JP2012199483A - 車両用多層配線基板、およびこの基板を用いた車両用電動コンプレッサ - Google Patents
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Abstract
【課題】コンデンサを搭載することなくノイズ低減することができる車両用多層配線基板を提供することを目的とする。
【解決手段】車両のボディ4に接地する低電圧用金属グランドパターン24を形成した低電圧グランド層21と、車両のボディ4と絶縁する高電圧用金属グランドパターン25を形成した高電圧グランド層22とを有し、基板材20を挟んだ一方の面が低電圧グランド層21であり、他方の面が高電圧グランド層22である車両用多層配線基板である。
【選択図】図2
【解決手段】車両のボディ4に接地する低電圧用金属グランドパターン24を形成した低電圧グランド層21と、車両のボディ4と絶縁する高電圧用金属グランドパターン25を形成した高電圧グランド層22とを有し、基板材20を挟んだ一方の面が低電圧グランド層21であり、他方の面が高電圧グランド層22である車両用多層配線基板である。
【選択図】図2
Description
本発明は、低電圧グランド層、および、高電圧グランド層を形成した車両用多層配線基板、およびこの基板を用いた車両用電動コンプレッサに関するものである。
従来の車載用の電動コンプレッサにおいては、高電圧電源から供給される直流電力をパワー素子により交流電力に変換し、この交流電力を圧縮機構部に供給することにより電動モータを作動させている。
この車両用電動コンプレッサに用いる車両用多層配線基板として、12Vまたは24V程度の低電圧系統と、300V程度の高電圧系統とが接続されたものがある。
車両用多層配線基板には、表層に低電圧用金属グランドパターンを形成し、その同一層に高電圧用金属グランドパターンを形成する。低電圧用金属グランドパターンと高電圧用金属グランドパターンとに接続用ランドを設け、この接続用ランドを介して高電圧用金属グランドパターンと低電圧用金属グランドパターンとがコンデンサにより接続される。このコンデンサによりノイズ低減を図っている。なお、先行技術文献としては、例えば、特許文献1が知られている。
しかしながら、従来の車両用多層配線基板は、低電圧用金属グランドパターンと高電圧用金属グランドパターンとにコンデンサ接続用のランドを設ける必要があり基板面積を占有してしまうとともに、別途コンデンサを接続する必要があり、部品点数も増大してしまうという課題がある。
本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、コンデンサを搭載することなくノイズ低減することができる車両用多層配線基板を提供することを目的とする。
本発明は、車両のボディに接地する金属グランドパターンを形成した低電圧グランド層と、車両のボディと絶縁する金属グランドパターンを形成した高電圧グランド層とを有し、基板材を挟んだ一方の面が低電圧グランド層であり、他方の面が高電圧グランド層である車両用多層配線基板である。
本発明の車両用多層配線基板は、基板材を挟んだ一方の面が低電圧グランド層とし、他方を高電圧グランド層とすることで寄生容量を作り出し、ノイズ低減を図ることができる。低電圧グランド層と高電圧グランド層とは基板材により絶縁されているので、高電圧グランド層が低電圧グランド層を介して車両のボディと接続されることがない。以上により、本発明はコンデンサを搭載することなくノイズ低減することができるという効果を奏する。
(実施の形態1)
以下、本発明の一実施の形態における車両用多層配線基板について図1から図4を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施の形態における車両用多層基板およびその周辺構成を説明するブロック図であり、図2および図3は車両用多層基板の断面図である。また、図4は低電圧グランド層および高電圧グランド層の平面図である。
以下、本発明の一実施の形態における車両用多層配線基板について図1から図4を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施の形態における車両用多層基板およびその周辺構成を説明するブロック図であり、図2および図3は車両用多層基板の断面図である。また、図4は低電圧グランド層および高電圧グランド層の平面図である。
図1に示すインバータECU用多層基板(車両用多層配線基板に相当する)は、冷媒を圧縮するための機構を備える車載用の電動コンプレッサに用いる基板であり、第1の電源2から供給された直流電力を交流電力に変換するパワー素子11と、このパワー素子11を駆動する駆動回路12と、駆動回路12を制御する制御部13と、外部インターフェイス回路14とを備える。駆動回路12、制御部13、および、外部インターフェイス回路14は第1の電源2よりも出力電圧が低い第2の電源3が出力する電気エネルギにより動作する。第2の電源3のグランドは車両のボディ4に接地される。
パワー素子11は第1の電源2から電力の供給を受ける。この供給電力はパワー素子11により直流から交流へ変換されて圧縮機構部6へ伝達される。以下、各部を詳細に説明する。
インバータECU用多層基板1には、上述のごとくパワー素子11、駆動回路12、制御部13、および、外部インターフェイス回路14を搭載する。インバータECU用多層基板1は、金属グランドパターンを形成した層を複数有する。詳細な構造は後述する。
第1の電源2は電気エネルギを蓄積するものである。第1の電源2にはエネルギ密度の高い二次電池(例えば、ニッケル水素充電池、または、リチウムイオン充電池)または、高容量のキャパシタを用いることができる。第1の電源2が出力する電気エネルギの電圧は、例えば、350V程度である。
第1の電源2に蓄積された電気エネルギは、電動コンプレッサを動作させるだけでなく、電気自動車のメインモータやハイブリッド自動車のエンジン補機モータを駆動させるための動力源としても使用される。
第1の電源2の電気エネルギを出力する高電圧側電源配線15はパワー素子11に電気的に接続される。また、第1の電源2のグランド側の配線である高電圧側グランド配線16は、後述する高電圧用金属グランドパターン25を介してパワー素子11に電気的に接続される。
第2の電源3は、第1の電源2よりも出力電圧が低い蓄電池であり、例えば鉛蓄電池である。第2の電源3が出力する電気エネルギの電圧は、例えば、12V程度である。
第2の電源3が電気エネルギを出力する低電圧側電源配線17は、駆動回路12、制御部13および外部インターフェイス回路14に電気的に接続さる。駆動回路12、制御部13および外部インターフェイス回路14は、第2の電源3が出力する電気エネルギによ
り動作する。
り動作する。
また、第2の電源3のグランド側の配線である低電圧側グランド配線18は、後述する低電圧用金属グランドパターン24を介して駆動回路12、制御部13および外部インターフェイス回路14に接続される。
低電圧側グランド配線18はさらに車両のボディ4に接地(ボディアース)される。一方、第1の電源2は車両のボディ4から絶縁されておりに接地されない。第1の電源2は、出力電圧が高電圧である。仮に高電圧側電源配線15と高電圧側グランド配線16とがショートしてしまった場合、高電圧側グランド配線16を車両のボディ4に接地していると、第1の電源2から車両のボディ4へと電流が流れる系ができる。その間に例えば乗員がいると感電の可能性があり危険である。そのため、第1の電源2は車両のボディ4から絶縁している。
第2の電源3に蓄積された電気エネルギは、カーナビゲーション装置、カーオーディオなどのアクセサリ、パワーウインドウ、ETC(登録商標)、ECU(Electronic Control Unit)などの電装品を動作させるための電力としても使用される。
制御部13には、外部インターフェイス回路14を介してエアコンECU5が出力したエアコン制御信号が入力される。エアコンECU5は、車両の乗員による冷房の温度設定、車室内・車室外温度、エバポレータ温度等に基づいて電動コンプレッサの要求回転数を算出しエアコン制御信号として出力する。
圧縮機構部6は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するためのものであり、パワー素子11が出力した電力により冷媒を圧縮する駆動力を発生する電動モータ62とハウジング61とで構成される。ハウジング61の内部に電動モータ62が配置される。
ハウジング61の図示しない吸込口から流入した冷媒は、このハウジング61の内部を通過する際に電動モータ62が発生する駆動力により圧縮され、図示しない吐出口から吐出される。
インバータECU用多層基板1に搭載したパワー素子11は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体素子で構成され、図示しない平滑コンデンサを介して第1の電源2と接続されている。
第1の電源2から供給される直流電力は、パワー素子11による通電、遮断によって交流電力に変換され、電動モータ62に印加される。
駆動回路12は、パワー素子11を駆動するためのもので、制御部13により制御される。具体的には、駆動回路12には制御部13からオン/オフ制御するための制御信号が入力される。この制御信号に基づいてパワー素子11を通電、遮断することで、第1の電源2から供給される直流電力が交流電力に変換されて電動モータ62に印加されて所望の回転数に制御される。
制御部13は、CPUまたはMPUと、ROM、RAM等とから構成されており、エアコンECU5が出力したエアコン制御信号に含まれる要求回転数に基づいてパワー素子11を駆動する駆動回路12を制御するものである。
制御部13はエアコン制御信号に含まれる要求回転数で電動モータ62を駆動させるた
めに、パワー素子11をオン/オフ制御するための制御信号を生成して駆動回路12へ出力する。駆動回路12がこの制御信号にもとづきパワー素子11を通電/遮断することで、モータ回転数の制御が可能となる。
めに、パワー素子11をオン/オフ制御するための制御信号を生成して駆動回路12へ出力する。駆動回路12がこの制御信号にもとづきパワー素子11を通電/遮断することで、モータ回転数の制御が可能となる。
外部インターフェイス回路14は、エアコンECU5と制御部13とが通信するためのもので、制御部13により制御される。具体的には制御部13が出力した送信信号出力に基づき、規定の通信方式でエアコンECU5へ送信する。規定の通信方式は例えばUART、LIN、およびCAN(Controller Area Network)である。また、外部インターフェイス回路14は、エアコンECU5からこれら規定の通信方式でエアコン制御信号を受信し、制御部13へ出力する。
次に、図2および図3を用いてインバータECU用多層基板1の構造を詳細に説明する。まず、図2を用いて構造を説明する。
表層19(19a、19b)は金属パターンが形成される層(以下、「パターン配線層」)の最も外側の層で、主に部品配置パターンとして利用される。
また、表層19以外のパターン配線層を「内層」とよぶ。この内層は後述するビア23で表層19や他の内層と接続している。
基板材20は、パターン配線層とパターン配線層との間を絶縁する材料であり、金属パターン間の絶縁もしている。例えば、ガラスエポキシ樹脂で形成する。ビア23は、層の異なる金属パターン同士を接続するホールである。内側に銅のめっきが施される。
低電圧グランド層21とは低電圧用金属グランドパターン24が他の層に比べ最も広い面積で形成される層であり、内層に形成される。低電圧用金属グランドパターン24は低電圧側グランド配線18と接続する。なお、他の電位のパターンがあってもよい。
高電圧グランド層22は、高電圧用金属グランドパターン25が他の層に比べ最も広い面積で形成される層で内層に形成される。高電圧用金属グランドパターン25は高電圧側グランド配線16と接続する。高電圧グランド層22には、低電圧用金属グランドパターン24を形成しないようにする。なお、他の電位のパターンがあってもよい。
高電圧グランド層22は、高電圧用金属グランドパターン25が他の層に比べ最も広い面積で形成される層で内層に形成される。高電圧用金属グランドパターン25は高電圧側グランド配線16と接続する。高電圧グランド層22には、低電圧用金属グランドパターン24を形成しないようにする。なお、他の電位のパターンがあってもよい。
図2に示すようにインバータECU用多層基板1は、表層19と、内層に形成した低電圧グランド層21と、内層に形成した高電圧グランド層22とで構成されている。パターン配線層間は、基板材20にて絶縁される。基板材20を挟んだ一方の面が低電圧グランド層21であり、他方の面が高電圧グランド層22となるように形成する。
低電圧グランド層21に車両のボディ4に接地する低電圧用金属グランドパターン24を形成し、高電圧グランド層22に車両のボディ4と絶縁する高電圧用金属グランドパターン25を形成する。低電圧用金属グランドパターン24と高電圧用金属グランドパターン25とは基板材20を挟んで略対向している。略対向させることでより多くの寄生容量が得られる。
次に、図3を用いて各層の厚さについて説明する。インバータECU用多層基板1は4層以上のパターン配線層で構成され、低電圧グランド層21と高電圧グランド層22は内層に形成されている。
また、インバータECU用多層基板1は、低電圧グランド層21と高電圧グランド層22とを挟む基板材20の厚さよりも、厚さの厚い他の基板材を有する。すなわち、インバータECU用多層基板1は、低電圧グランド層21と高電圧グランド層22とを挟む基板
材20の厚さH2よりも、厚い基板材(厚さがH3)を有する。インバータECU用多層基板1は、低電圧グランド層21と高電圧グランド層22とを挟む基板材20の厚さH2と同じ厚さの他の基板材20(厚さH1)を有することもできる。
材20の厚さH2よりも、厚い基板材(厚さがH3)を有する。インバータECU用多層基板1は、低電圧グランド層21と高電圧グランド層22とを挟む基板材20の厚さH2と同じ厚さの他の基板材20(厚さH1)を有することもできる。
低電圧グランド層21と高電圧グランド層22とを挟む基板材20は最も厚さが薄い基板材20を用いるのが好適である。
低電圧グランド層21と高電圧グランド層22との間の寄生容量は、基板材20の厚さが薄いほど大きくなり有利である。そのため、最も薄い基板材を低電圧グランド層21と高電圧グランド層22との間の基板材に用いるのが好ましい。
次に、図4を用いて金属グランドパターンの面積について説明する。図4(a)、図4(b)に示すように、低電圧グランド層21に形成した低電圧用金属グランドパターン24の占有面積と、高電圧グランド層22に形成した高電圧用金属グランドパターン25の占有面積とは略同面積となるように形成する。低電圧用金属グランドパターン24と高電圧用金属グランドパターン25とは垂直方向に重なるように形成する。
また、低電圧グランド層21の車両のボディ4に接地する低電圧用金属グランドパターン24の占有面積は、低電圧グランド層21以外のパターン配線層の車両のボディ4に接地する金属グランドパターンの占有面積よりも広く形成している。
高電圧グランド層22の車両のボディ4と絶縁する高電圧用金属グランドパターン25の占有面積は高電圧グランド層22以外のパターン配線層の車両のボディ4と絶縁する金属グランドパターンの占有面積よりも広く形成していている。
なお、低電圧グランド層21、および、高電圧グランド層22は、他の電位のパターン、ビア、または、スリットを有するものであってもよい。
金属グランドパターンの占有面積が広い低電圧グランド層21と高電圧グランド層22とを用いることで寄生容量を大きく取ることが可能となる。
以上のように本発明の一実施の形態におけるインバータECU用多層基板1は、基板材を挟んだ一方の面が低電圧グランド層とし、他方を高電圧グランド層とすることで寄生容量を作り出し、ノイズ低減を図ることができる。低電圧グランド層と高電圧グランド層とは基板材により絶縁されているので、高電圧グランド層が低電圧グランド層を介して車両のボディと接続されることがない。以上により、本発明はコンデンサを搭載することなくノイズ低減することができるという効果を奏する。
なお、本実施の形態におけるインバータECU用多層基板は車載用の電動コンプレッサに用いる基板であると説明したが、電動コンプレッサに用いる基板と同様に、高電圧電源と、低電圧電源が接続されている車両用多層配線基板であれば適用可能である。例えば、電気自動車用の補機バッテリ充電用に用いる、高電圧電源を降圧するためのDCDCコンバータおよびこれを制御するECUを搭載した車両用多層配線基板に用いることも可能である。
本発明は、低電圧グランド層、および、高電圧グランド層を形成した車両用多層配線基板等として有用である。
1 インバータECU用多層基板
2 第1の電源
3 第2の電源
4 車両のボディ
5 エアコンECU
6 圧縮機構部
61 ハウジング
62 電動モータ
11 パワー素子
12 駆動回路
13 制御部
14 外部インターフェイス回路
15 高電圧側電源配線
16 高電圧側グランド配線
17 低電圧側電源配線
18 低電圧側グランド配線
19 表層
20 基板材
21 低電圧グランド層
22 高電圧グランド層
23 ビア
24 低電圧用金属グランドパターン
25 高電圧用金属グランドパターン
2 第1の電源
3 第2の電源
4 車両のボディ
5 エアコンECU
6 圧縮機構部
61 ハウジング
62 電動モータ
11 パワー素子
12 駆動回路
13 制御部
14 外部インターフェイス回路
15 高電圧側電源配線
16 高電圧側グランド配線
17 低電圧側電源配線
18 低電圧側グランド配線
19 表層
20 基板材
21 低電圧グランド層
22 高電圧グランド層
23 ビア
24 低電圧用金属グランドパターン
25 高電圧用金属グランドパターン
Claims (8)
- 車両に搭載する多層配線基板であって、
前記車両のボディに接地する金属グランドパターンを形成した低電圧グランド層と、
前記車両のボディと絶縁する金属グランドパターンを形成した高電圧グランド層とを有し、
基板材を挟んだ一方の面が前記低電圧グランド層であり、他方の面が前記高電圧グランド層であることを特徴とする車両用多層配線基板。 - 前記低電圧グランド層に形成した前記車両のボディに接地する金属グランドパターンと、前記高電圧グランド層に形成した前記車両のボディと絶縁する金属グランドパターンとが、
前記基板材を挟んで略対向していることを特徴とする請求項1に記載の車両用多層配線基板。 - 前記低電圧グランド層に形成した前記車両のボディに接地する金属グランドパターンの占有面積と、
前記高電圧グランド層に形成した前記車両のボディと絶縁する金属グランドパターンと占有面積とが、
略同面積であることを特徴とする請求項1に記載の車両用多層配線基板。 - 前記低電圧グランド層の前記車両のボディに接地する金属グランドパターンの占有面積は前記低電圧グランド層以外の層の前記車両のボディに接地する金属グランドパターンの占有面積よりも広く、
前記高電圧グランド層の前記車両のボディと絶縁する金属グランドパターンの占有面積は前記高電圧グランド層以外の層の前記車両のボディと絶縁する金属グランドパターンの占有面積よりも広いことを特徴とする請求項3に記載の車両用多層配線基板。 - 前記車両用多層配線基板は4層以上のパターン配線層を有するものであり、
前記低電圧グランド層と高電圧グランド層とは内層に形成することを特徴とする請求項1に記載の車両用多層配線基板。 - 前記車両用多層配線基板は、前記低電圧グランド層と高電圧グランド層とを挟む基板材の厚さよりも厚い基板材を有することを特徴とする請求項1に記載の車両用多層配線基板。
- 前記車両用多層配線基板は、高電圧で動作し電動モータを駆動するインバータを搭載することを特徴とする請求項1に記載の車両用多層配線基板。
- 請求項7に記載の車両用多層配線基板を用いた車両用電動コンプレッサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011063841A JP2012199483A (ja) | 2011-03-23 | 2011-03-23 | 車両用多層配線基板、およびこの基板を用いた車両用電動コンプレッサ |
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ID=47181390
Family Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014203821A1 (ja) * | 2013-06-19 | 2014-12-24 | 矢崎総業株式会社 | 電圧検出ユニット |
JP2015154544A (ja) * | 2014-02-13 | 2015-08-24 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | 電力変換器用のコントローラ |
JP2016153606A (ja) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | 株式会社豊田自動織機 | 電動圧縮機 |
-
2011
- 2011-03-23 JP JP2011063841A patent/JP2012199483A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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