JP2016033973A

JP2016033973A - 電力変換装置の制御基板

Info

Publication number: JP2016033973A
Application number: JP2014156768A
Authority: JP
Inventors: 紳介鍔本; Shinsuke Tsubamoto; 圭太六浦; Keita Rokuura
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-03-10
Also published as: DE112015002674T5; US20170141697A1; WO2016017390A1; CN106664791A

Abstract

【課題】部品実装範囲への制約が少ない態様で放熱機能を実現できる電力変換装置の制御基板の提供。【解決手段】電力変換装置の制御基板は、多層基板である基板本体と、前記基板本体の第１表面に実装される発熱部品を含む第１回路部と、前記基板本体の第１表面に実装され、前記第１回路部に対して電圧が異なる第２回路部と、前記基板本体の第１表面に形成され、前記第１回路部と前記第２回路部間を絶縁する絶縁領域と、前記基板本体の内層に形成され、前記基板本体の第１表面に対して垂直方向に視て前記絶縁領域に重なる領域に延在し、前記発熱部品に熱的に接続される熱伝導性材料のパターンとを含む。【選択図】図２

Description

本開示は、電力変換装置の制御基板に関する。

直列接続された３つ以上の抵抗からなり、平滑コンデンサに蓄積された電荷の放電する抵抗回路を備え、両端以外に配置される抵抗の抵抗値が、両端に配置される抵抗の抵抗値より小さくなるように設定された電子装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開2012‐039715号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電子装置では、抵抗回路の放熱用パターンは、基板の表面に形成されているので、放熱用パターンに起因して基板の表面における部品実装範囲が制約を受けるという問題がある。

そこで、本開示は、部品実装範囲への制約が少ない態様で放熱機能を実現できる電力変換装置の制御基板の提供を目的とする。

本開示の一局面によれば、多層基板である基板本体（４１０）と、
前記基板本体（４１０）の第１表面に実装される発熱部品（Ｒ１）を含む第１回路部（４２１）と、
前記基板本体（４１０）の第１表面に実装され、前記第１回路部（４２１）に対して電圧が異なる第２回路部（４２２）と、
前記基板本体（４１０）の第１表面に形成され、前記第１回路部（４２１）と前記第２回路部（４２２）間を絶縁する絶縁領域（４２４）と、
前記基板本体（４１０）の内層に形成され、前記基板本体（４１０）の第１表面に対して垂直方向に視て前記絶縁領域（４２４）に重なる領域に延在し、前記発熱部品（Ｒ１）に熱的に接続される熱伝導性材料のパターン４２６とを含む、電力変換装置（４）の制御基板（４００−１、４００−２）が提供される。

本開示によれば、部品実装範囲への制約が少ない態様で放熱機能を実現できる電力変換装置の制御基板が得られる。

インバータ４を含む電気回路１の一例を示す図である。一例によるインバータ４の制御基板４００−１を概略的に示す図である。他の一例によるインバータ４の制御基板４００−２を概略的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

図１は、インバータ４を含む電気回路１の一例を示す図である。電気回路１は、例えばモータ駆動用である。

電気回路１は、バッテリ２と、インバータ（電力変換装置の一例）４と、平滑コンデンサＣ１と、放電抵抗Ｒ１とを含む。インバータ４には、モータ（図示せず）が接続される。モータは、ハイブリッド車又は電気自動車で使用される走行用モータであってよい。

平滑コンデンサＣ１は、バッテリ２の正極側と負極側との間に接続される。

放電抵抗Ｒ１は、バッテリ２の正極側と負極側との間に、平滑コンデンサＣ１に対し並列に接続される。図１に示す例では、複数の放電抵抗Ｒ１が直列に接続され、直列接続された複数の放電抵抗Ｒ１が、平滑コンデンサＣ１に対し並列に接続されている。放電抵抗Ｒ１は、平滑コンデンサＣ１の電荷をグランドに逃がす（放電させる）機能を有する。かかる放電は、インバータ４の動作中に常時実現されてもよいし、リレー（図示せず）がオフしたとき（インバータ４の動作終了時）に実現されてもよい。この放電の際、放電抵抗Ｒ１は発熱する。

尚、図１に示す例において、平滑コンデンサＣ１とバッテリ２との間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換装置の他の一例）が設けられてもよい。

図２は、一例によるインバータ４の制御基板４００−１を概略的に示す図であり、（Ａ）は、上面視を示し、（Ｂ）は、（Ａ）におけるラインＢ−Ｂに沿った断面図である。尚、上面視とは、基板本体４１０の表面に対して垂直方向（面直方向）に視る態様をいう。以下では、便宜上、図２（Ａ）に示すように基板本体４１０の矩形の外形を基準としてＸ方向及びＹ方向を定義し、図２（Ｂ）における上側を上方向とする。但し、インバータ４の制御基板４００−１の向きは、インバータ４の制御基板４００−１の実装状態に応じて異なり、必ずしも上方向が鉛直上方向に対応するとは限らない。

制御基板４００−１は、基板本体４１０と、第１回路部４２１と、第２回路部４２２と、絶縁領域４２４と、パターン４２６とを含む。

基板本体４１０は、多層基板である。基板本体４１０は、好ましくは、２層以上の内層を有する。図２に示す例では、基板本体４１０は、４層の内層を有する。

第１回路部４２１は、基板本体４１０の上側の表面（第１表面の一例）に実装される放電抵抗Ｒ１（発熱部品の一例）を含む。図２に示す例では、複数個の放電抵抗Ｒ１は、Ｙ方向に一列に並べられている。但し、複数個の放電抵抗Ｒ１は、Ｙ方向に複数列で並べられてもよい。

第２回路部４２２は、基板本体４１０の上側の表面に実装される。第２回路部４２２は、第１回路部４２１に対して電圧が異なる。「電圧が異なる」とは、扱う電圧が異なること意味し、典型的には、電源電圧が異なることを意味する。第２回路部４２２と第１回路部４２１との間の電圧の違いは、例えば、数十Ｖ以上であり、典型的には、１００Ｖ以上である。例えば、第２回路部４２２は、インバータ４を制御するマイクロコンピューター（マイコン）を形成する回路部を含む。この場合、第１回路部４２１は、電気回路１の電圧に対応する高電圧系回路を形成するが、第２回路部４２２は、低電圧系回路を形成する。尚、図２に示す例では、第２回路部４２２を概略的に表す矩形は、抵抗を表す。

絶縁領域４２４は、基板本体４１０の上側の表面に形成される。絶縁領域４２４は、第１回路部４２１と第２回路部４２２間を絶縁する。絶縁領域４２４は、導体部を有しない領域であり、何ら電子部品が実装されない領域であってよい。絶縁領域４２４は、基板本体４１０の材料よりも高いＣＴＩ（Comparative Tracking Index）を持つ材料により形成されてもよい。絶縁領域４２４は、第１回路部４２１と第２回路部４２２間に、例えばＪＩＳ等で規定される最小沿面距離が確保されるように形成される。絶縁領域４２４は、好ましくは、第１回路部４２１に隣接して形成される。図２に示す例では、絶縁領域４２４は、Ｘ方向におけるＹ方向に延びるラインＬ１とＬ２との間に形成される。ラインＬ１は、上面視で、第２回路部４２２を形成する部品群に第１回路部４２１側から外接する線分である。同様に、ラインＬ２は、上面視で、第１回路部４２１を形成する部品群に第２回路部４２２側から外接する線分である。従って、絶縁領域４２４は、第１回路部４２１及び第２回路部４２２の双方に隣接する。尚、上面視における絶縁領域４２４の形状は、任意であり、矩形以外の形状であってもよい。即ち、ラインＬ１，Ｌ２は、屈曲部や湾曲部を有してもよい。また、図２に示す例では、絶縁領域４２４は、基板本体４１０の上側の表面においてＹ方向全体に亘って形成されているが、Ｙ方向の一部のみに形成されてもよい。

パターン４２６は、基板本体４１０の内層に形成される。パターン４２６は、基板本体４１０の内層であれば、任意の層に形成されてもよく、形成される層数も任意である。図２に示す例では、パターン４２６は、基板本体４１０の内層全てに形成される。パターン４２６は、熱伝導性材料により形成され、例えば銅のベタパターンにより形成される。

パターン４２６は、上面視で絶縁領域４２４に重なる領域に延在する。パターン４２６は、Ｘ方向に関して、上面視で絶縁領域４２４全体に重なる領域に延在してもよいし、上面視で絶縁領域４２４の一部と重なる領域に延在してもよい。同様に、パターン４２６は、Ｙ方向に関して、上面視で絶縁領域４２４全体に重なる領域に延在してもよいし、上面視で絶縁領域４２４の一部と重なる領域に延在してもよい。図２に示す例では、パターン４２６は、上面視で、Ｘ方向で絶縁領域４２４全体に重なる領域に延在する。また、図２（Ｂ）に示すパターン４２６の断面はＹ方向に等断面であって良く、この場合、パターン４２６は、上面視で、Ｙ方向で絶縁領域４２４全体に重なる領域に延在する。尚、この場合、パターン４２６は、基板本体４１０のＹ方向の側面にて基板本体４１０の外部に露出することになる。

パターン４２６は、放電抵抗Ｒ１に熱的に接続される。図２に示す例では、パターン４２６は、貫通ビア４３０を介して放電抵抗Ｒ１に接続される。貫通ビア４３０は、複数の放電抵抗Ｒ１のうちの一部に対して形成されてもよいし、各放電抵抗Ｒ１に対して形成されてもよいし、Ｙ方向における放電抵抗Ｒ１間に形成されてもよい。貫通ビア４３０は、放電抵抗Ｒ１に電気的に絶縁されていてもよいし、放電抵抗Ｒ１に電気的に接続されてもよい。尚、複数の貫通ビア４３０が対応する各放電抵抗Ｒ１に電気的に接続される場合は、各放電抵抗Ｒ１は、複数の貫通ビア４３０及びパターン４２６を介して直列接続されることになる。

ところで、上述の如く放電抵抗Ｒ１は発熱部品であり、放熱構造が必要である。この点、図２に示すインバータ４の制御基板４００−１によれば、パターン４２６は、熱伝導性材料により形成され且つ放電抵抗Ｒ１に熱的に接続されるので、放熱部として機能できる。また、パターン４２６は、上述の如く上面視で絶縁領域４２４に重なる領域に延在するので、部品実装範囲への制約が少ない態様で放熱機能を実現できる。例えば図２に示す例において、仮にパターン４２６が基板本体４１０の下側の表面に形成されている場合は、基板本体４１０の下側の表面における部品実装範囲が制約を受ける。これに対して、図２に示すインバータ４の制御基板４００−１によれば、内層を利用して放熱部を形成するので、基板本体４１０の表面（本例では、下側の表面）における部品実装範囲への制約が少ない態様で放熱機能を実現できる。また、基板本体４１０の内層における絶縁領域４２４と重なる領域は、配線に利用されない領域（いわゆるデッドスペース）であるので、かかる領域を利用して効率的に放熱機能を実現できる。

また、特に図２に示す例では、パターン４２６が全内層に形成されるので、基板本体４１０の内層における絶縁領域４２４と重なる領域をフルに利用して（マスを最大化して）、放熱性能を高めることができる。また、図２に示す例では、絶縁領域４２４は、第１回路部４２１に隣接して形成されるので、パターン４２６は、第１回路部４２１以外の回路部とは上面視で重ならずに、上面視で第１回路部４２１側から絶縁領域４２４に重なる領域まで延在できる。これにより、第１回路部４２１以外の回路部に対して基板本体４１０の内層を配線用に利用できる可能性を損なうことなく、放熱機能を実現できる。

図３は、他の一例によるインバータ４の制御基板４００−２を概略的に示す図であり、（Ａ）は、上面視を示し、（Ｂ）は、（Ａ）におけるラインＢ−Ｂに沿った断面図である。

制御基板４００−２は、貫通ビア４３０が存在しない点のみが、図２に示した制御基板４００−１と異なる。他の同一であってよい構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。

図３に示すインバータ４の制御基板４００−２によっても、インバータ４の制御基板４００−１と同様の効果が奏される。このようにパターン４２６と放電抵抗Ｒ１との間の熱的な接続態様は、任意であり、貫通ビア４３０を利用しなくてもよい。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

例えば、上述した実施例では、発熱部品は、放熱の必要性が高い放電抵抗Ｒ１であるが、発熱部品は、制御基板４００−１（制御基板４００−２）上に実装される任意の部品であってもよい。例えば、発熱部品は、マイコンのチップであってもよい。

また、上述した実施例では、絶縁領域４２４は、第１回路部４２１に隣接して形成されているが、絶縁領域４２４は、第１回路部４２１に隣接していなくてもよい。即ち、絶縁領域４２４と第１回路部４２１との間には、他の回路部が形成されてもよい。

また、上述した実施例では、インバータ４の制御基板４００−１（制御基板４００−２）であるが、これに限られない。例えば、平滑コンデンサＣ１とバッテリ２との間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換装置の他の一例）が設けられる場合は、制御基板４００−１（制御基板４００−２）は、インバータ４の制御基板に代えて又は加えて、ＤＣ−ＤＣコンバータの制御基板を形成してもよい。

また、上述した実施例では、パターン４２６は、Ｘ方向及びＹ方向の双方において広範囲に亘って形成されるベタパターンであったが、Ｘ方向又はＹ方向に延在する複数の線状のパターンの集合により形成されてもよい。

なお、以上の実施例に関し、さらに以下を開示する。

（１）
多層基板である基板本体４１０と、
前記基板本体４１０の第１表面に実装される発熱部品（Ｒ１）を含む第１回路部４２１と、
前記基板本体４１０の第１表面に実装され、前記第１回路部４２１に対して電圧が異なる第２回路部４２２と、
前記基板本体４１０の第１表面に形成され、前記第１回路部４２１と前記第２回路部４２２間を絶縁する絶縁領域４２４と、
前記基板本体４１０の内層に形成され、前記基板本体４１０の第１表面に対して垂直方向に視て前記絶縁領域４２４に重なる領域に延在し、前記発熱部品（Ｒ１）に熱的に接続される熱伝導性材料のパターン４２６とを含む、電力変換装置の制御基板４００−１、４００−２。

（１）に記載の構成によれば、パターン４２６は、熱伝導性材料であり且つ発熱部品（Ｒ１）に熱的に接続されるので、放熱部として機能することができる。また、パターン４２６は、基板本体４１０の第１表面に対して垂直方向に視て絶縁領域４２４に重なる領域に延在するので、基板本体４１０の内層における配線に利用されない領域（いわゆるデッドスペース）を利用して形成できる。これにより、基板本体４１０の表面における部品実装範囲への制約が少ない態様で放熱機能を実現できる。

（２）
前記絶縁領域４２４は、前記第１回路部４２１に隣接して形成される、（１）に記載の電力変換装置の制御基板４００−１、４００−２。

（２）に記載の構成によれば、絶縁領域４２４は、第１回路部４２１に隣接して形成されるので、パターン４２６は、基板本体４１０の第１表面に対して垂直方向に視て、第１回路部４２１以外の回路部とは重ならずに、絶縁領域４２４に重なる領域まで延在できる。これにより、第１回路部４２１以外の回路部に対して基板本体４１０の内層を配線用に利用できる可能性を損なうことなく、放熱機能を実現できる。

（３）
前記発熱部品（Ｒ１）は、放電抵抗である、（１）又は（２）に記載の電力変換装置の制御基板４００−１、４００−２。

（３）に記載の構成によれば、発熱量が大きい放電抵抗をパターン４２６により効率的に放熱させることができる。

１電気回路
４インバータ
４００−１，４００−２制御基板
４１０基板本体
４２１第１回路部
４２２第２回路部
４２４絶縁領域
４２６パターン

Claims

多層基板である基板本体と、
前記基板本体の第１表面に実装される発熱部品を含む第１回路部と、
前記基板本体の第１表面に実装され、前記第１回路部に対して電圧が異なる第２回路部と、
前記基板本体の第１表面に形成され、前記第１回路部と前記第２回路部間を絶縁する絶縁領域と、
前記基板本体の内層に形成され、前記基板本体の第１表面に対して垂直方向に視て前記絶縁領域に重なる領域に延在し、前記発熱部品に熱的に接続される熱伝導性材料のパターンとを含む、電力変換装置の制御基板。
前記絶縁領域は、前記第１回路部に隣接して形成される、請求項１に記載の電力変換装置の制御基板。
前記発熱部品は、放電抵抗である、請求項１又は２に記載の電力変換装置の制御基板。