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公開番号2025027171
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-27
出願番号2023131746
出願日2023-08-14
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人山王内外特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250219BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】高圧の配線パターンと低圧の配線パターンとの交差を回避し、小型化を図る。
【解決手段】電力変換装置は、回路基板100に接続された複数の半導体スイッチング素子11～14を有するインバータ回路10と、複数の半導体スイッチング素子11～14を駆動するための少なくとも1つのインバータ駆動素子21、22と、インバータ回路10に流れる電流を検出する電流センサ30とを備える電力変換装置であって、インバータ駆動素子21、22の少なくとも一部及び電流センサ30の少なくとも一部はインバータ回路10が投影される回路基板100の投影面に配置され、インバータ駆動素子21、22の信号出力端子21c～21f、22c～22fと半導体スイッチング素子11～14とを接続する少なくとも1本以上の駆動信号用配線パターンは電流センサ30の底面と対向する回路基板100の対向面に配置される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
回路基板に接続された複数の半導体スイッチング素子により構成されるインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御部と、
前記インバータ回路に流れる電流を検出し、検出結果を電流検出信号として前記制御部に出力する電流センサと、
前記制御部からの制御信号に基づき、前記複数の半導体スイッチング素子を駆動するための少なくとも１つのインバータ駆動素子と、
を有し、
前記回路基板は、
前記インバータ駆動素子の信号出力端子と前記半導体スイッチング素子とを接続する駆動信号用配線パターンと、
前記制御部から前記インバータ駆動素子の信号入力端子に接続される制御信号用配線パターンと、
を有し、
前記電流センサの少なくとも一部、及び前記インバータ駆動素子の少なくとも一部は、前記インバータ回路が投影される前記回路基板の投影面に配置され、
少なくとも１本以上の前記駆動信号用配線パターンは前記電流センサの底面と対向する前記回路基板の対向面に配置されることを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 720 文字）【請求項２】
前記電流センサは絶縁型電流センサであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記絶縁型電流センサは前記回路基板に表面実装されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記絶縁型電流センサはシャント抵抗と絶縁型ＩＣの組み合わせからなることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記シャント抵抗は抵抗体と一対のリード端子を有する表面実装デバイスタイプの抵抗素子であり、前記抵抗体の底面と前記回路基板との間に空間を有することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記駆動信号用配線パターンは前記電流センサが配置されている配線パターンの層と異なる層に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記回路基板は配線パターンが４層以上用意された多層基板であることを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記電流センサは前記インバータ駆動素子と回路基板上の同一面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記電流センサと前記インバータ駆動素子は前記回路基板と前記半導体スイッチング素子との間に配置されていることを特徴する請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記半導体スイッチング素子は同一パッケージに封止されたモジュールで構成されていることを特徴とする請求項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】
本開示は、直流電力を交流電力、もしくは交流電力を直流電力に変換するインバータ回路を備える電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
電気自動車及びハイブリッド自動車に、数百Ｖの電圧を出力する高電圧バッテリからの直流電力を低電圧バッテリに合わせて１２Ｖの低電圧に変換するＤＣ－ＤＣコンバータが搭載されている。
このようなＤＣ－ＤＣコンバータが特許文献１に示されている。
特許文献１には、回路基板と平行な仮想面に対して投影した高圧配線パターンと低圧配線パターンとが交差することにより、スイッチング状態の切り替えに伴うサージの発生に起因して、低圧配線パターンを伝達する信号に高周波ノイズが重畳し、スイッチング素子が誤動作するおそれを避けるため、配線パターンが長くなることを極力回避しつつ、高圧配線パターンと低圧配線パターンとの交差を回避することのできるスイッチング素子の駆動回路が提案されている。
【０００３】
特許文献１に提案されたスイッチング素子の駆動回路は次のように構成されている。
すなわち、入力側端子への入力信号を出力側端子に伝達する対となる第１の磁気絶縁素子及び第２の磁気絶縁素子を回路基板の規定領域のうち中央領域に設け、第１の磁気絶縁素子は出力側端子を第１の領域の方向に向けるように設けられ、第２の磁気絶縁素子は出力側端子を第２の領域の方向に向けるように設けられる。
【０００４】
第１の磁気絶縁素子の出力側端子に対応するスイッチング素子の開閉制御端子の接続部が第１の領域に設けられ、第２の磁気絶縁素子の出力側端子に対応するスイッチング素子の開閉制御端子の接続部が第２の領域に設けられる。
高圧配線パターンが磁気絶縁素子の出力側端子と接続部とを接続し、低圧配線パターンが磁気絶縁素子の入力側端子と駆動回路とを接続する。
高圧配線パターン及び低圧配線パターンは、仮想面において高圧配線パターンと低圧配線パターンとが交差しないように設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１３－２１７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、対となる第１の磁気絶縁素子及び第２の磁気絶縁素子と、磁気絶縁素子の出力側端子に接続される高圧配線パターンと、磁気絶縁素子の入力側端子に接続される低圧配線パターンに対して、回路基板の規定領域における配置関係が示されている。
しかし、特許文献１にスイッチング素子の駆動回路は、高圧配線パターンと低圧配線パターンとの交差を回避しつつ配線パターンが長くなることを極力回避しているものの、インバータ回路を備える電力変換装置においてさらなる小型化が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る電力変換装置は、複数の半導体スイッチング素子を有するインバータ回路と、複数の半導体スイッチング素子を駆動するための少なくとも１つのインバータ駆動素子と、インバータ回路に流れる電流を検出する電流センサとを備える電力変換装置であって、インバータ回路が装着される回路基板を備え、インバータ駆動素子の少なくとも一部及び電流センサの少なくとも一部はインバータ回路が投影される回路基板の投影面に配置され、インバータ駆動素子の信号出力端子と半導体スイッチング素子とを接続する少なくとも１本以上の駆動信号用配線パターンは電流センサの底面と対向する回路基板の対向面に配置される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、小型化した上で高圧の配線パターンと低圧の配線パターンとの交差を回避でき、インバータ回路における複数の半導体スイッチング素子の誤動作、及び電流センサによる誤検出が抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施の形態１に係る電力変換装置を示す回路構成図である。
実施の形態１に係る電力変換装置において、回路基板の素子配置領域に素子が装着された状態を示す正面図である。
実施の形態１に係る電力変換装置において、回路基板の素子配置領域に装着された電流センサを示す断面図である。
実施の形態２に係る電力変換装置において、回路基板の素子配置領域に装着された電流センサを示す断面図である。
実施の形態２に係る電力変換装置の変形例において、回路基板の素子配置領域に装着された電流センサを示す断面図である。
実施の形態３に係る電力変換装置の電流センサを示す回路構成図である。
実施の形態３に係る電力変換装置において、回路基板の素子配置領域に装着された電流センサを示す断面図である。
実施の形態３に係る電力変換装置において、回路基板の素子配置領域に電流センサが装着された状態を部分的に示す正面図である。
実施の形態４に係る電力変換装置において、回路基板の素子配置領域に装着された電流センサを示す断面図である。
実施の形態５に係る電力変換装置において、回路基板の素子配置領域にインバータ回路を構成する第１の半導体スイッチング素子から第４の半導体スイッチング素子が装着された状態を示す底面図である。
実施の形態６に係る電力変換装置において、回路基板の素子配置領域に素子が装着された状態を示す正面図である。
実施の形態７に係る電力変換装置を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
実施の形態１に係る電力変換装置を図１から図３に基づいて説明する。
実施の形態１に係る電力変換装置は直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１０を備える電力変換装置であり、数百Ｖの高電圧を出力する高電圧バッテリＤＣＨからの直流電力を低電圧バッテリＤＣＬに合わせて１２Ｖの低電圧に変換して低電圧バッテリＤＣＬへ電力を伝送するＤＣ－ＤＣコンバータである。
当該ＤＣ－ＤＣコンバータは、高電圧の直流電源である高電圧バッテリＤＣＨ側と低電圧バッテリＤＣＬ側をトランス６０により絶縁され、高電圧バッテリＤＣＨの数百Ｖの直流電圧を１２Ｖの直流電圧に降圧して低電圧バッテリＤＣＬに出力する絶縁型コンバータである。
実施の形態１において、高電圧バッテリＤＣＨはリチウムイオン（Ｌｉ）バッテリであり、低電圧バッテリＤＣＬは１２Ｖ鉛蓄電池である。
（【００１１】以降は省略されています）

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