JP2002293202A - 車両用パワーディストリビュータ - Google Patents
車両用パワーディストリビュータInfo
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Abstract
半導体素子を有効に冷却するのに加え、簡素な構造でケ
ース内の雰囲気温度の上昇を有効に抑止する。 【解決手段】 電力供給回路に組み込まれる複数の半導
体素子14がケース22内に収容される車両用パワーデ
ィストリビュータ。半導体素子14はケース22の外面
に設けられた放熱部材24によって冷却される。半導体
素子14を制御する制御回路基板18は、これら半導体
素子14を放熱部材24と反対の側から覆う位置に設け
られるとともに、半導体素子14と対向する面にケース
内エアの熱を回収するための伝熱層19を有し、この伝
熱層19がボルト30等を介して放熱部材24に接続さ
れている。
Description
バッテリー等の電源から供給される電力を複数の車載負
荷に分配するための車両用パワーディストリビュータに
関するものである。
数の車載負荷に分配する手段として、複数枚のバスバー
基板を積層することにより配電用回路を構成し、これに
ヒューズやリレースイッチを組み込んだ電気接続箱が一
般に知られている。
や高速スイッチング制御を実現すべく、前記リレーに代
えてFET等の半導体スイッチング素子を入力端子と出
力端子との間に介在させ、その通電のオンオフを制御回
路基板に組み込まれた制御回路によって行うようにした
パワーディストリビュータの開発が進められている。
は、制御回路基板上に複数の半導体チップが実装され、
その通電制御端子(制御信号入力端子)が前記制御回路
基板の制御回路に接続されるとともに、各半導体チップ
の入力側通電端子が共通の電源入力端子を介して電源に
接続され、各半導体チップの出力側通電端子が電源出力
端子を介して各車載負荷に接続されるようにしたものが
開示されている。
置では、各半導体素子が制御回路基板上に実装されてい
るので、当該半導体素子の放熱(冷却)が困難であり、
場合によってはその熱で同じ制御回路基板上の他の回路
素子に悪影響を及ぼすおそれがある。特に、前記半導体
素子が電源から車載負荷への電力供給回路に組み込まれ
るパワーディストリビュータにおいては、当該半導体素
子の発熱が著しく、制御回路基板上に実装することは好
ましくない。
前記半導体素子をケース内において前記制御回路基板か
ら離れた別の箇所に配置し、これら半導体素子と制御回
路基板とを適当な接続媒体を介して電気的に接続すると
ともに、各半導体素子を、例えば特開平10−1502
83号公報に示されるような、ケース外面に設けられた
金属製の放熱部材に熱伝達可能に接続し、この放熱部材
を通じて前記半導体素子の発する熱をケース外部に放散
させることが考えられる。
温度は前記放熱部材によってある程度下げることができ
るものの、当該半導体素子の発熱でケース内のエアが加
熱されることによるケース内雰囲気温度の上昇を有効に
抑止することはできない。特に、車両用パワーディスト
リビュータにおいては、雨水等の侵入を防ぐためにケー
ス内の密封状態が保たれており、当該ケース内の熱はど
うしてもこもり易い。そして、かかるケース内雰囲気温
度の上昇によって、結果的にケース内の他の電子デバイ
ス(特に耐熱性の低いデバイス)の性能に悪影響を及ぼ
すおそれがある。
路基板と半導体素子とを別配置にして半導体素子を有効
に冷却するのに加え、簡素な構造でケース内の雰囲気温
度の上昇を有効に抑止することができる車両用パワーデ
ィストリビュータを提供することを目的とする。
の手段として、本発明は、車両に搭載された電源から供
給される電力を複数の車載負荷に分配するための車両用
パワーディストリビュータであって、前記電源から車載
負荷への電力供給回路に組み込まれる複数の半導体素子
と、これらの半導体素子の動作を制御する制御回路が組
み込まれた制御回路基板と、前記半導体素子及び制御回
路基板を格納するケースと、このケースの外面に設けら
れ、前記半導体素子から伝わった熱をケース外に放散す
る放熱部材とを備え、前記制御回路基板は、前記各半導
体素子の配設位置を挟んで前記放熱部材と反対の側から
当該半導体素子を覆う位置に配設されるとともに前記半
導体素子と対向する面に伝熱層を有し、この伝熱層と前
記放熱部材とが伝熱部材を介して接続されているもので
ある。
基板とが別配置とされることにより、基板自体の温度上
昇が避けられるとともに、各半導体素子の発する熱がケ
ース外部に設けられた放熱部材を通じてケース外部へ有
効に放散される。
反対の側から各半導体素子を覆うように配設されるとと
もに、前記半導体素子に対向する面に伝熱層を有してお
り、この伝熱層が伝熱部材を介して前記放熱部材に接続
されているので、この制御回路基板と各半導体素子とに
挟まれた空間内のエアの熱も、前記伝熱層及び伝熱部材
を熱媒体として前記放熱部材に伝えられ、放散される。
すなわち、この構造によれば、ケース内に設けられる制
御回路基板自体を有効に活用した簡素な構造で、半導体
素子の発熱に起因するケース内雰囲気温度の上昇を抑止
することができる。
スや制御回路基板本体の材質(一般には合成樹脂)より
も伝熱性の高いものであればよく、金属材料、特にアル
ミや銅といった熱伝導率の高い材料が好適である。
板の具体的な配置は特に問わないが、前記各半導体素子
が略同一平面上に配設され、その配設面と略平行に前記
放熱部材及び制御回路基板が配設されている構成とすれ
ば、前記放熱部材によって各半導体素子を均一に効率良
く冷却できるとともに、制御回路基板の伝熱層によるケ
ース内の熱回収も効率良く行うことが可能になる。
よいが、この伝熱部材として前記制御回路基板をケース
に固定するための金属製ボルトを伝熱部材として兼用す
ることが可能であり、この兼用によって構造はより簡素
化される。その場合、前記ボルトが前記伝熱層と放熱部
材の双方に接触するようにすればよい。
設けられたボルト挿通孔及び前記ケースを貫通して前記
放熱部材に結合されている構成とすることにより、当該
ボルトによって制御回路基板をケースに固定しながら、
このボルトを媒介として、制御回路基板における伝熱層
の熱を当該基板と反対側の放熱部材へ有効に伝えること
ができる。
層が前記ボルト挿通孔の内周面及び前記ボルトの頭部裏
面に接触する面にまで設けられている構成とすることに
より、前記伝熱層の熱を高い効率で前記ボルトに伝達す
ることができる。
面に基づいて説明する。
ーディストリビュータの回路構成を図1を参照しながら
説明する。
ッテリーに接続される入力端子10と、複数(図例では
4つ)の出力端子12とを備え、各出力端子12と前記
入力端子10との間にそれぞれ半導体素子(図例ではパ
ワーMOSFET14。以下、単に「FET」と称す
る。)が介在している。詳しくは、各FET14の入力
側通電端子(ドレイン)が共通の入力端子10に接続さ
れ、各FET14の出力側通電端子(ソース)がこれに
対応する出力端子12に接続されている。
は、すべて制御回路基板18の制御回路に接続されてい
る。この実施の形態では、入力端子10に印加される電
源電圧及び各FET14のソース電圧も前記制御回路に
入力されるようになっている。
外部から入力される操作信号(スイッチ信号など)に基
づき、制御用端子17を通じて各FET14のゲートに
制御信号を入力することにより当該FET14の通電制
御を行うとともに、前記電源電圧と各FET14のソー
ス電圧との電位差から制御回路が当該FET14を流れ
る電流を演算して当該電流が許容範囲を超える場合にF
ET14をオフにし、かつ、図略の表示装置に基板用端
子16を通じて警告信号を出力する制御を行う。
込まれる制御回路の具体的な制御内容を問わない。
タの具体的な構造を、図2〜図4を参照しながら説明す
る。
力端子12は、短冊状に形成され、全て同じ向き(同図
では右向き)に突出する状態で一列に配列されている。
さらに、各出力端子12の横には同じく短冊状の制御用
端子17が形成され、この制御用端子17と出力端子1
2とが交互に配列されるとともに、その外側(図2では
下側)に入力端子10が配列されている。
2では左側)には、その端子配列方向に延びるドレイン
接続板(導体板)20が配され、このドレイン接続板2
0及び入力端子10が同じ1枚の金属板で構成されてい
る。すなわち、ドレイン接続板20のすぐ側方にその長
手方向に沿って入力端子10、出力端子12、及び制御
用端子17が配列され、ドレイン接続板20と入力端子
10とは一体につながった状態となっている。そして、
このドレイン接続板20上にその長手方向(すなわち各
端子の配列方向)に沿ってFET14が配列され、かつ
実装されている。
子であるドレイン端子14dは図4に示すようにチップ
本体の裏面に露出するように形成され、出力側通電端子
であるソース端子14s及び通電制御端子であるゲート
端子14gは図2に示すように前記チップ本体の側面か
ら同じ向きに突出している。そして、前記各出力端子1
2及び制御用端子17の配列及びピッチに対応する配列
及びピッチでドレイン接続板20上に各FET14が一
列に配され、これらFET14のドレイン端子14dが
前記ドレイン接続板20に直接接触する状態で当該ドレ
イン接続板20上にFET14が溶接等(例えば半田付
け)によって実装されるとともに、各FET14のソー
ス端子14s及びゲート端子14gがそれぞれ出力端子
12及び制御用端子17の後端に半田付けなどの手段で
電気的に接続されている。
ビュータの製造は、例えば次のような方法によって簡単
に行うことができる。すなわち、1枚の金属板から前記
各端子10,12,17及びドレイン接続板20が相互
に小幅のつなぎ部分でつながれた形状の原板を打ち抜い
た後、その打ち抜いた金属板の外側に樹脂モールドを成
形し、その後に前記つなぎ部分を切断すればよい。この
方法を採用した場合、その樹脂モールドをそのままパワ
ーディストリビュータのケース22として利用すること
ができる。
記ドレイン接続部20を上下に開放する窓22aと、出
力端子12及び制御用端子17の中間部分を上下に開放
する窓22bとを有し、これらの窓22a,22bを通
じて前記つなぎ部分の切断が行われるとともに、窓22
aの上側空間を利用して各FET14の実装ができるよ
うになっている。
び出力端子12はケース22の側壁を貫通してケース2
2の外側に水平向きに突出しており、制御用端子17は
その途中で上向きにL字状に折り曲げられている。
うにして放熱部材24が装着されている。
合金や銅合金のように熱伝導性の高い(もしくは比熱の
大きい)材料で全体が一体に形成されており、この放熱
部材24の下面(外方に露出する面)には、互いに平行
な直線状の多数枚のフィン25が形成されている。
14の配列方向と平行な方向に延びる台部26が上向き
に突出する形状に形成されている。そして、この台部2
6の上面に前記ドレイン接続板20の裏面がシリコーン
等からなる絶縁シート28を介して電気的に絶縁された
状態でかつ熱伝達可能な状態で接続されている。
14は必ずしも同一平面上に配さなくてもよく、上下複
数段にわたって配置してもよい。ただし、前記のように
略同一平面上に各端子及びFET14を配置すれば、パ
ワーディストリビュータの薄型化が可能であり、かつ、
これらを樹脂モールドで一体化することにより、簡素な
構造で取扱容易なパワーディストリビュータを構築でき
る。
には、制御回路基板18を外部回路(パワーディストリ
ビュータの外部に設けられている回路)に接続するため
の多数の基板用端子16A,16Bが上下二段にわたっ
て配列され、かつ、ケース22と一体にモールドされて
いる。
ンの中間部が略直角に折り曲げられることにより形成さ
れたもので、図4に示すように、水平方向に延びる水平
部16hと、上下方向に延びる垂直部16vとを一体に
有するL字状をなし、水平部16hがケース22の側壁
を貫通して側方に突出し、垂直部16vがケース22の
天壁を貫通して上方に突出する状態でケース22にモー
ルドされている。
子10の突出部分を覆う入力用コネクタハウジング部4
0と、全出力端子12の突出部分を覆う出力用コネクタ
ハウジング部42と、全基板用端子16の水平部16v
の突出部分を覆う基板接続用コネクタハウジング部46
とがケース22と一体に形成されている。そして、前記
入力用コネクタハウジング部40に電源接続用ワイヤハ
ーネスのコネクタのハウジングが結合されることによ
り、入力端子10が前記電源接続用ワイヤハーネスを介
して電源側に接続され、前記出力用コネクタハウジング
部42に負荷接続用ワイヤハーネスのコネクタのハウジ
ングが結合されることにより、出力端子12が前記負荷
接続用ワイヤハーネスを介して各車載負荷に接続され、
前記基板接続用コネクタハウジング部46に基板接続用
ワイヤハーネスのコネクタのハウジングが結合されるこ
とにより、基板用端子16が前記基板接続用ワイヤハー
ネスを介して外部回路(制御回路基板18に指令信号を
入力する回路や制御回路基板18からの警告信号を受け
て警告動作を行う回路)に接続されるようになってい
る。
2、及び基板用端子16の水平部16vがケース22の
外側に突出する部分は、それぞれ、入力用コネクタ、出
力用コネクタ、及び基板接続用コネクタを形成してい
る。
列されている平面と略平行な状態(図では略水平な状
態)で、前記FET14の上方に位置するように、ケー
ス22に固定されている。すなわち、制御回路基板18
は、放熱部材24と反対の側(図では上側)から各FE
T14を一定の間隔をおいて覆うような位置に配され、
この制御回路基板18及び前記放熱部材24は前記FE
T14が配列される面と略平行になっている。
向に貫通する多数のスルーホール18hが設けられ、各
スルーホール18hを前記基板用端子16の垂直部16
vや制御用端子17などの各端子が貫通した状態で、当
該端子と制御回路基板18の制御回路とが半田付け等の
手段により電気的に接続され、かつ、相互固定されてい
る。
端子12と制御回路基板18とを接続するための端子に
ついては図示を省略している。
通りである。まず、ケース22においては、その底壁か
ら上方に複数の基板支柱22dが延び、この基板支柱2
2d及びケース底壁を上下に貫くようにボルト挿通孔2
2hが設けられている。一方、制御回路基板18におい
て前記ボルト挿通孔22hと合致する位置にもボルト挿
通孔18aが設けられ、放熱部材24において前記ボル
ト挿通孔22hと合致する位置には上向きに開口するね
じ孔24aが設けられている。そして、前記ボルト挿通
孔18a,22hに金属製のボルト(伝熱部材)30が
上から挿入され、前記ねじ孔24aにねじ込まれること
により、制御回路基板18が各基板支柱22dに支えら
れながら水平状態でケース22内に固定されており、こ
の制御回路基板18の下面と各FET14との間に所定
の空間が確保されている。
特徴として、前記制御回路基板18の下面、すなわち各
FET14と対向する面には、例えばめっき層のように
伝熱性の高い材料からなる伝熱層19がほぼ全面にわた
って設けられている。この伝熱層19は、前記ボルト挿
通孔18aの内側面19a、さらには当該ボルト挿通孔
18aの上側周縁部19bにまで至っており、この上側
周縁部19bに設けられた伝熱層と前記ボルト30の頭
部32の裏面とが接触するようになっている。
によって塞がれ、このカバー23によってケース22内
が密封されるようになっている。
用を説明する。
は、電源接続用ワイヤハーネスを通じて入力端子10に
入力され、各FET14のドレイン端子14dに分配さ
れる。そのうち、オン状態にあるFET14についての
み、そのドレイン端子14dに入力された電力が出力端
子12及び負荷接続用ワイヤハーネスを通じて対応する
車載負荷に供給される。
えばスイッチ信号)は、基板接続用ワイヤハーネス及び
基板用端子16を通じて制御回路基板18の制御回路に
入力される。制御回路は、その操作信号に応じ、制御用
端子17を通じて各FET14のゲート端子14gに制
御信号を入力し、そのFET14におけるドレイン−ソ
ース間の通電のオンオフ切換を制御する。FET14が
オフに切換えられたときには、このFET14のソース
端子14sに接続されている出力端子12への給電が遮
断される。
12の電位は同じフレキシブル配線材30を通じて前記
制御回路に入力される。制御回路は、その電位差から各
FET14を流れる電流値を求め、その電流値が一定以
上の場合に当該FET14の通電を強制的にオフにする
制御を行う。
タにおいて、半導体素子であるFET14がオンオフ駆
動されると、当該FET14はかなりの量の発熱をする
ことになるが、このFET14は制御回路基板18と別
に配置されているので、FET14の発する熱が制御回
路基板18上の他の回路素子に悪影響を与えるのを回避
でき、しかも、その熱をドレイン接続部20及び絶縁シ
ート28を通じて放熱部材24に伝え、この放熱部材2
4からケース外部に放散することにより、各FET14
の積極的な冷却をすることができる。
ス22内においては前記FET14の発熱によってその
上空のエアが対流加熱されることになる。しかし、この
パワーディストリビュータでは、前記FET14を覆う
制御回路基板18の裏面に伝熱層19が設けられ、この
伝熱層19が基板固定用の金属製ボルト30を介して放
熱部材24に熱的に接続されているので、前記エアの熱
を伝熱層19で回収し、かつ、ボルト30さらには放熱
部材24を通じてケース外部へ積極的に逃がすことがで
きる。これにより、ケース22内の雰囲気温度の上昇を
抑止することができ、当該温度上昇に起因して他の電子
デバイスの性能に悪影響が与えられるのを未然に防ぐこ
とができる。
によれば、FET14の作動制御用に設けられる制御回
路基板18を有効に利用することにより、簡素な構造
で、ケース内の雰囲気温度の上昇を有効に抑止すること
が可能となる。
れず、例えば次のような実施の形態をとることも可能で
ある。
ーMOSFETに限らず、その他のトランジスタ(例え
ばIGBTや通常のバイポーラトランジスタ)やGTO
をはじめとする各種サイリスタなど、その駆動によって
発熱する各種半導体素子を使用する場合に本発明は有効
となる。また、かかる半導体素子はパッケージ素子に限
らず、例えば半導体チップを直接実装したものであって
もよい。半導体素子と各端子との接続形態も特に問わ
ず、例えば適所にワイヤボンディングを用いるようにし
てもよい。
端子の個数や配列も適宜設定することが可能であり、車
両内における各電装品の配置や個数等に応じて自由に定
めればよい。
30を伝熱層19と放熱部材24とを熱的に接続する伝
熱部材として兼用しているが、当該ボルト30とは別に
専用の伝熱部材を設けるようにしてもよい。
たって設けられていなくてもよく、例えばFET14の
配設箇所が集中している場合には当該箇所近傍にのみ局
所的に伝熱層19を配してもよい。また、図4に示すボ
ルト挿通孔内側面19aや当該挿通孔上側周縁部(ボル
ト頭部32との接触面)19bに伝熱層19を設けるの
に代え、下側伝熱層19の一部を直接ボルト30に接触
させるようにしてもよい。
却するための放熱部材を備えるとともに、これらの半導
体素子を前記放熱部材との反対の側から覆うように制御
回路基板が設けられ、この制御回路基板に設けられた伝
熱層によって当該制御回路基板と半導体素子との間にお
けるエアの熱を回収し、伝熱部材を介して前記放熱部材
に伝えるようにしたものであるので、前記放熱部材によ
って各半導体素子を冷却できるのに加え、前記制御回路
基板を利用した簡素な構造でケース内雰囲気温度の上昇
を有効に抑止することができ、これによってケース内の
電子デバイス等が熱的悪影響を受けるのを未然に防止で
きる効果がある。
ストリビュータの回路図である。
透かして見た平面図である。
ある。
ある。
Claims (5)
- 【請求項1】 車両に搭載された電源から供給される電
力を複数の車載負荷に分配するための車両用パワーディ
ストリビュータであって、前記電源から車載負荷への電
力供給回路に組み込まれる複数の半導体素子と、これら
の半導体素子の動作を制御する制御回路が組み込まれた
制御回路基板と、前記半導体素子及び制御回路基板を格
納するケースと、このケースの外面に設けられ、前記半
導体素子から伝わった熱をケース外に放散する放熱部材
とを備え、前記制御回路基板は、前記各半導体素子の配
設位置を挟んで前記放熱部材と反対の側から当該半導体
素子を覆う位置に配設されるとともに前記半導体素子と
対向する面に伝熱層を有し、この伝熱層と前記放熱部材
とが伝熱部材を介して接続されていることを特徴とする
車両用パワーディストリビュータ。 - 【請求項2】 請求項1記載の車両用パワーディストリ
ビュータにおいて、前記各半導体素子が略同一平面上に
配設され、その配設面と略平行に前記放熱部材及び制御
回路基板が配設されていることを特徴とする車両用パワ
ーディストリビュータ。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の車両用パワーデ
ィストリビュータにおいて、前記伝熱部材は前記制御回
路基板をケースに固定するための金属製ボルトであり、
当該ボルトが前記伝熱層と放熱部材の双方に接触してい
ることを特徴とする車両用パワーディストリビュータ。 - 【請求項4】 請求項3記載の車両用パワーディストリ
ビュータにおいて、前記ボルトは前記制御回路基板に設
けられたボルト挿通孔及び前記ケースを貫通して前記放
熱部材に結合されていることを特徴とする車両用パワー
ディストリビュータ。 - 【請求項5】 請求項4記載の車両用パワーディストリ
ビュータにおいて、前記制御回路基板における伝熱層が
前記ボルト挿通孔の内周面及び前記ボルトの頭部裏面に
接触する面にまで設けられていることを特徴とする車両
用パワーディストリビュータ。
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