JP2017070033A

JP2017070033A - Mounting board

Info

Publication number: JP2017070033A
Application number: JP2015190892A
Authority: JP
Inventors: 政伸及川; Masanobu Oikawa
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2017-04-06

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mounting board enabling the reduction of a thyristor gate current at a low temperature.SOLUTION: A mounting board 31 includes a thyristor element 33. A rush current prevention resistive element 34 is connected in parallel to the thyristor element 33. The rush current prevention resistive element 34 is made to conduct prior to the conduction of the thyristor element 33. The rush current prevention resistive element 34 is thermally coupled with the thyristor element 33. The mounting board 31 includes: an inverter 36 connected through the thyristor element 33 and the rush current prevention resistive element 34 to a converter for converting a DC current into an AC current; and a smoothing capacitor 35 connected to the thyristor element 33 and the rush current prevention resistive element 34 in parallel with the inverter 36.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、サイリスタ素子を含む実装基板に関する。 The present invention relates to a mounting substrate including a thyristor element.

例えば特許文献１に示されるように、トライアックを含む回路は一般に知られる。回路は交流電源から負荷への電力の供給および遮断をスイッチ制御する。トライアックにはゲート駆動回路が接続される。スイッチ制御にあたってトライアックのゲートにはゲート駆動回路からゲート電流が供給される。 For example, as shown in Patent Document 1, a circuit including a triac is generally known. The circuit switches and controls power supply and interruption from the AC power supply to the load. A gate drive circuit is connected to the triac. In the switch control, a gate current is supplied from the gate drive circuit to the gate of the triac.

特開２００７−１７４５７５号公報JP 2007-174575 A

トライアックはゲートに供給される電流に応じてターンオンする。トライアックの温度が低ければ低いほど、ターンオンにあたって大きな電流が要求される。したがって、ゲート駆動回路の設計時には、低温時に大きな電流が流れても熱破壊を引き起こさないように、電流容量の大きな回路部品が選定される。電流容量の大きな回路部品は実装基板の低価格化や小型化を妨げてしまう。 The triac turns on in response to the current supplied to the gate. The lower the temperature of the triac, the greater the current required for turn-on. Therefore, when designing the gate drive circuit, a circuit component having a large current capacity is selected so as not to cause thermal destruction even when a large current flows at a low temperature. A circuit component having a large current capacity hinders cost reduction and miniaturization of the mounting board.

本発明は、低温時にサイリスタのゲート電流を減少させることができる実装基板を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a mounting substrate that can reduce the gate current of a thyristor at a low temperature.

本発明の一形態は、サイリスタ素子と、前記サイリスタ素子に並列に接続され、かつ前記サイリスタ素子と熱的に結合される突入電流防止抵抗素子とを備える実装基板に関する。 One embodiment of the present invention relates to a mounting substrate including a thyristor element and an inrush current preventing resistance element connected in parallel to the thyristor element and thermally coupled to the thyristor element.

サイリスタ素子はゲートに供給される電流に応じてターンオンする。サイリスタ素子の温度が低ければ低いほど、ターンオンにあたって大きな電流が要求される。ここで、突入電流防止抵抗素子にはサイリスタ素子のターンオンに先立って電流が供給される。電流の供給に応じて突入電流防止抵抗素子は発熱する。突入電流防止抵抗素子の熱がサイリスタ素子に伝達されると、サイリスタ素子の温度は上昇する。その結果、サイリスタ素子のターンオンにあたって要求されるゲート電流の大きさは低減されることができる。 The thyristor element is turned on according to the current supplied to the gate. The lower the temperature of the thyristor element, the greater the current required for turn-on. Here, a current is supplied to the inrush current preventing resistance element before the thyristor element is turned on. The inrush current preventing resistance element generates heat in response to the current supply. When the heat of the inrush current preventing resistance element is transferred to the thyristor element, the temperature of the thyristor element rises. As a result, the magnitude of the gate current required for turning on the thyristor element can be reduced.

実装基板は、交流電源に接続されて直流電流を出力するコンバータと、前記サイリスタ素子および突入電流防止抵抗素子を介して前記コンバータに接続され、直流電流を交流電流に変換するインバータと、前記インバータに並列に前記サイリスタ素子および前記突入電流防止抵抗素子に接続される平滑用のキャパシタとを備えてもよい。サイリスタ素子のターンオンに先立って突入電流防止抵抗素子経由でキャパシタに直流電流が供給される。キャパシタは充電される。こうして突入電流の進入は防止される。キャパシタの充電後にサイリスタ素子は通電される。したがって、通常の動作シーケンスに従って突入電流防止抵抗素子はサイリスタ素子のターンオンに先立って発熱することができる。 The mounting board is connected to an AC power source and outputs a direct current, the inverter connected to the converter via the thyristor element and the inrush current preventing resistance element, and converts the direct current into an alternating current. A smoothing capacitor connected to the thyristor element and the inrush current preventing resistance element may be provided in parallel. Prior to turning on the thyristor element, a direct current is supplied to the capacitor via the inrush current preventing resistance element. The capacitor is charged. Thus, the inrush current is prevented from entering. The thyristor element is energized after the capacitor is charged. Therefore, the inrush current preventing resistance element can generate heat before the thyristor element is turned on according to a normal operation sequence.

前記サイリスタ素子のゲートには、ゲート電流の供給および遮断を切り替えるフォトトライアックが接続されてもよい。ゲート電流の供給および遮断に応じてサイリスタ素子のターンオンは制御される。その結果、サイリスタ素子は確実に温度上昇の後にターンオンすることができる。 A phototriac for switching between supply and interruption of gate current may be connected to the gate of the thyristor element. The turn-on of the thyristor element is controlled according to the supply and interruption of the gate current. As a result, the thyristor element can be reliably turned on after the temperature rises.

実装基板は、前記突入電流防止抵抗素子および前記サイリスタ素子の間に介在し前記突入電流防止抵抗素子に前記サイリスタ素子を接着する熱伝導性を有する部材をさらに備えてもよい。熱伝導性を有する部材はサイリスタ素子に熱的に突入電流防止抵抗素子を結合する。こうして突入電流防止抵抗素子の熱はサイリスタ素子に伝達される。
熱伝導性を有する部材としては、例えばシリコーン材を用いればよい。 The mounting board may further include a member having thermal conductivity that is interposed between the inrush current prevention resistance element and the thyristor element and adheres the thyristor element to the inrush current prevention resistance element. The member having thermal conductivity thermally couples the inrush current preventing resistance element to the thyristor element. Thus, the heat of the inrush current preventing resistance element is transferred to the thyristor element.
As a member having thermal conductivity, for example, a silicone material may be used.

前記サイリスタ素子に代えてトライアック素子を用いてもよい。 A triac element may be used instead of the thyristor element.

以上のように本発明によれば、低温時にサイリスタのゲート電流を減少させることができる実装基板は提供される。 As described above, according to the present invention, a mounting substrate capable of reducing the gate current of a thyristor at a low temperature is provided.

モータ駆動回路の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of a motor drive circuit. 実装基板を概略的に示す側面図である。It is a side view which shows a mounting substrate schematically. 温度とゲート電流との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between temperature and gate current.

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１はモータ用駆動回路１１の全体構成を概略的に示す。モータ用駆動回路１１は、モータ１２に接続されるインバータ１３を備える。インバータ１３は直流電流を交流電流に変換する。インバータ１３の働きで、モータ１２に供給される交流電力の電圧および周波数は変化する。こうした交流電圧の供給に応じてモータ１２は制御される。 FIG. 1 schematically shows the overall configuration of a motor drive circuit 11. The motor drive circuit 11 includes an inverter 13 connected to the motor 12. The inverter 13 converts a direct current into an alternating current. The voltage and frequency of the AC power supplied to the motor 12 are changed by the function of the inverter 13. The motor 12 is controlled in response to the supply of the AC voltage.

インバータ１３にはコンバータ１４が接続される。コンバータ１４はインバータ１３に電力を供給する。コンバータ１４には交流電源１５が接続される。コンバータ１４は交流電源１５の交流電流を直流電流に変換する。コンバータ１４からインバータ１３に直流電流は供給される。 A converter 14 is connected to the inverter 13. The converter 14 supplies power to the inverter 13. An AC power supply 15 is connected to the converter 14. Converter 14 converts the alternating current of alternating current power supply 15 into a direct current. A direct current is supplied from the converter 14 to the inverter 13.

コンバータ１４はダイオードブリッジ１６を含む。ダイオードブリッジ１６は交流電流を整流する。交流電流は直流電流に変換される。交流電源１５からダイオードブリッジ１６に交流電流は供給される。交流電源１５とダイオードブリッジ１６の間にはスイッチ１７が接続される。スイッチ１７はダイオードブリッジ１６への交流電流の供給および遮断を切り替える。 Converter 14 includes a diode bridge 16. The diode bridge 16 rectifies the alternating current. The alternating current is converted into a direct current. An alternating current is supplied from the alternating current power supply 15 to the diode bridge 16. A switch 17 is connected between the AC power supply 15 and the diode bridge 16. The switch 17 switches between supply and interruption of the alternating current to the diode bridge 16.

コンバータ１４は平滑用のキャパシタ１８を含む。キャパシタ１８はインバータ１３に並列に接続される。キャパシタ１８は整流後の直流電流のリップルを平滑化する。 Converter 14 includes a smoothing capacitor 18. The capacitor 18 is connected to the inverter 13 in parallel. The capacitor 18 smoothes the ripple of the direct current after rectification.

コンバータ１４はトライアック２１を含む。トライアック２１はダイオードブリッジ１６およびキャパシタ１８の間に接続される。トライアック２１はターンオンに応じてダイオードブリッジ１６からインバータ１３およびキャパシタ１８に直流電流を供給する。ターンオンにあたってトライアック２１のゲートには所定のゲート電流が供給される。トライアック２１がオフされると、インバータ１３およびキャパシタ１８への直流電流の供給は遮断される。尚、ここではトライアック２１を用いて説明を行うが、図１でトライアック２１が挿入されている箇所の電流は全波整流となるため、トライアックではなくサイリスタを用いてもよい。ダイオードブリッジ１６より交流電源１５に近い側は交流電流が流れているため、ここに挿入する場合はトライアックを用いる。 Converter 14 includes a triac 21. The triac 21 is connected between the diode bridge 16 and the capacitor 18. The triac 21 supplies a direct current from the diode bridge 16 to the inverter 13 and the capacitor 18 in response to turn-on. A predetermined gate current is supplied to the gate of the triac 21 at the time of turn-on. When the triac 21 is turned off, the supply of direct current to the inverter 13 and the capacitor 18 is cut off. Here, the description will be made using the triac 21. However, since the current at the portion where the triac 21 is inserted in FIG. 1 is full-wave rectification, a thyristor may be used instead of the triac. Since an alternating current flows on the side closer to the alternating current power supply 15 than the diode bridge 16, a triac is used for insertion here.

コンバータ１４は突入電流防止抵抗２２を含む。突入電流防止抵抗２２はトライアック２１に並列にダイオードブリッジ１６およびキャパシタ１８の間に接続される。トライアック２１のオフ時、供給されてくる直流電流はトライアック２１を迂回して突入電流防止抵抗２２を流通する。突入電流防止抵抗２２はキャパシタ１８に流入する突入電流を制限する。 Converter 14 includes an inrush current prevention resistor 22. The inrush current prevention resistor 22 is connected between the diode bridge 16 and the capacitor 18 in parallel with the triac 21. When the triac 21 is off, the supplied direct current bypasses the triac 21 and flows through the inrush current prevention resistor 22. The inrush current prevention resistor 22 limits the inrush current flowing into the capacitor 18.

コンバータ１４はゲート駆動回路２３を含む。ゲート駆動回路２３はトライアック２１のゲートおよび出力に接続される。ゲート駆動回路２３からトライアック２１のゲートにゲート電流は供給される。ゲート駆動回路２３には、直流電源２４、フォトトライアック２５および抵抗２６が含まれる。ゲート電流の供給および遮断はフォトトライアック２５で制御される。フォトトライアック２５は光の照射に応じてターンオンする。フォトトライアック２５のオンオフは例えばマイコンで制御される。マイコンはフォトトライアック２５に照射される光の点滅を制御する。抵抗２６はゲート電流を制限する。 Converter 14 includes a gate drive circuit 23. The gate drive circuit 23 is connected to the gate and output of the triac 21. A gate current is supplied from the gate drive circuit 23 to the gate of the triac 21. The gate drive circuit 23 includes a DC power supply 24, a phototriac 25, and a resistor 26. The supply and interruption of the gate current is controlled by the phototriac 25. The phototriac 25 is turned on in response to light irradiation. On / off of the phototriac 25 is controlled by, for example, a microcomputer. The microcomputer controls the blinking of the light applied to the phototriac 25. Resistor 26 limits the gate current.

図２に示されるように、モータ用駆動回路１１は実装基板３１として提供される。実装基板３１は、ブリッジ整流器３２、トライアック素子３３、突入電流防止抵抗素子３４、キャパシタ素子３５およびインバータ素子３６を備える。これらは基板３７に実装される。ブリッジ整流器３２は前述のダイオードブリッジ１６に相当する電子部品である。トライアック素子３３は前述のトライアック２１に相当する電子部品である。同様に、突入電流防止抵抗素子３４は前述の突入電流防止抵抗２２に相当する電子部品であり、キャパシタ素子３５は前述のキャパシタ１８に相当する電子部品であり、インバータ素子３６は前述のインバータ１３に相当する電子部品である。 As shown in FIG. 2, the motor drive circuit 11 is provided as a mounting substrate 31. The mounting substrate 31 includes a bridge rectifier 32, a triac element 33, an inrush current preventing resistance element 34, a capacitor element 35, and an inverter element 36. These are mounted on the substrate 37. The bridge rectifier 32 is an electronic component corresponding to the aforementioned diode bridge 16. The triac element 33 is an electronic component corresponding to the triac 21 described above. Similarly, the inrush current preventing resistor element 34 is an electronic component corresponding to the above-described inrush current preventing resistor 22, the capacitor element 35 is an electronic component corresponding to the above-described capacitor 18, and the inverter element 36 is connected to the above-described inverter 13. It is a corresponding electronic component.

突入電流防止抵抗素子３４とトライアック素子３３の間には熱伝導性を有する部材としてシリコーン材３８が挟まれる。シリコーン材３８は、突入電流防止抵抗素子３４にトライアック素子３３を接着する。シリコーン材３８はトライアック素子３３の放熱板３３ａに接触すればよい。放熱板３３ａは例えば高い熱伝導率を有する金属板から形成されればよい。こうした接着に応じて突入電流防止抵抗素子３４は熱的にトライアック素子３３に結合される。突入電流防止抵抗素子３４の熱はシリコーン材３８を介してトライアック素子３３に伝達される。 A silicone material 38 is sandwiched between the inrush current preventing resistance element 34 and the triac element 33 as a member having thermal conductivity. The silicone material 38 adheres the triac element 33 to the inrush current preventing resistance element 34. The silicone material 38 may be in contact with the heat radiating plate 33 a of the triac element 33. The heat radiating plate 33a may be formed from a metal plate having high thermal conductivity, for example. In response to such adhesion, the inrush current preventing resistance element 34 is thermally coupled to the triac element 33. The heat of the inrush current preventing resistance element 34 is transmitted to the triac element 33 through the silicone material 38.

次にモータ用駆動回路１１の動作を簡単に説明する。スイッチ１７は切断されている。フォトトライアック２５はオフされ、ゲート駆動回路２３からトライアック２１にゲート電流は供給されていない。その結果、トライアック２１は切断される。インバータ１３からモータ１２に電力は供給されていない。こうした状態ではトライアック素子３３や突入電流防止抵抗素子３４の温度は環境温度に保持される。 Next, the operation of the motor drive circuit 11 will be briefly described. The switch 17 is disconnected. The phototriac 25 is turned off, and no gate current is supplied from the gate drive circuit 23 to the triac 21. As a result, the triac 21 is disconnected. Electric power is not supplied from the inverter 13 to the motor 12. In such a state, the temperature of the triac element 33 and the inrush current preventing resistance element 34 is maintained at the environmental temperature.

スイッチ１７が接続されると、キャパシタ１８に充電電流が流れる。このとき、交流電源１５の交流電流はダイオードブリッジ１６で整流され直流電流に変換される。トライアック２１は切断されていることから、直流電流は突入電流防止抵抗２２を流通する。その結果、突入電流防止抵抗２２ではジュール熱が生成される。突入電流防止抵抗素子３４は発熱する。突入電流防止抵抗素子３４の温度は上昇する。突入電流防止抵抗素子３４の熱はトライアック素子３３に伝達される。こうしてトライアック素子３３の温度は上昇する。 When the switch 17 is connected, a charging current flows through the capacitor 18. At this time, the alternating current of the alternating current power supply 15 is rectified by the diode bridge 16 and converted into a direct current. Since the triac 21 is disconnected, the direct current flows through the inrush current preventing resistor 22. As a result, Joule heat is generated in the inrush current preventing resistor 22. The inrush current preventing resistance element 34 generates heat. The temperature of the inrush current preventing resistance element 34 rises. The heat of the inrush current preventing resistance element 34 is transmitted to the triac element 33. Thus, the temperature of the triac element 33 rises.

交流電源の供給開始から所定時間が経過し、キャパシタ１８の充電が完了し突入電流が流れなくなった所でトライアック２１に対してゲート電流の供給を開始する。図示しないマイコンは上記所定時間後にフォトトライアック２５をターンオンする。フォトトライアック２５のターンオンに応じて直流電源２４からトライアック２１のゲートにゲート電流が供給される。ゲート電流の供給に応じてトライアック２１はターンオンする。直流電流はダイオードブリッジ１６からトライアック２１経由でキャパシタ１８およびインバータ１３に供給される。突入電流防止抵抗２２に電流は流れなくなり突入電流防止抵抗２２での電流の損失は回避される。インバータ１３の動作に応じてモータ１２は制御される。 When a predetermined time elapses from the start of supply of AC power and charging of the capacitor 18 is completed and the inrush current stops flowing, supply of gate current to the triac 21 is started. A microcomputer (not shown) turns on the phototriac 25 after the predetermined time. When the phototriac 25 is turned on, a gate current is supplied from the DC power source 24 to the gate of the triac 21. The triac 21 is turned on in response to the supply of the gate current. The direct current is supplied from the diode bridge 16 to the capacitor 18 and the inverter 13 via the triac 21. No current flows through the inrush current prevention resistor 22, and current loss at the inrush current prevention resistor 22 is avoided. The motor 12 is controlled according to the operation of the inverter 13.

図３は縦軸がゲート電流の大きさの相対値、横軸が温度を示している。トライアック２１の温度が低ければ低いほど、ターンオンにあたって大きなゲート電流が要求される。例えば図３の例では、摂氏２５度のゲート電流に対して摂氏−４０度の低温時には概ね２．２５倍のゲート電流が要求される。したがって、ゲート駆動回路２３の設計時には、低温時に大きな電流が流れても熱破壊を引き起こさないように、電流容量の大きなフォトトライアック２５や抵抗２６が選定される。電流容量の大きなフォトトライアック２５や抵抗２６（それらに相当する電子部品）は実装基板３１の低価格化や小型化を妨げてしまう。 In FIG. 3, the vertical axis represents the relative value of the magnitude of the gate current, and the horizontal axis represents the temperature. The lower the temperature of the TRIAC 21, the larger the gate current required for turning on. For example, in the example of FIG. 3, a gate current of about 2.25 times is required at a low temperature of −40 degrees Celsius with respect to a gate current of 25 degrees Celsius. Therefore, when designing the gate drive circuit 23, the phototriac 25 and the resistor 26 having a large current capacity are selected so as not to cause thermal destruction even if a large current flows at a low temperature. The phototriac 25 and the resistor 26 (corresponding electronic components) having a large current capacity hinder the cost reduction and miniaturization of the mounting substrate 31.

本実施形態では、突入電流防止抵抗素子３４にはトライアック素子３３のターンオンに先立って電流が供給される。電流の供給に応じて突入電流防止抵抗素子３４は発熱する。突入電流防止抵抗素子３４の熱がトライアック素子３３に伝達されると、トライアック素子３３の温度は環境温度よりも高まる。その結果、トライアック素子３３のターンオンにあたって要求されるゲート電流の大きさは環境温度に対して要求されるゲート電流の大きさよりも低減されることができる。ゲート駆動回路２３の回路部品はトライアック素子３３の温度は上記の構成により一定温度以上となり、低温で起動することがなくなるため、ゲート電流の大きさは低減され、従って小さい電流容量のものが選択されることができる。こうした回路部品の選定は実装基板３１の低価格化や小型化に寄与することができる。しかも、通常の動作シーケンスに従って突入電流防止抵抗素子３４はトライアック素子３３のターンオンに先立って発熱することから、特別な制御回路は不要である。 In the present embodiment, current is supplied to the inrush current preventing resistance element 34 prior to turning on the triac element 33. The inrush current preventing resistance element 34 generates heat in response to the supply of current. When the heat of the inrush current preventing resistance element 34 is transmitted to the triac element 33, the temperature of the triac element 33 becomes higher than the environmental temperature. As a result, the magnitude of the gate current required for turning on the triac element 33 can be reduced from the magnitude of the gate current required for the ambient temperature. As for the circuit components of the gate drive circuit 23, the temperature of the TRIAC element 33 becomes a certain temperature or higher due to the above-described configuration, and since it does not start at a low temperature, the magnitude of the gate current is reduced. Can. Such selection of circuit components can contribute to the reduction in cost and size of the mounting substrate 31. In addition, since the inrush current preventing resistance element 34 generates heat prior to the turn-on of the triac element 33 in accordance with a normal operation sequence, no special control circuit is required.

ゲート駆動回路２３ではゲート電流の供給および遮断の切り替えにあたってフォトトライアック２５が利用される。フォトトライアック２５のオンオフに応じてゲート電流の供給および遮断は制御される。ゲート電流の供給開始のタイミングは突入電流防止抵抗２２に電流が流れ発熱し、その熱がトライアック素子３３に伝熱した後にする様に制御する。こうした制御によりトライアック素子３３は確実に温度上昇の後にターンオンすることができる。 In the gate drive circuit 23, the phototriac 25 is used for switching between supply and cutoff of the gate current. The supply and interruption of the gate current are controlled in accordance with on / off of the phototriac 25. The timing for starting the supply of the gate current is controlled so that a current flows through the inrush current prevention resistor 22 to generate heat and the heat is transferred to the triac element 33. Such control ensures that the triac element 33 can be turned on after the temperature rises.

１３インバータ、１４コンバータ、１８キャパシタ、２５フォトトライアック、３１実装基板、３３サイリスタ素子（トライアック素子）、３４突入電流防止抵抗素子、３８熱伝導性シリコーン材。 13 Inverter, 14 Converter, 18 Capacitor, 25 Phototriac, 31 Mounting board, 33 Thyristor element (Triac element), 34 Inrush current prevention resistance element, 38 Thermal conductive silicone material.

Claims

サイリスタ素子と、
前記サイリスタ素子に並列に接続され、かつ前記サイリスタ素子と熱的に結合される突入電流防止抵抗素子と
を備えることを特徴とする実装基板。 A thyristor element;
A mounting board comprising: an inrush current preventing resistance element connected in parallel to the thyristor element and thermally coupled to the thyristor element.

請求項１に記載の実装基板において、前記突入電流防止抵抗素子および前記サイリスタ素子の間に介在し前記突入電流防止抵抗素子に前記サイリスタ素子を接着する熱伝導性を有する部材を備えることを特徴とする実装基板。 The mounting board according to claim 1, further comprising a member having thermal conductivity that is interposed between the inrush current prevention resistance element and the thyristor element and adheres the thyristor element to the inrush current prevention resistance element. Mounting board.

請求項１または２に記載の実装基板において、前記サイリスタ素子に代えてトライアック素子を用いることを特徴とする実装基板。 3. The mounting board according to claim 1, wherein a triac element is used instead of the thyristor element.