｔａｎ（１Ｈ／３Ｈ））～９０度までの入射角αの磁界を遮蔽できる。つまり、シールドパターン１４０をアナログ信号配線群１２０の配線領域より拡張するほど、広範な入射角αを伴った磁界を遮蔽できる。さらに、多層基板において、アナログ信号配線群１２０がプリント基板の内層に配置され、シールドパターン１４０がこれを上下層で覆うことで、全方位に対して非常に高いノイズ遮蔽効果が得られる。結果、アナログ信号配線群１２０と、シールドパターン１４０で形成されるループを鎖交する磁界を低減することで、アナログ信号配線群１２０へのノイズの重畳を抑制することができる。これにより、制御素子１０１の誤動作を防止することができる。

　図１３に、シールドパターン１４０をアナログ信号配線群１２０の配線領域より拡張することによるノイズ重畳量の抑制効果の一例を示す。シールドパターン１４０をアナログ信号配線群１２０と対向する異なる層に備えた状態で、シールドパターン１４０をアナログ信号配線群１２０の配線領域端部から拡張するほどノイズ遮蔽効果は高まる。さらに、３Ｈ拡張した場合、３Ｈ以上拡張した場合と同等のノイズ遮蔽効果を示す結果が得られている。このことより、シールドパターン１４０が制御回路基板１００ｂの導体層一面に備えられない場合であっても、局所的にアナログ信号配線群１２０の配線領域より３Ｈ拡張したシールドパターン１４０が備えられることで、ノイズを遮蔽することができる。

　次に、本実施の形態に係る電力変換装置１の作用効果について説明する。
　本実施の形態に係る電力変換装置１によれば、第２プリント基板５１は第１プリント基板４１と交差するように配置され、制御回路基板１００ｂは第２プリント基板５１に沿うように配置されている。このため、電力変換装置１を小型化することができる。また、シールドパターン１４０がアナログ信号配線群１２０に対向する対向方向から見て、シールドパターン１４０はアナログ信号配線群１２０に少なくとも一部重なっている。このため、シールドパターン１４０によってノイズを遮断することができる。したがって、ノイズ耐性に優れた制御回路基板１００ｂを提供することができる。ひいては、ノイズ耐性に優れ、誤動作しにくい電力変換装置１を提供することができる。

　本実施の形態に係る電力変換装置１によれば、シールドパターン１４０がアナログ信号配線群１２０に対向する対向方向から見て、シールドパターン１４０は、アナログ信号配線群１２０よりも拡張されている。このため、シールドパターン１４０に対して垂直に入射するノイズだけでなく、斜め方向から入射するノイズを遮蔽することができる。結果、アナログ信号配線群１２０へのノイズの重畳を抑制することができる。

　また、シールドパターン１４０をアナログ信号配線群１２０と対向させ、かつその配線領域より拡張させた回路配線を備えることで、アナログ信号配線群１２０の寄生インダクタンスを低減することができる。結果、第１プリント基板４１または第２プリント基板５１に搭載される電子部品およびこれらに関連した配線との相互インダクタンスも低減することができる。これにより、アナログ信号配線群１２０とスイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄなどとの誘導結合を抑制できるため、アナログ信号配線群１２０に重畳するノイズ量を抑制することができる。

　本実施の形態に係る電力変換装置１によれば、シールドパターン１４０がアナログ信号配線群１２０に対向する対向方向から見て、シールドパターン１４０は、アナログ信号配線群１２０の外端に対して、対向方向でのアナログ信号配線群１２０とシールドパターン１４０との間の厚みＨの３倍以上拡張されている。このため、シールドパターン１４０に対して垂直に入射するノイズだけでなく、斜め方向から入射するノイズをさらに遮蔽することができる。

　本実施の形態に係る電力変換装置１によれば、シールドパターン１４０の電位は、制御回路基板１００ｂのグラウンドと同電位である。このため、シールドパターン１４０は、静電結合を防止する静電シールドとしての機能を備えたものとなる。

　本実施の形態に係る電力変換装置１によれば、制御回路基板１００ｂのグラウンドの電位は、筐体３０と同電位である。シールドパターン１４０が、基準ＧＮＤ配線１０５を介して、筐体３０と同電位で接続されている場合、シールドパターン１４０は静電結合を防止する静電シールドとしての機能も備えたものとなる。このため、ノイズ耐性に優れた制御回路モジュール１００ａ、ひいてはノイズ耐性に優れ、誤動作しない電力変換装置１を提供することができる。

　次に、実施の形態１の変形例として図１４～図２２を参照して、制御回路モジュール１００ａの例を３種類示す。図１４～図２２は、実施の形態１とは、シールドパターン１４０の形状、拡張シールドパターン１４１の有無が異なる。特に説明しない限り、実施の形態１の変形例は、上記の実施の形態１と同一の構成、動作および効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

　まず、実施の形態１の変形例１を図１４および図１５を参照して説明する。図１４は、実施の形態１の変形例１に係る制御回路モジュール１００ａの透視図である。図１５は、図１４の線ＸＶ－ＸＶに沿う切断面の断面図である。なお、実施の形態１との違いに着目し、同一の構成、動作および効果については説明を繰り返さない。

　実施の形態１の変形例１におけるシールドパターン１４０は、アナログ信号配線群１２０に加え、制御素子１０１も異なる層において対向している。シールドパターン１４０は、アナログ信号配線群１２０の配線領域および制御素子１０１の部品配置領域の端部から、アナログ信号配線群１２０の配線層と対向したシールドパターン１４０の間に備えられる絶縁層１５０の厚みＨに対して、少なくとも１倍分（１Ｈ）、望ましくは３倍（３Ｈ）拡張されている。言い換えれば、アナログ信号配線群１２０および制御素子１０１は、対向するシールドパターン１４０の配線領域より、少なくとも３Ｈは内側に配線されている。

　このように、シールドパターン１４０を、アナログ信号配線群１２０および制御素子１０１の配線領域より拡張することで、シールドパターン１４０に対して垂直に入射するノイズだけでなく、斜め方向から入射するノイズを遮蔽することができる。結果、アナログ信号配線群１２０および制御素子１０１へのノイズの重畳を抑制することができる。

　また、制御回路基板１００ｂを設計するときに、アナログ信号配線群１２０の配線長を短くすることで、ノイズの重畳量を低減することができる。しかし、制御素子１０１のノイズ耐性はチップメーカーに依存し、そのノイズ耐性は制御素子１０１のパッケージ内部のインターポーザー上の回路配線の影響を受ける。実施の形態１の変形例１には、チップメーカーに依存する制御素子１０１のノイズ耐性を、制御回路基板１００ｂの設計により高められる利点がある。

　次に、実施の形態１の変形例２を図１６および図１７を参照して説明する。図１６は、実施の形態１の変形例２に係る制御回路モジュール１００ａの透視図である。図１７は、図１６の線ＸＶＩＩ－ＸＶＩＩに沿う切断面の断面図である。なお、実施の形態１との違いに着目し、同一の構成、動作および効果については説明を繰り返さない。

　実施の形態１の変形例２におけるシールドパターン１４０は、アナログ信号配線群１２０、デジタル信号配線群１３０、制御素子１０１などとは異なる層において、その一面に設けられている。言い換えれば、接続部材１０２および接続部材１０３を除き、制御回路基板１００ｂ上の全ての信号配線、電子部品の領域を覆う、制御回路基板１００ｂの外形と同サイズのシールドパターン１４０が備えられている。

　このように、シールドパターン１４０を制御回路基板１００ｂの一面に備えることで、シールドパターン１４０に対して垂直に入射するノイズだけでなく、斜め方向から入射するノイズを遮蔽することができる。結果、アナログ信号配線群１２０、デジタル信号配線群１３０、制御素子１０１、図示しない回路配線および電子部品へのノイズの重畳を抑制することができる。

　上述した変形例１との違いとして、デジタル信号配線群１３０の配線層とは異なる層にて基板サイズと同等のシールドパターン１４０を備えることで、スイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄのスイッチング動作で生じるスパイク状のノイズが制御信号に重畳しづらい。結果、制御信号の波形歪みによる、スイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの誤制御を抑制することができる。

　最後に、実施の形態１の変形例３を図５、図１８～図２２を参照して説明する。図１８は、実施の形態１の変形例３に係る制御回路モジュール１００ａの透視図である。図１９は、制御回路モジュール表面の上面視図である。図２０は、制御回路モジュール裏面の上面視図である。図２１は、図１８の線ＸＸＩ－ＸＸＩに沿う切断面の断面図である。実施の形態１との違いに着目し、同一の構成、動作および効果については説明を繰り返さない。

　実施の形態１の変形例３における電力変換装置１では、スイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが搭載された第１プリント基板４１が制御回路基板１００ｂのシールドパターン１４０と同電位の回路配線を備え、制御回路基板１００ｂが第１プリント基板４１の回路配線とシールドパターン１４０を電気的に接続するための拡張シールドパターン１４１を備える点で、実施の形態１と異なる。

　第１プリント基板４１は、シールドパターン１４０と同電位の回路配線（第１プリント基板回路配線４１ａ）を含んでいる。制御回路基板１００ｂは、拡張シールドパターン１４１を含んでいる。シールドパターン１４０は、回路配線（第１プリント基板回路配線４１ａ）および拡張シールドパターン１４１に電気的に接続されている。

　拡張シールドパターン１４１は、制御回路基板１００ｂのシールドパターン１４０と、第１プリント基板４１のシールドパターン１４０と同電位の回路配線を電気的に接続するために、接続部材１０２とシールドパターン１４０の間を接続するための回路配線である。拡張シールドパターン１４１の配線層、配線幅、配線の引き回しは、シールドパターン１４０と同一の配線層、デジタル信号配線群１３０の配線領域を覆う配線幅、最短で配線することが望ましいが、これらに限定されるものではなく、図１８に示すように接続部材１０２とシールドパターン１４０を電気的に接続できればよい。

　このような拡張シールドパターン１４１を備えることで、実施の形態１に記載した効果に加え、制御回路基板１００ｂのシールドパターン１４０を、電位変動の少ない安定した第１プリント基板４１のシールドパターン１４０と同電位の回路配線（第１プリント基板回路配線４１ａ）に、基準ＧＮＤ配線１０５を併せて複数点で接続することができる。これにより、シールドパターン１４０のインピーダンスが小さくなるため、シールドパターン１４０の静電シールドとしての機能が向上する。よって、電界を遮蔽する効果が高まる。

　また、拡張シールドパターン１４１を備えることで、デジタル信号配線群１３０に重畳するスイッチングノイズを低減する効果が高まる。スイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄによって生じるスパイク状のノイズは、スイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを制御する制御信号を伝搬するデジタル信号配線群１３０に重畳する。拡張シールドパターン１４１は、スイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが搭載された第１プリント基板４１上の回路配線と電気的に接続されているため、デジタル信号配線群１３０に重畳したノイズをスイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに帰還する経路としても機能する。これにより、デジタル信号配線群１３０に重畳したノイズが、デジタル信号配線群１３０と近接した、制御素子１０１、アナログ信号配線群１２０などへ二次結合することを防止できる。さらに、拡張シールドパターン１４１が異なる層にて、デジタル信号配線群１３０の配線領域を覆う回路配線を備える場合、デジタル信号配線群１３０の寄生インダクタンスを低減できるため、第１プリント基板４１または第２プリント基板５１に備えられる電子部品およびこれらに関連した配線との相互インダクタンスが低減する。これにより、デジタル信号配線群１３０とスイッチング素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄなどとの誘導結合を抑制することができるため、デジタル信号配線群１３０に重畳するノイズ量を抑制することができる。

　実施の形態２．
　次に、図６、図２３～２９図を参照して、実施の形態２に係る電力変換装置１について説明する。実施の形態２は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成、動作および効果を有する。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

　実施の形態２に係る電力変換装置１は、基本的には実施の形態１に係る電力変換装置１と同様の構成を備える。図２３は、実施の形態２に係る電力変換装置１の斜視図である。図２４は、実施の形態２に係る電力変換装置１の上面図である。図２５は、図２４の線ＸＸＶ－ＸＸＶに沿う切断面の断面図である。図２６～図２９は、実施の形態２に係る制御回路モジュール１００ａを図示している。実施の形態２に係る電力変換装置１は、実施の形態１と比較して、固定部材１６０と、スペーサー１６１と、制御回路モジュール１００ａの拡張シールドパターン１４１と、ビア１４２と、ランド１４３とを備える点が異なる。

　第２プリント基板５１は、シールドパターン１４０と同電位の回路配線（第２プリント基板回路配線５１ａ）を含んでいる。シールドパターン１４０は、回路配線（第２プリント基板回路配線５１ａ）および拡張シールドパターン１４１に電気的に接続されている。

　固定部材１６０およびスペーサー１６１は、制御回路モジュール１００ａをこれと対向する第２プリント基板モジュール５０に固定するために用いられる。固定部材１６０およびスペーサー１６１の材質は制限されるものではない。また、拡張シールドパターン１４１と、ビア１４２と、ランド１４３の有無も限定されるものではない。したがって、第２プリント基板５１に設けられた回路配線と同電位とするために、固定部材１６０およびスペーサー１６１が電気的に接続される場合は、金属製の固定部材１６０およびスペーサー１６１が使用されればよい。一方で、同電位とすべきでない配線仕様であれば、樹脂など非金属製の固定部材１６０およびスペーサー１６１が使用されればよい。言い換えれば、固定部材１６０およびスペーサー１６１は、製品の仕様に合わせて固定のみの用途としてもよいし、固定に加え、電気的に接続できるようにしてもよい。また、実施の形態１の変形例３で示すように、シールドパターン１４０が、拡張シールドパターン１４１と接続部材１０２を介して、第１プリント基板上の回路配線と接続されてもよい。

　本実施の形態によれば、制御回路モジュール１００ａを、第２プリント基板モジュール５０に固定部材１６０およびスペーサー１６１により固定することで、耐振動性が高まる。さらに、固定部材１６０およびスペーサー１６１を、第２プリント基板５１に対して、一か所に偏りなく、バランスよく等間隔で固定することで、制御回路モジュール１００ａはたわみにも強くなる。また、制御回路モジュール１００ａが第２プリント基板モジュール５０に固定されることで、制御回路モジュール１００ａと第１プリント基板モジュール４０との接続は、必ずしも構造的に強固に固定する必要はなく、制御信号を伝達さえできればよい。言い換えれば、接続部材１０２として、ケーブル等を用いることもできる。

　固定部材１６０およびスペーサー１６１が非金属製である場合、電気的には、制御回路モジュール１００ａへの寄与は実施の形態１と同じであるため、以降の説明では固定部材１６０およびスペーサー１６１は金属製と仮定して説明する。

　図２６～図２９を参照して、実施の形態２に係る制御回路モジュール１００ａを説明する。図２６は、実施の形態２に係る制御回路モジュール１００ａ表面の上面視図である。図２７は、実施の形態２に係る制御回路モジュール１００ａ裏面の上面視図である。図２８は、図２６の線ＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩに沿う断面図である。図２９は、実施の形態２に係る制御回路モジュール１００ａの変形例の図２８に対応する切断面での断面図である。実施の形態２に係る制御回路モジュール１００ａは、実施の形態１と比較して、制御回路基板１００ｂが固定部材１６０、ビア１４２、ランド１４３を備える点と、これに応じて拡張シールドパターン１４１が変形される点で異なる。

　ビア１４２は、制御回路基板１００ｂの表層にあるランド１４３と、ランド１４３とは異なる層にある拡張シールドパターン１４１とを電気的に接続するためのものである。

　ランド１４３は、拡張シールドパターン１４１を、ビア１４２を介して、固定部材１６０と電気的に接続するための回路配線である。スペーサー１６１を固定部材１６０がなくとも制御回路基板１００ｂと電気的に接続かつ構造的に固定できる場合などは、ビア１４２およびランド１４３は必ずしも備えられる必要はなく、接続方法に応じて任意に設けられればよい。

　拡張シールドパターン１４１は、実施の形態１に示した例を組み合わせても良く、図示した仕様に限定されるものでない。固定部材１６０とシールドパターン１４０の間のインピーダンスを下げるために、拡張シールドパターン１４１の配線幅は太くすることが望ましく、制御回路基板１００ｂの一面にベタとして配置されることがさらに望ましい。また、拡張シールドパターン１４１は、接続部材１０２と第１プリント基板４１上に設けられたＧＮＤとに接続されてもよい。また、図２９に示されるように、拡張シールドパターン１４１とランド１４３の間が受動性の電子部品１１１、たとえばコンデンサで電気的に接続されてもよい。

　本実施の形態によれば、実施の形態１の効果に加え、上述した耐振動性、固定の観点から構造的に優れる。さらに、制御回路基板１００ｂのシールドパターン１４０を、電位変動の少ない安定した第２プリント基板５１のシールドパターン１４０と同電位の回路配線（第２プリント基板回路配線５１ａ）に複数点で接続することができる。これにより、シールドパターン１４０のインピーダンスが小さくなるため、シールドパターン１４０の静電シールドとしての機能が向上する。よって、電界を遮蔽する効果が高まる。

　実施の形態３．
　次に、図３０～図３２を参照して、実施の形態３に係る電力変換装置１について説明する。実施の形態３は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１および実施の形態２と同一の構成、動作および効果を有する。したがって、上記の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

　実施の形態３に係る電力変換装置１は、基本的には実施の形態１および実施の形態２に係る電力変換装置１と同様の構成を備える。図３０は、実施の形態３に係る電力変換装置１の斜視図である。図３１は、実施の形態３に係る電力変換装置１の上面図である。図３２は、図３１の線ＸＸＸＩＩ－ＸＸＸＩＩに沿う切断面の断面図である。実施の形態３に係る電力変換装置１は、実施の形態１および実施の形態２と比較して、抑え板１７０を備える点が異なる。

　抑え板１７０は、第２プリント基板５１に実装された電子部品、たとえばトランス回路３および平滑コイル２０（図１参照）などの高発熱部品と熱的に接続され、電子部品を冷却するように構成されている。また、抑え板１７０は、トランス回路３および平滑コイル２０を構成するコア材を、第２プリント基板５１に押し当てて固定する。抑え板１７０は、第２プリント基板５１と制御回路基板１００ｂとの間に配置されている。抑え板１７０は、第２プリント基板５１と略水平に配置されている。抑え板１７０は、電子部品を第２プリント基板５１に対して押し当てるように構成されている。また、抑え板１７０は、第２プリント基板５１および制御回路基板１００ｂと対向するように構成されている。抑え板１７０は、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、さらに好ましくは１００．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する。抑え板１７０は、銅、鉄、アルミニウム、鉄合金、アルミニウム合金などの金属材料で形成される。また、抑え板１７０は、周囲の大気への放熱を促進するため、放熱フィン等を備えてもよい。また、抑え板１７０は、必ずしも一体成型されたものでなく、複数の金属板を組み合わせ、これらを接続して立体化されたものでもよい。また、抑え板１７０と高発熱部品の間に、第１絶縁部材４２および第２絶縁部材５２と同様な絶縁部材があってもよい。

　本実施の形態によれば、実施の形態１および２の効果に加え、抑え板１７０と熱的に接続された電子部品の放熱性を高め、かつ電子部品を固定できる。さらに、制御回路モジュール１００ａに対して、抑え板１７０がノイズを遮蔽するシールドとしても機能する。特に、抑え板１７０で固定される電子部品が発するノイズが効果的に遮蔽される。よって、制御回路モジュール１００ａへのノイズの重畳を抑制することができる。したがって、ノイズを発生させる電子部品と、制御回路基板１００ｂとを近接して実装することができる。結果、制御回路モジュール１００ａのアナログ信号配線群１２０および制御素子１０１にノイズが重畳しづらくなるため、電力変換装置１の誤動作を抑制しつつ、電力変換装置１を小型化することができる。

　実施の形態４．
　次に、図３３～図３６を参照して、実施の形態４に係る電力変換装置１について説明する。実施の形態４は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１～３と同一の構成、動作および効果を有する。したがって、上記の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

　実施の形態４に係る電力変換装置１は、基本的には実施の形態１～３に係る電力変換装置１と同様の構成を備える。図３３は、実施の形態４に係る電力変換装置１の斜視図である。図３４は、実施の形態４に係る電力変換装置１の上面図である。図３５は、図３４の線ＸＸＸＶ－ＸＸＸＶに沿う切断面の断面図である。図３６は、実施の形態４に係る制御回路モジュール１００ａ裏面の上面視図である。実施の形態４に係る電力変換装置１は、実施の形態３と比較して、抑え板１７０の代わりに、制御回路基板１００ｂによって、第２プリント基板５１上の電子部品を放熱かつ固定している点で異なる。また、第２プリント基板５１上の電子部品を効率的に熱拡散して放熱するために、制御回路基板１００ｂ上の拡張シールドパターン１４１が第２プリント基板５１と対向する基板表面に配置されている点が異なる。

　実施の形態４に係る制御回路モジュール１００ａは、放熱および固定する必要のある電子部品が搭載されたプリント基板、例えば図３３～図３５における第２プリント基板５１と対向して実装される。制御回路モジュール１００ａの拡張シールドパターン１４１は、第２プリント基板５１と対向する面に備えられている。

　拡張シールドパターン１４１は、その形状および配線領域を限定するものではないが、第２プリント基板５１上に搭載された電子部品を効率よく放熱するために、図３６に示されるように面積が広いほど望ましく、制御回路基板１００ｂの一面に回路配線を備えることが望ましい。また、拡張シールドパターン１４１と電子部品を絶縁しつつも、熱的に密に接続するために、これらの間に第１絶縁部材４２および第２絶縁部材と同様な絶縁部材が用いられてもよい。

　制御回路基板１００ｂは、第２プリント基板５１に実装された電子部品を第２プリント基板５１に対して押し当てるように構成されている。制御回路基板１００ｂは、第２プリント基板５１と略水平に配置されている。

　本実施の形態によれば、実施の形態１および２の効果に加え、実施の形態３で示した抑え板１７０がなくとも、電子部品を放熱でき、かつ電子部品を固定できる。また、実施の形態３で示した抑え板１７０を必要としないため、抑え板１７０の体積分、第２プリント基板５１と制御回路基板１００ｂを近接して実装することができる。これにより、電力変換装置１をさらに小型化することができる。

　実施の形態５．
　次に、図３７～図４０を参照して、実施の形態５に係る電力変換装置１について説明する。実施の形態５は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１～４と同一の構成、動作および効果を有する。したがって、上記の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

　実施の形態５に係る電力変換装置１は、基本的には実施の形態１～４に係る電力変換装置１と同様の構成を備える。図３７は、実施の形態５に係る電力変換装置１の上面図である。図３８は、実施の形態５に係る制御回路モジュール１００ａ表面の上面視図である。図３９は、実施の形態５に係る制御回路モジュール１００ａ裏面の上面視図である。図４０は、図３８の線ＸＬ－ＸＬに沿う断面図である。

　実施の形態５に係る電力変換装置１は、実施の形態１～４と比較して、制御回路基板１００ｂの短辺側に電子部品が搭載されたプリント基板モジュールを備え、これらと第３接続部材６１と、第４接続部材７１と、ビア１４２と、ランド１４３とを備える点が異なる。

　図３７に示されるように、実施の形態５に係る電力変換装置１は、筐体３０と、第１プリント基板モジュール４０と、第２プリント基板モジュール５０と、第３プリント基板モジュール６０と、第４プリント基板モジュール７０と、第５プリント基板モジュール８０と、制御回路モジュール１００ａとを備えている。第３プリント基板モジュール６０と、第４プリント基板モジュール７０と、第５プリント基板モジュール８０とは、各々、プリント基板と、絶縁部材と、固定部材によって筐体３０に固定されている。これらのプリント基板モジュールは、図示しないハーネス等で電気的に接続される。

　また、実施の形態５の上面図である図３７では、筐体３０が５面を有し、プリント基板モジュールが５枚あり、プリン基板モジュールが筐体３０の各々の内壁に固定されている。この構成は一例であり、第１プリント基板モジュール４０のほかに、第３接続部材６１または第４接続部材７１の接続先として、電子部品を搭載したプリント基板モジュールが備えられればよく、筐体３０の面数およびプリント基板モジュールの枚数には寄らない。ただし、実施の形態５の説明では、図３８に示すように、５面を有する箱型の筐体３０と、この各面には第１プリント基板モジュール４０と、第２プリント基板モジュール５０と、第３プリント基板モジュール６０と、第４プリント基板モジュール７０と、第５プリント基板モジュール８０とが備えられていると仮定して説明する。また、制御回路モジュール１００ａは、第３接続部材６１および第４接続部材７１によって、それぞれ第３プリント基板モジュール６０と、第４プリント基板モジュール７０と固定される。これらは電気的に接続されてもされなくてもよいが、ここでは第３接続部材６１および第４接続部材７１によって、電気的に制御回路モジュール１００ａと第３プリント基板モジュール６０および第４プリント基板モジュール７０とが接続される場合について説明する。

　第３接続部材６１は、制御回路基板１００ｂと第３プリント基板モジュール６０とを固定するものである。第３接続部材６１は、制御回路基板１００ｂと第３プリント基板モジュール６０の同電位の回路配線を接続するものである。第３接続部材６１は、例えば、基板間コネクタ、取り付けソケット、フィンガー、クリップなどである。また、第３接続部材６１は、基板間コネクタなどの制御回路基板１００ｂに実装する接続部材と、プリント基板とを組み合わせた接続部材としてもよい。第３接続部材６１は、図３７では１つの構造物であるが、複数個に分けて取り付けられていてもよいし、それらの実装位置においても限定されるものでなく、制御回路基板１００ｂにて第３プリント基板モジュール６０と接続される少なくとも１辺以上に備えられればよい。

　第４接続部材７１は基本的に第３接続部材６１と同様であるが、第３接続部材６１との差異は、第４プリント基板モジュール７０との固定、および制御回路基板１００ｂと第４プリント基板モジュール７０の同電位の回路配線を接続させる点である。

　本実施の形態によれば、実施の形態１の効果に加え、制御回路基板１００ｂを複数点で固定できるため、耐振動性が優れる。さらに、制御回路基板１００ｂ上のシールドパターン１４０を、基準ＧＮＤ配線１０５だけでなく、拡張シールドパターン１４１ならびに第３接続部材６１および第４接続部材７１を介して第３プリント基板モジュール６０および第４プリント基板モジュール７０に接続することができる。これによって、筐体３０に対するシールドパターン１４０のインピーダンスが小さくなるため、シールドパターン１４０の静電シールドとしての機能が向上する。よって、電界を遮蔽する効果が高まる。

　実施の形態６．
　実施の形態６に係る電力変換装置１は、基本的には実施の形態１～５に係る電力変換装置と同様の構成を備える。図４１は、実施の形態６に係る電力変換装置１の上面図である。実施の形態６に係る電力変換装置１は、筐体３０が５面を有し、筐体３０に囲まれた空間に、封止部材１８０が充填されている点で異なる。

　実施の形態６に係る電力変換装置１は、箱型で５面を有する筐体３０と、筐体３０の内壁に固定された第１プリント基板モジュール４０と、第２プリント基板モジュール５０と、第３プリント基板モジュール６０と、第４プリント基板モジュール７０と、第５プリント基板モジュール８０と、制御回路モジュール１００ａと、封止部材１８０とを備えている。プリント基板モジュールの枚数は、電力変換装置１として機能を実現できればよく、制限されるものではない。ここでは、枚数は第１プリント基板モジュール４０から第５プリント基板モジュール８０の５枚と仮定して説明する。

　封止部材１８０は、筐体３０により取り囲まれた空間に充填されている。具体的には、封止部材１８０は、箱型の筐体３０によって取り囲まれた空間に充填されている。封止部材１８０は、第１プリント基板モジュール４０と、第２プリント基板モジュール５０と、第３プリント基板モジュール６０と、第４プリント基板モジュール７０と、第５プリント基板モジュール８０と、制御回路モジュール１００ａの各々に搭載された電子部品を封止している。

　封止部材１８０は、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料からなってもよい。封止部材１８０は、１×１０^１０Ω・ｍ以上、好ましくは１×１０^１２Ω・ｍ以上、さらに好ましくは、１×１０^１４Ω・ｍ以上の体積抵抗率を有する材料からなる。言いかえると、封止部材１８０は、電気的絶縁性を有する。封止部材１８０は、１ＭＰａ以上のヤング率を有してもよい。封止部材１８０は、弾性を有する樹脂材料で構成されてもよい。封止部材１８０は、熱伝導性フィラーを含有するポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）もしくはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂材料で構成されてもよい。封止部材１８０は、シリコーンまたはウレタンなどのゴム材料で構成されてもよい。

　本実施の形態によれば、実施の形態１から実施の形態５に係る電力変換装置１と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態６に係る電力変換装置１では、プリント基板の、表面または内部に形成された回路配線で発生した熱と、プリント基板に搭載される電子部品で発生した熱を、放熱する放熱経路として、封止部材１８０を介して筐体３０に放熱する放熱経路を形成できる。このため、プリント基板の、表面または内部に形成された回路配線で発生した熱と、プリント基板に搭載される電子部品で発生した熱に対する電力変換装置１の放熱性を向上できる。その結果、電力変換装置１は、高出力で動作できる。

　また、一般に電子部品同士の間は、沿面放電を防止するため、電子部品同士の間で、各電子部品に印加される電圧に応じた沿面距離を確保する必要がある。実施の形態６に係る電力変換装置１では、電子部品同士の間に、電気的絶縁性を有する封止部材１８０が充填されるため、沿面放電が起こりにくくなる。したがって、電子部品同士の間の沿面距離を短くすることができる。また、空間放電も起こりにくくなるため、プリント基板同士の空間距離を短くすることができる。このため、実施の形態６に係る電力変換装置１は、実施の形態１～５に係る電力変換装置１と比較して、第１プリント基板モジュール４０と、第２プリント基板モジュール５０と、第３プリント基板モジュール６０と、第４プリント基板モジュール７０と、第５プリント基板モジュール８０とを小型化することができる。さらに、これらプリント基板モジュールおよび制御回路モジュール１００ａ同士の空間距離を短くすることができる。その結果、実施の形態６に係る電力変換装置１を小型化することができる。

　また、封止部材１８０を、プリント基板と筐体３０の間に充填する場合、プリント基板と冷却体との間に配置される絶縁部材を不要にすることができる。したがって、電力変換装置１を構成する部品点数を削減することができる。

　実施の形態７．
　実施の形態７に係る電力変換装置１は、基本的には実施の形態３の変形例である。また実施の形態７に係る電力変換装置１は、実施の形態１および実施の形態２に係る電力変換装置１と同様の構成を備える。図４２は、実施の形態７に係る電力変換装置１の斜視図である。図４３は、実施の形態７に係る電力変換装置１の上面図である。図４４は、図４３の線ＸＬＩＶ－ＸＬＩＶに沿う切断面の断面図である。

　実施の形態７に係る電力変換装置１は、実施の形態３と比較して、第２プリント基板モジュール５０に実装された、たとえばトランス回路３および平滑コイル２０などの高発熱部品上のみでなく、第１プリント基板モジュール４０など、他のプリント基板モジュールまで抑え板１７０が延伸した構成を備える点で異なる。

　抑え板１７０は、第２プリント基板５１と制御回路基板１００ｂとの間に配置されている。抑え板１７０は、第２プリント基板５１に沿うように延在しかつ前記第１プリント基板４１に沿うように延在している。抑え板１７０は、第２プリント基板５１と略水平に配置されてから湾曲して少なくとも最も発熱量の多い第１プリント基板４１上まで延伸している。言い換えれば、抑え板１７０の構造は、少なくともＬ字型となり、全てのプリント基板モジュールに対して延伸することで、制御回路基板１００ｂの１面を除いた全面を覆う構成（浴槽型）となってもよい。また、延伸した抑え板１７０を固定するために、延伸した領域と対向したプリント基板と固定部材によって接続されていてもよい。また、抑え板１７０の延伸した領域に、接続部材１０２のように延伸を妨げる構造物があれば、抑え板１７０をくり抜いたり、迂回させたりし、構造物と物理的に干渉しないようにする。

　抑え板１７０は、第２プリント基板５１および第１プリント基板４１の電子部品に対して押し当てるように構成されている。また、抑え板１７０は、少なくとも、第２プリント基板５１と対向し、第１プリント基板４１に対しても対向する構成をとる。抑え板１７０の第１プリント基板４１まで拡張した部分は、第１プリント基板４１と略水平となり、制御回路基板１００ｂに対して略垂直となる。抑え板１７０は、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、さらに好ましくは１００．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する。抑え板１７０は、銅、鉄、アルミニウム、鉄合金、アルミニウム合金などの金属材料で形成される。また、抑え板１７０は、周囲の大気への放熱を促進するため、放熱フィン等を備えてもよい。また、抑え板１７０は、必ずしも一体成型されたものでなく、複数の金属板を組み合わせ、これらを接続して立体化されたものでもよい。また、抑え板１７０と高発熱部品の間に、第１絶縁部材４２および第２絶縁部材５２と同様の絶縁部材があってもよい。

　本実施の形態によれば、実施の形態３の効果に加え、さらに熱的に接続された電子部品の放熱性を高めることができる。また、実施の形態３の構成に加え、抑え板１７０は少なくとも第１プリント基板モジュール４０を覆うことで第１プリント基板モジュール４０から発せられるノイズに対するシールドとして振る舞うため、制御回路基板１００ｂへ重畳するノイズ量を抑制することができる。

　また、本実施の形態は、第２プリント基板モジュール５０と対向する第５プリント基板モジュール８０に実装された、たとえばトランス回路３および平滑コイル２０などの高発熱部品上のみでなく、第１プリント基板モジュール４０など、他のプリント基板モジュールまで抑え板１７０が延伸した構成を備えていてもよい。この場合、抑え板１７０は、第５プリント基板モジュール８０と制御回路基板１００ｂとの間に配置されている。抑え板１７０は、第５プリント基板モジュール８０と略水平に配置されてから湾曲して少なくとも最も発熱量の多い第１プリント基板４１上まで延伸している。抑え板１７０は、第５プリント基板モジュール８０の電子部品に対して押し当てるように構成されている。また、抑え板１７０は、少なくとも第５プリント基板モジュール８０と対向し、第１プリント基板４１に対しても対向する構成をとる。

　また、上記の各実施の形態を適宜組み合わせることが可能である。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　電力変換装置、３０　筐体、４０　第１プリント基板モジュール、４１　第１プリント基板、５０　第２プリント基板モジュール、５１　第２プリント基板、６０　第３プリント基板モジュール、６１　第３接続部材、７０　第４プリント基板モジュール、７１　第４接続部材、８０　第５プリント基板モジュール、１００ａ　制御回路モジュール、１００ｂ　制御回路基板、１１０　制御素子用電子部品、１２０　アナログ信号配線群、１３０　デジタル信号配線群、１４０　シールドパターン、１４１　拡張シールドパターン、１５０　絶縁層、１６０　固定部材、１７０　抑え板、１８０　封止部材。

Claims (11)

1. 　少なくとも２面以上の内面を有する筐体と、
   　前記筐体の前記内面に固定された第１プリント基板と、
   　前記筐体の前記内面に固定され、前記第１プリント基板と交差するように配置された第２プリント基板と、
   　前記第２プリント基板に沿うように配置された制御回路基板とを備え、
   　前記制御回路基板は、回路配線と、前記回路配線とは異なる層において前記回路配線に対向するシールドパターンとを含み、
   　前記シールドパターンが前記回路配線に対向する対向方向から見て、前記シールドパターンは前記回路配線に少なくとも一部重なっている、電力変換装置。
2. 　前記対向方向から見て、前記シールドパターンは、前記回路配線よりも拡張されている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 　前記対向方向から見て、前記シールドパターンは、前記回路配線の外端に対して、前記対向方向での前記回路配線と前記シールドパターンとの間の厚みの３倍以上拡張されている、請求項２に記載の電力変換装置。
4. 　前記シールドパターンの電位は、前記制御回路基板のグラウンドと同電位である、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 　前記制御回路基板の前記グラウンドの電位は、前記筐体と同電位である、請求項４に記載の電力変換装置。
6. 　前記第１プリント基板は、前記シールドパターンと同電位の第１プリント基板回路配線を含み、
   　前記制御回路基板は、拡張シールドパターンを含み、
   　前記シールドパターンは、前記第１プリント基板回路配線および前記拡張シールドパターンに電気的に接続されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 　前記第２プリント基板は、前記シールドパターンと同電位の第２プリント基板回路配線を含み、
   　前記シールドパターンは、前記第２プリント基板回路配線および前記拡張シールドパターンに電気的に接続されている、請求項６に記載の電力変換装置。
8. 　前記第２プリント基板に実装された電子部品と、
   　前記第２プリント基板と前記制御回路基板との間に配置された抑え板をさらに備え、
   　前記抑え板は、前記電子部品を前記第２プリント基板に対して押し当てるように構成されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 　前記抑え板は、前記第２プリント基板に沿うように延在しかつ前記第１プリント基板に沿うように延在している、請求項８に記載の電力変換装置。
10. 　前記第２プリント基板に実装された電子部品をさらに備え、
    　前記制御回路基板は、前記電子部品を前記第２プリント基板に対して押し当てるように構成されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
11. 　前記筐体により取り囲まれた空間に充填された封止部材をさらに備えた、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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