CN118891815A - 电力变换装置 - Google Patents

Abstract

电力变换装置具备多个电路体、布线基板和平滑电容器，所述布线基板具有分别连接多个所述电路体和多个所述平滑电容器的多个层叠布线部以及分别形成在多个所述层叠布线部之间的相间布线部，在所述层叠布线部中，所述正极布线和所述负极布线相互重叠层叠，在所述相间布线部中，多个所述正极布线和多个所述负极布线在所述布线基板的平面上分别分开层叠，所述相间布线部具有沿所述布线基板的厚度方向贯通的通孔。

Description

电力变换装置

技术领域

本发明涉及一种电力变换装置。

背景技术

在汽车中使用的逆变器通过使用用于流过通电电流的印刷基板来构筑主电路，从而需要应对混合动力汽车或电动汽车的性能，同时满足兼顾生产性提高和低电感化的要求。

在下述的专利文献1中，公开了将连接各功率模块和各电容器的正极布线和负极导体层叠，实现电感的降低的构成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5830480号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1中，正极布线和负极布线在全部区域层叠，各布线混合存在，但在这样的构成中，在设置散热用通孔时，由于各布线的隔断部位增多，截面积减少，因此产生电阻增大的问题。由此，难以降低布线温度，需要提高冷却性能。鉴于此，本发明的目的在于提供一种兼顾基板的大电流化和低电感化，并且提高散热性的电力变换装置。

解决问题的技术手段

电力变换装置具备：多个电路体，其分别具有多个功率半导体元件；布线基板，其与所述电路体电连接，在厚度方向上分别层叠设置多个正极布线和负极布线；以及多个平滑电容器，其分别与多个所述电路体对应地设置，所述布线基板具有：多个层叠布线部，其分别连接多个所述电路体和多个所述平滑电容器；以及相间布线部，其分别形成在多个所述层叠布线部之间，在所述层叠布线部中，所述正极布线和所述负极布线相互重叠层叠，在所述相间布线部中，多个所述正极布线和多个所述负极布线在所述布线基板的平面上分别分开层叠，所述相间布线部具有沿所述布线基板的厚度方向贯通的通孔。

发明的效果

根据本发明，能够提供兼顾基板的大电流化和低电感化，并且提高了散热性的电力变换装置。

附图说明

图1是表示电力变换装置的多个电路体的电路图

图2是本发明的第一实施方式的电力变换装置的基板整体图。

图3是表示本发明的第一实施方式的层叠布线部、相间布线部、主电路端子的配置区域的图。

图4是图2的A-A’截面并表示层叠布线部的图。

图5是图2的B-B’截面并表示相间布线部的图。

图6是图4的变形例(第一变形例)。

图7是在图5的层叠布线部上配置冷却器的截面图。

图8是表示基板的层叠布线部和相间布线部的关系的截面立体图。

图9是图2的变形例(第二变形例)。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。以下的记载和附图是用于说明本发明的示例，为了明确说明，进行了适当的省略和简化。本发明也可以以其他各种方式实施。只要没有特别限定，各构成要素可以是单数也可以是复数。

为了容易理解发明，附图所示的各构成要素的位置、大小、形状、范围等有时不表示实际的位置、大小、形状、范围等。因此，本发明并不一定限定于附图所公开的位置、大小、形状、范围等。

(本发明的一个实施方式和整体构成)

(图1)

构成电力变换电路的多个电路体1分别通过IGBT(Insulated Gate BipolarTransis tor：绝缘栅双极晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransis tor：金属氧化物半导体场效应管)等半导体元件构成。通过串联连接的2个电路体1和1个电容器2成对，分别成为1相的电路，并构成3相的电力变换电路。各个电路与正极布线3和负极布线4连接。

电路体1具有主电路用高压侧端子(如果是IGBT则为集电极端子，如果是MOSFET则为漏极端子)、主电路用低压侧端子(如果是IGBT则为发射极端子，如果是MOSFET则为源极端子)以及控制用端子(栅极端子)这3个端子。

(图2)

电力变换装置100具备：多个电路体1，其分别具有多个功率半导体元件；布线基板6(以下称为基板6)，其与电路体1电连接且在厚度方向上分别层叠设置多个正极布线3和负极布线4；以及多个平滑电容器2，其与多个电路体1分别对应设置。正极布线3和负极布线4在基板6的厚度方向(图2的纸面跟前-里侧方向)上相互层叠，并且连接各相的电容器2和电路体1(详细在图4～图8中后述)。此外，图2表示将电路体1每4个并列配置，将8个电路体1作为1相电路，在基板6上具备3相的构成例。像这样，电路体1根据所期望的输出电流值也可以进行多并联连接的配置。

如上所述，基板6在厚度方向上具有多个导体层，各个导体层隔着树脂层层叠。在基板6的导体层上形成有正极布线3、负极布线4、输出布线7和信号布线9。电路体1、电容器2通过焊料等接合材料与正极布线3和负极布线4连接。电路体1具有用于与信号布线9连接的信号端子8。正极布线3、负极布线4和输出布线7分别形成得比与电路体1连接的信号布线9粗，对应于用于向连接目的地的负载供给的电流是比其他布线大的电流。

正极布线3和负极布线4具有贯通通孔5(以下称为通孔5)。通孔5设置在各相的正极布线3和负极布线4不相互层叠的区域。通过多个正极布线3或负极布线4分别沿基板6的厚度方向贯通而形成通孔5，从而相同电位的布线彼此相互电导通。

正极布线3与未图示的电池等直流电压源的正极端子连接，负极布线4与未图示的电池等直流电压源的负极端子连接。由此，向各相的电路供给直流电压。

电容器2为了满足根据所期望的输入电压变动量确定的电容器容量，沿基板6排列连接，并且，作为用于与基板6的正极布线3和负极布线4连接的端子，具有正极端子10和负极端子11。

电容器2的正极端子10通过与正极布线3连接，与高侧(上臂)的电路体1的主电路用高压侧端子电连接。另外，正极布线3与其他相的电容器2的正极端子10和其他相的高侧的电路体1的主电路用高压侧端子连接。电容器2的负极端子11通过与负极布线4连接，与低侧(下臂)的电路体1的主电路低压侧端子连接。负极布线4与其他相的电容器2的负极端子11和其他相的低侧电路体1的主电路用低压侧端子12连接。高侧的电路体1的主电路低压侧端子通过各相的输出布线7与低侧的电路体1的主电路高压侧端子连接。各相的输出布线7与未图示的马达等的负载连接。

电路体1的控制用端子与未图示的控制电路连接，根据从微型计算机等上位的控制装置输入的信号进行接通或断开，由此向马达等负载输出交流电压。

(图3)

基板6具有多个层叠布线部15，其分别连接多个电路体1和多个平滑电容器2；以及相间布线部16，其分别形成在多个层叠布线部15之间。在层叠布线部15中，正极布线3和负极布线4相互重叠地层叠，但在相间布线部16中，多个正极布线3和多个负极布线4在基板6的平面上分别分开，并且并行地布线并分别层叠。即，相间布线部16是正极布线3和负极布线4在基板6的厚度方向上不相互层叠的区域。

另外，相间布线部16具有沿基板6的厚度方向贯通的通孔5，但层叠布线部15不具有通孔5。相间布线部16通过具有通孔5来提高散热性。另一方面，由于层叠布线部15不具有通孔5，从而成为正极布线3和负极布线4不被贯通通孔5隔断的结构，因此能够抑制正极布线3和负极布线4的布线截面积的降低，并降低电感。

多个电路体1在基板6上具有主电路端子12。该主电路端子12配置在相对于由平滑电容器2的正极端子10和负极端子11之间的距离定义的1边垂直的区域12a内。通过这样配置主电路端子12，能够缩短连接电容器2和电路体1的层叠布线的布线长度，因此能够降低层叠布线部15的布线电感，能够更高速地开关控制电路体1。另外，能够降低在电路体1中产生的开关损耗，并且能够使电路体1和逆变器100整体小型化。

通过以上说明的构成，实现了维持基板6的低电感化和大电流化(输出提高)的兼顾，并且提高散热性。

(图4、图5)

如图4所示，在层叠布线部15中，例如在基板6的导体层为4层的情况下，从基板6的上表面起第一层和第三层成为正极布线3，第二层和第四层成为负极布线4。像这样，层叠布线部15是正极布线3和负极布线4相互重叠层叠的区域。另一方面，如图5所示，相间布线部16是设置在层叠布线部15彼此之间的区域，正极布线3和负极布线4不重叠地在各自的布线彼此之间层叠。另外，相间布线部16通过沿基板6的厚度方向设置的通孔5，将正极布线3和负极布线4各自相同电位的布线彼此从基板6的上到下相互电连接。

相间布线部16的通孔5分别在正极布线3和负极布线4上设置2个以上。另外，通孔5在相间布线部16上，分别设置在比中心线6a更靠近与相间布线部16相邻的层叠布线部15的位置上，所述中心线6a垂直于层叠布线部15和相间布线部16的排列方向。由此，即使仅设置较少的通孔5，也能够有效地降低基板6的布线温度。另外，对于未设置通孔5、布线难以冷却的层叠布线部15，通过在相间布线部16中在层叠布线部15的附近配置通孔5，从而降低层叠布线部15的布线温度。

(第一变形例)

(图6)

层叠布线部15能够使用盲孔5a层叠各布线。即，通过将从基板6的上表面起的第一层和第二层作为正极布线3，将第三层和第四层作为负极布线4，设为将分别相同电位的布线通过盲孔5a连接的构成，从而能够不降低正极布线3和负极布线4的截面积地分别层叠正极布线3和负极布线4。

(图7)

在基板6的一个面上配置有冷却多个电路体1的冷却器14。在冷却器14和基板6之间设置绝缘性的散热构件13。散热构件13是追随基板6的高低差、翘曲而提高密合性的构件，因此使用低硬度的树脂等。另外，冷却器14由铝等热传导率高的材料构成。由此，向正极布线3和负极布线4流过电流时产生的热经由相间布线部16的通孔5从基板6经由散热构件13向冷却器14散热，因此能够降低基板6的布线温度。

(图8)

在层叠布线部15中，相对于基板6的厚度方向，多个正极布线3和负极布线4相互重叠从而来层叠各自的布线。另一方面，在相间布线部16中，相对于基板6的厚度方向，多个正极布线3和负极布线4不重叠，由各自的布线彼此层叠，正极布线3和负极布线4以在基板6的平面上相互并行的方式来配置。另外，在相间布线部16中，在正极布线3和负极布线4上分别设置连接相同电位的布线的通孔5。

通过这样的结构，解决了以往由于必须对混合有正极布线3和负极布线4的基板6设置通孔5而增加了通孔5的部分的正极布线3和负极布线4的隔断的问题。另外，像这样，在相间布线部16中，使正极布线3和负极布线4并行地配置，从而流过正极布线3的电流和流过负极布线4的电流在左右方向上在相反方向上相对，因此磁场被抵消，电感被降低。进而，抑制沿基板6排列配置的各电容器2(参照图2、图3)之间产生的共振电流，伴随电流的减少，在相间布线部16产生的损耗降低。另外，由于流过相间布线部16的电流在层叠布线部15的附近分散到整个层中，因此能够降低布线发热，提高散热性。

(第二变形例)

(图9)

图9是将高侧的电路体1和低侧的电路体1分别一体化的构成例。由此，能够容易地将电路体1安装在基板6上，并且能够兼顾各相的布线电感的降低和基板6的温度降低。

以上在图1～图9中说明的本发明的逆变器不限于三相。

根据以上说明的本发明的一个实施方式，起到以下的作用效果。

(1)电力变换装置具备：多个电路体1，其分别具有多个功率半导体元件；布线基板6，其与电路体1电连接，在厚度方向上分别层叠设置多个正极布线3和负极布线4；以及多个平滑电容器2，其与多个电路体1分别对应设置。布线基板6具有多个层叠布线部15，其分别连接多个电路体1和多个平滑电容器2；以及相间布线部16，其分别形成在多个层叠布线部15之间。在层叠布线部15中，正极布线3和负极布线4相互重叠层叠，在相间布线部16中，多个正极布线3和多个负极布线4在布线基板6的平面上分别分开层叠，相间布线部16具有在布线基板6的厚度方向上贯通的通孔5。通过如此，能够提供兼顾基板的大电流化和低电感化，并且提高了散热性的电力变换装置100。

(2)相间布线部16的正极布线3和负极布线4在布线基板6的平面上相互并行地配置。通过如此，由于流过正极布线3的电流和流过负极布线4的电流在左右方向上在相反方向上相对，因此磁场被抵消，电感降低。

(3)多个电路体1在布线基板6上具有主电路端子12，主电路端子12配置在相对于由平滑电容器2的正极端子10和负极端子11之间的距离定义的1边垂直的区域12a内。通过如此，能够缩短连接电容器2和电路体1的层叠布线的布线长度，因此能够降低层叠布线部15的布线电感，能够更高速地开关控制电路体1。另外，能够降低在电路体1中产生的开关损耗，并且能够使电路体1和逆变器100整体小型化。

(4)相间布线部16在正极布线3和负极布线4上分别具有2个以上的通孔5。通孔5分别设置在比相间布线部16的中心线6a更靠近与相间布线部16相邻的层叠布线部15的位置上，所述相间布线部16的中心线6a垂直于层叠布线部15和相间布线部16的排列方向。通过如此，对于难以冷却布线的层叠布线部15，通过在相间布线部16中在层叠布线部15的附近配置通孔5，能够降低层叠布线部15的布线温度。

(5)在布线基板6的一个面上配置冷却多个电路体1的冷却器14，在冷却器14和布线基板6之间设置绝缘性的散热构件13。由此，向正极布线3和负极布线4流过电流时产生的热经由相间布线部16的通孔5从基板6经由散热构件13向冷却器14散热，因此能够降低基板6的布线温度。

此外，本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内组合各种变形、其他的结构。另外，本发明不限定于具备在上述实施方式中所说明的全部结构，也包括删除了该结构的一部分的结构。

符号说明

1电路体(功率模块)

2电容器

3正极布线

4负极布线

5通孔

5a盲孔

6布线基板

6a中心线

7输出布线

8信号端子

9信号布线

10电容器正极端子

11电容器负极端子

12电路体主电路端子

12a配置区域

13散热构件

14冷却器

15层叠布线部

16相间布线部

100电力变换装置。

Claims (5)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具备：

多个电路体，其分别具有多个功率半导体元件；

布线基板，其与所述电路体电连接，在厚度方向上分别层叠设置多个正极布线和负极布线；以及

多个平滑电容器，其与多个所述电路体分别对应设置，

所述布线基板具有：多个层叠布线部，其分别连接多个所述电路体和多个所述平滑电容器；以及相间布线部，其分别形成在多个所述层叠布线部之间，

在所述层叠布线部中，所述正极布线和所述负极布线相互重叠地层叠，

在所述相间布线部中，多个所述正极布线和多个所述负极布线在所述布线基板的平面上分别分开层叠，

所述相间布线部具有沿所述布线基板的厚度方向贯通的通孔。

2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，

所述相间布线部的所述正极布线和所述负极布线配置为在所述布线基板的平面上相互并行。

3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，

多个所述电路体在所述布线基板上具有主电路端子，

所述主电路端子配置在相对于由所述平滑电容器的正极端子和负极端子之间的距离定义的1边垂直的区域内。

4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，

所述相间布线部在所述正极布线和所述负极布线中分别具有2个以上的所述通孔，

所述通孔分别设置在比所述相间布线部的中心线更靠近与所述相间布线部相邻的所述层叠布线部的位置上，所述相间布线部的中心线垂直于所述层叠布线部和所述相间布线部的排列方向。

5.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，

在所述布线基板的一个面上配置有冷却多个所述电路体的冷却器，

在所述冷却器与所述布线基板之间设置绝缘性的散热构件。