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公開番号2024104369
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-05
出願番号2023008526
出願日2023-01-24
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人ぱるも特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20240729BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】小型化及び低コスト化した電力変換装置を得ること。
【解決手段】複数のパワー半導体素子と、少なくとも一つのパワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品と、少なくとも一つのパワー半導体素子を駆動する駆動回路を有した基板と、を備え、基板は、貫通孔を有し、複数のパワー半導体素子及び磁気部品は、基板の一方側に配置され、対象半導体素子に接続された素子端子と、対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成され、接続部は、貫通孔に向かって延出し、貫通孔を貫通している。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
複数のパワー半導体素子と、
少なくとも一つの前記パワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品と、
少なくとも一つの前記パワー半導体素子を駆動する駆動回路を有した基板と、を備え、
前記基板は、貫通孔を有し、
複数の前記パワー半導体素子及び前記磁気部品は、前記基板の一方側に配置され、
前記対象半導体素子に接続された素子端子と、前記対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成され、
前記接続部は、前記貫通孔に向かって延出し、前記貫通孔を貫通している電力変換装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、
前記複数のパワー半導体素子として、前記一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
前記対象巻線の一つは、前記一次巻線であり、
前記対象半導体素子の一つは、前記電力変換回路を構成した前記パワー半導体素子であり、
前記接続部は、前記対象半導体素子である前記パワー半導体素子に接続された前記素子端子と、前記一次巻線の前記巻線端子とが接続された部分である請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、
前記複数のパワー半導体素子として、前記二次巻線から出力された電力を整流する整流回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
前記対象巻線の一つは、前記二次巻線であり、
前記対象半導体素子の一つは、前記整流回路を構成した整流用のパワー半導体素子であり、
前記接続部は、前記対象半導体素子である前記整流用のパワー半導体素子に接続された前記素子端子と、前記二次巻線の前記巻線端子とが接続された部分である請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、
前記複数のパワー半導体素子として、前記二次巻線から出力された電力を整流する整流回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
前記磁気部品として、前記整流回路の出力を平滑化する巻線であるリアクトル巻線を有した平滑リアクトルが設けられ、
前記対象巻線の一つは、前記リアクトル巻線であり、
前記対象半導体素子の一つは、前記整流回路を構成した整流用のパワー半導体素子であり、
前記接続部は、前記対象半導体素子である前記整流用のパワー半導体素子に接続されたリアクトル用の前記素子端子と、前記リアクトル巻線の前記巻線端子とが接続された部分である請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
冷却面を有した冷却器を備え、
複数の前記パワー半導体素子と前記磁気部品とは、前記冷却面に並べて設けられ、
前記基板の板面と、前記冷却面とは平行であり、
前記素子端子及び前記巻線端子は、互いに近づくように前記冷却面に沿って延出し、互いに当接した後、折り曲げられて前記基板が配置された方向に延出し、
前記素子端子及び前記巻線端子の当接した後の部分が溶接により接続されて前記接続部が形成され、
前記基板は、前記冷却器に固定されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電力変換回路は、同一のパッケージにより封止されている請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記整流回路は、同一のパッケージにより封止されている請求項３又は４に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記複数のパワー半導体素子として、前記二次巻線から出力された電力を整流する整流回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
前記電力変換回路及び前記整流回路は、同一のパッケージにより封止されている請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記複数のパワー半導体素子として、前記一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
前記電力変換回路及び前記整流回路は、同一のパッケージにより封止されている請求項３又は４に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記基板は、前記基板の一方側に、前記基板と外部の装置とを接続した制御線を有し、
前記制御線は、前記駆動回路に接続されている請求項１に記載の電力変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は、電力変換装置に関するものである。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車、及び燃料電池車といった電動化車両においては、車室空間の確保及び低価格要求のために、電動化車両に搭載される電力変換装置などの装置に対して、小型化、及び低コスト化が求められている。入力電力に基づいて出力電力を制御する電力変換装置においては、車載オプションの多様化に伴い大電流化の傾向にある。電力変換装置が有した基板に大電流を流すには、十分な厚み及び十分な幅の銅箔パターンが必要になる。このようなパターンを基板に設けた場合、電力変換装置が大型化し、コストの増加につながる懸念があるため、基板の銅箔パターンの代わりにバスバーを使用した構成が一般的である。
【０００３】
バスバーを使用した電力変換装置を小型化、低コスト化した構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示された構成では、電源又は負荷などに接続されたバスバー構造体と、半導体スイッチング素子を有したモジュールの端子部とをＴＩＧ溶接により接続している。このようにバスバー構造体とモジュールの端子部との接続部を設けることで、接続部において、ねじ又は基板といった接続部材が不要になり、接続部材が削減できるため、電力変換装置を小型化、低コスト化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５６９３６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１においては、バスバー構造体とモジュールの端子部とをＴＩＧ溶接により接続しているため、電力変換装置を小型化、低コスト化することができる。しかしながら、上述した電力変換装置において、更なる小型化のために、半導体スイッチング素子及び磁性部品と、半導体スイッチング素子を駆動するための駆動回路が搭載された基板とが、基板の板面に垂直な方向に見て、重複するように配置すると共に、接続部が基板の方向に向くように実装する場合がある。基板には、駆動回路、及び半導体スイッチング素子と電源とを接続するパターン等が設けられているため、接続部の付近に基板を配置する必要がある。このように構成した場合、基板と接続部との干渉を防ぐには、双方の間に距離を確保する必要があるので、無駄なスペースが生じるため、電力変換装置が大型化するという課題があった。
【０００６】
また、このように構成した場合、半導体スイッチング素子と基板との間の距離が遠くなるので、半導体スイッチング素子に接続された駆動用端子と基板とを接続するための延長部材が必要になるため、電力変換装置のコストが増大するという課題があった。更に、半導体スイッチング素子の駆動用端子が延長部材により延長されることで、寄生インダクタンスの増加によりノイズが増加するため、追加のノイズ対策部品が必要になる。追加のノイズ対策部品を設けることで、電力変換装置が大型化すると共に、高コスト化するという課題があった。
【０００７】
そこで、本願は、小型化及び低コスト化した電力変換装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示される電力変換装置は、複数のパワー半導体素子と、少なくとも一つのパワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品と、少なくとも一つのパワー半導体素子を駆動する駆動回路を有した基板と、を備え、基板は、貫通孔を有し、複数のパワー半導体素子及び磁気部品は、基板の一方側に配置され、対象半導体素子に接続された素子端子と、対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成され、接続部は、貫通孔に向かって延出し、貫通孔を貫通しているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願に開示される電力変換装置によれば、複数のパワー半導体素子と、少なくとも一つのパワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品と、少なくとも一つのパワー半導体素子を駆動する駆動回路を有した基板とを備え、基板は貫通孔を有し、複数のパワー半導体素子及び磁気部品は、基板の一方側に配置され、対象半導体素子に接続された素子端子と、対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成され、接続部は貫通孔に向かって延出し、貫通孔を貫通しているため、基板と接続部とが当接することなく、パワー半導体素子及び磁気部品と基板との間の距離を短くすることができるので、無駄なスペースが削減され、電力変換装置を小型化することができる。また、基板が有した駆動回路とパワー半導体素子との間の距離を短くすることができるので、駆動回路とパワー半導体素子とを接続する駆動用端子を延長させる延長部材は不要で、駆動用端子を短くすることができる。駆動用端子が短くなるため、追加のノイズ対策部品は不要なので、電力変換装置を小型化及び低コスト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の概略を示す平面図である。
図２のＡ－Ａ断面位置で切断した電力変換装置の断面図である。
実施の形態１に係る電力変換装置のモジュールの平面図である。
実施の形態１に係る電力変換装置のモジュールの側面図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の一次巻線及び二次巻線を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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