JP2019068648A - インバータ装置 - Google Patents

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lower arm
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賢治 早川
Kenji Hayakawa
賢治 早川
洋史 湯口
Hiroshi Yuguchi
洋史 湯口
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Abstract

【課題】スイッチング素子の小型化を図るとともにエミッタ配線経路のアンバランスを抑制することができるインバータ装置を提供する。【解決手段】主回路基板４０と制御基板とを備え、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５及び下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６におけるエミッタ電極に配線用導電板９０，９２，９４，９６，９８，１００が直接接合され、配線用導電板９０，９２，９４，９６，９８，１００から分岐する補助エミッタ９１，９３，９５，９７，９９，１０１が制御端子５３，５４，５９，６０，６４，６６に接続され、制御端子５３，５４，５９，６０，６４，６６が主回路基板４０から制御基板に延び、ドライバに電気的に接続されている。【選択図】図３

Description

本発明は、インバータ装置に関するものである。
車載用電動圧縮機等においてモータがインバータ装置によって駆動されることにより圧縮機構によって冷媒が圧縮される。三相インバータ装置は、Ｕ、Ｖ、Ｗの相毎にそれぞれ、正極母線と負極母線との間に上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子が直列接続されている。この種の技術として、特許文献１にはパワーモジュールの上面の電極パッドと外部エミッタ端子とをボンディングワイヤで接続したりボンディングワイヤに代えてはんだで直接接合することが開示されている。
特開２００３−３１７６５号公報
ところで、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の上下のアーム用スイッチング素子はドライバにより駆動される。各スイッチング素子は主回路基板に搭載され、ドライバは制御基板に搭載される。スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた場合においてＩＧＢＴのスイッチングの高速化及び安定的な動作のためにＩＧＢＴのエミッタからドライバまでの配線経路を短くすべくＩＧＢＴの上面に補助エミッタ用パッドを設けてボンディングワイヤを介してドライバと接続する。ところが、ＩＧＢＴの補助エミッタ用パッドが小型化の阻害要因になってしまう。また、Ｕ、Ｖ、Ｗの相間のエミッタ配線経路のアンバランスのみならず上下のアーム間のエミッタ配線経路のアンバランスを抑制する必要がある。
本発明の目的は、スイッチング素子の小型化を図るとともにエミッタ配線経路のアンバランスを抑制することができるインバータ装置を提供することにある。
請求項１に記載の発明では、正極母線と負極母線との間に上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子が直列接続されたＵ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、前記上アーム用スイッチング素子と前記下アーム用スイッチング素子とを、隣接して配置された状態で搭載した主回路基板と、前記Ｕ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、前記上アーム用スイッチング素子と前記下アーム用スイッチング素子を駆動するドライバを、対応する前記上アーム用スイッチング素子と前記下アーム用スイッチング素子に対向配置された状態で搭載した制御基板と、を備え、前記Ｕ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、前記上アーム用スイッチング素子及び前記下アーム用スイッチング素子におけるエミッタ電極に配線用導電板が直接接合され、前記配線用導電板から分岐する補助エミッタが制御端子に接続され、前記制御端子が前記主回路基板から前記制御基板に延び、前記ドライバに電気的に接続されてなることを要旨とする。
請求項１に記載の発明によれば、主回路基板において上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子とが隣接して配置されるとともにドライバが上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子に対向配置された状態で制御基板に搭載されており、エミッタ電極に直接接合された配線用導電板から分岐する補助エミッタを介してドライバに電気的に接続されていることにより、スイッチング素子のエミッタからドライバまでの経路が短くなり、Ｕ、Ｖ、Ｗの相間のエミッタ配線経路、及び、上下のアーム間のエミッタ配線経路を短くしてエミッタ配線経路のアンバランスを抑制することが可能となる。また、スイッチング素子の上面に補助エミッタ用パッドを設けてボンディングワイヤを介してドライバと接続する場合に比べ、補助エミッタ用パッドを不要にでき小型化が図られる。その結果、スイッチング素子の小型化を図るとともにエミッタ配線経路のアンバランスを抑制することができる。
請求項２に記載のように、請求項１に記載のインバータ装置において、前記制御基板はメイングランド基準で動作する電流検出用回路が相別に設けられ、シャント抵抗が、負極母線と下アーム用スイッチング素子のエミッタ端子との間に配置され、前記シャント抵抗のエミッタ端子側から前記補助エミッタが分岐し、前記シャント抵抗の両端は前記電流検出用回路に接続され、前記下アーム用スイッチング素子は、メイングランドとは別の補助エミッタ用グランド基準で駆動するとよい。
請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載のインバータ装置において、前記制御端子は、三相整列し、前記上アーム用スイッチング素子と前記下アーム用スイッチング素子も整列しているとよい。
本発明によれば、スイッチング素子の小型化を図るとともにエミッタ配線経路のアンバランスを抑制することができる。
電動圧縮機の一部を破断して示す側面図。 図１のＡ−Ａ線での断面図。 （ａ）はパワーモジュールの平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線でのパワーモジュールの正面図。 パワーモジュールの斜視図。 （ａ）はパワーモジュールの一部平面図、（ｂ）はパワーモジュールの一部側面図。 実施形態のインバータ装置の電気的構成を示す回路図。 実施形態の制御基板の概略平面図。 実施形態におけるターンオフ時のゲート・エミッタ電圧、コレクタ電流、コレクタ・エミッタ電圧の測定結果を示す図。 比較例の制御基板の概略平面図。 比較例のインバータ装置の電気的構成を示す回路図。 比較例におけるターンオフ時のゲート・エミッタ電圧、コレクタ電流、コレクタ・エミッタ電圧の測定結果を示す図。
以下、本発明を車載用の電動圧縮機に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電動圧縮機１０は、圧縮機構（例えばスクロール圧縮機構）１１と、モータ部１２と、モータ部１２の三相交流モータ１３を駆動する三相インバータ装置１４とが三相交流モータ１３の軸方向であるＺ方向に並んでいる。電動圧縮機１０は、ハウジング１５を有している。筒型のハウジング１５の内部に、冷媒を圧縮する圧縮機構１１、及び、圧縮機構１１を駆動するモータ部１２が収納され、軸方向であるＺ方向一端側に仕切壁１５ａを設けて閉塞されている。仕切壁１５ａは円板状をなしている。
ハウジング１５は、有底円筒状の第１ハウジング１６と、第１ハウジング１６の開口部に設けられる有蓋円筒状の第２ハウジング１７とを有している。第１ハウジング１６と第２ハウジング１７とは例えばアルミ材料よりなる。ハウジング１５は、第１ハウジング１６と第２ハウジング１７とを連結することで構成されている。第１ハウジング１６には、第１ハウジング１６内に冷媒を流入させる流入口１８が第１ハウジング１６の径方向に貫通して設けられている。第１ハウジング１６に圧縮機構１１とモータ部１２が収容されている。
三相交流モータ１３は、シャフト１３ａがベアリングボックス１３ｂ内のベアリングにより回転可能に支持されている。また、三相交流モータ１３は、シャフト１３ａに固定されたロータ１３ｃと、ロータ１３ｃの外周側において第１ハウジング１６に固定されたステータ１３ｄを有する。ステータ１３ｄのステータコアにコイル１３ｅが巻回されている。
図１及び図２に示すように、第１ハウジング１６の軸方向であるＺ方向の外表面（第１ハウジング１６の軸方向であるＺ方向の端面）には、三相交流モータ１３を駆動させる三相インバータ装置１４が配置されている。三相インバータ装置１４は、有蓋円筒状のカバー１９で覆われている。詳しくは、第１ハウジング１６の端部に軸方向であるＺ方向から、有蓋円筒状のカバー１９を嵌めることにより三相インバータ装置１４がカバー１９で覆われ、この状態でカバー１９が第１ハウジング１６にネジ等により固定されている。カバー１９は例えばアルミ材料よりなる。また、樹脂でコーティングされた鉄製材料でもよい。
インバータ装置１４はパワーモジュール２０を含む。パワーモジュール２０により図６のインバータ回路２１が構成されている。パワーモジュール２０には、アームを構成するパワー素子（図６のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６）が内蔵されている。
図６に示すように、インバータ装置１４は、インバータ回路２１とインバータ制御装置２２とコイル２３とコンデンサ２４を備えている。インバータ制御装置２２は相毎のドライバ２５，２６，２７を備えている。ドライバ２５がＵ相用ドライバであり、ドライバ２６がＶ相用ドライバであり、ドライバ２７がＷ相用ドライバである。ドライバ２５，２６，２７としてＩＣ化されたチップ（ＩＣチップ）を用いている。
インバータ回路２１は、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と６つのダイオードＤ１〜Ｄ６を有する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としてＩＧＢＴを用いている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、Ｕ相上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１と、Ｕ相下アームを構成するスイッチング素子Ｑ２が直列接続されている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、Ｖ相上アームを構成するスイッチング素子Ｑ３と、Ｖ相下アームを構成するスイッチング素子Ｑ４が直列接続されている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、Ｗ相上アームを構成するスイッチング素子Ｑ５と、Ｗ相下アームを構成するスイッチング素子Ｑ６が直列接続されている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にはダイオードＤ１〜Ｄ６が逆並列接続されている。正極母線Ｌｐ、負極母線Ｌｎには直流電源としての車載バッテリ２８が接続される。車載バッテリ２８は高圧、例えば６００Ｖバッテリである。
スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の間が三相交流モータ１３のＵ相端子に接続される。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４の間がモータ１３のＶ相端子に接続される。スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６の間がモータ１３のＷ相端子に接続される。上下のアームを構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６を有するインバータ回路２１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作に伴い車載バッテリ２８の電圧である直流電圧を交流電圧に変換してモータ１３に供給することができるようになっている。
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート端子にはＵ相用のドライバ２５が接続されている。スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のゲート端子にはＶ相用のドライバ２６が接続されている。スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のゲート端子にはＷ相用のドライバ２７が接続されている。各ドライバ２５，２６，２７は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング動作させる。つまり、インバータ回路２１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６により、各相の上下のアームを構成しており、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作により車載バッテリ２８から供給される直流を適宜の周波数の三相交流に変換して三相交流モータ１３の各相のコイル（図１のコイル１３ｅ）に供給する。即ち、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作により三相交流モータ１３の各相のコイル（図１のコイル１３ｅ）が通電されて三相交流モータ１３を駆動することができる。
スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子と負極母線Ｌｎとの間には電流検出用のシャント抵抗Ｒｓ１が接続されている。スイッチング素子Ｑ４のエミッタ端子と負極母線Ｌｎとの間には電流検出用のシャント抵抗Ｒｓ２が接続されている。スイッチング素子Ｑ６のエミッタ端子と負極母線Ｌｎとの間には電流検出用のシャント抵抗Ｒｓ３が接続されている。
制御基板３０（図１参照）はメイングランド１１０基準で動作する電流検出用回路としてのＩＣ（３５，３６，３７）が相別に設けられ、シャント抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３の両端は電流検出用回路としてのＩＣ３５，３６，３７に接続されている。詳しくは、インバータ制御装置２２には電流検出回路としての電流検出用のＩＣ３５が備えられ、シャント抵抗Ｒｓ１の両端間の電圧を検知する。同様に、インバータ制御装置２２には電流検出用のＩＣ３６が備えられ、シャント抵抗Ｒｓ２の両端間の電圧を検知する。インバータ制御装置２２には電流検出用のＩＣ３７が備えられ、シャント抵抗Ｒｓ３の両端間の電圧を検知する。各電流検出用のＩＣ３５，３６，３７は、このように検知した各シャント抵抗の両端電圧から、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流を検出してスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御に反映させる。各ドライバ２５，２６，２７および各電流検出用のＩＣ３５，３６，３７には図示しない制御電源が供給されている。
インバータ回路２１の入力側には、コイル２３とコンデンサ２４からなるフィルタ回路が設けられている。コンデンサ２４には例えばフィルムコンデンサが用いられる。コンデンサ２４の一端は正極母線Ｌｐに、他端は負極母線Ｌｎに接続されている。コイル２３の一端は車載バッテリ２８の正極端子側に、他端は正極母線Ｌｐ側に接続されている。
次に、インバータ装置１４の構造について説明する。
図１，２に示すように、インバータ装置１４には、パワーモジュール２０、コイル２３、コンデンサ２４、制御基板３０等が配置されている。制御基板３０はハウジング１５に固定され、制御基板３０にはパワーモジュール２０、コイル２３、コンデンサ２４、ドライバ２５，２６，２７、電流検出用のＩＣ３５，３６，３７等が実装されている。パワーモジュール２０、コイル２３、コンデンサ２４、制御基板３０等はカバー１９で覆われている。カバー１９はハウジング１５と導通している。制御基板３０は円板状をなしている。有蓋円筒状のカバー１９の内径と、円板状の制御基板３０の外径は、ほぼ同じである。
図７に示すように、制御基板３０は、絶縁基板３１に導体パターン（導体パターンＰｇ等）が形成されている。制御基板３０での部品実装状態として、制御基板３０にドライバ２５，２６，２７がＸ方向に並んだ状態で実装されている。
図７における制御基板３０での導体パターンとして、制御基板３０は、グランド導体パターン（接地導体パターン）Ｐｇを有する。グランド導体パターンＰｇはＹ方向に延びるスリット３２を有する。メイングランド端子１１２がグランド導体パターンＰｇにおけるＸ方向でのスリット３２の左側に接続されている。ドライバ２５，２６，２７がグランド導体パターンＰｇにおけるＸ方向でのスリット３２の右側に接続されている。このとき、メイングランド端子１１２とドライバ２５，２６，２７とは、スリット３２によりグランド導体パターンＰｇでの経路（グランド配線ライン）が長くなっている。
図１に示すように、ねじＳｃ１が制御基板３０を貫通してハウジング１５のボス（円柱部）２９に螺入されることにより制御基板３０がハウジング１５に固定されている。
図２に示すように、ハウジング１５の円形の端面（仕切壁）における円弧部にパワーモジュール２０が配置されている。つまり、パワーモジュール２０は円弧部を有し、パワーモジュール２０の円弧部がハウジング１５の円形の端面（仕切壁）における円弧部に沿うようにパワーモジュール２０が配置されている。パワーモジュール２０は三相交流モータ１３と電気的に接続されている。パワーモジュール２０、コイル２３、コンデンサ２４等は制御基板３０と電気的に接続されている。
図３（ａ），（ｂ）及び図４にはパワーモジュール２０を示す。
図３（ａ），（ｂ）及び図４に示すように、パワーモジュール２０は、主回路基板４０を備えている。主回路基板４０は、例えば銅よりなる金属板の上面に絶縁層が形成された絶縁基板に、銅よりなる導体パターン７５，７６，７７，７８，７９，８０，８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７，８８，８９が形成されている。主回路基板４０は扇型をなしている。
導体パターン７５にはスイッチング素子（チップ）Ｑ２とダイオード（チップ）Ｄ２がはんだ付けされている。導体パターン７６が導体パターン７５の右側に形成され、導体パターン７６にはスイッチング素子（チップ）Ｑ１とダイオード（チップ）Ｄ１がはんだ付けされている。導体パターン７７が導体パターン７６の右側に形成され、導体パターン７７にはスイッチング素子（チップ）Ｑ４とダイオード（チップ）Ｄ４がはんだ付けされている。導体パターン７８が導体パターン７７の右側に形成され、導体パターン７８にはスイッチング素子（チップ）Ｑ３とダイオード（チップ）Ｄ３がはんだ付けされている。導体パターン７９が導体パターン７８の右側に形成され、導体パターン７９にはスイッチング素子（チップ）Ｑ６とダイオード（チップ）Ｄ６がはんだ付けされている。導体パターン８０が導体パターン７９の右側に形成され、導体パターン８０にはスイッチング素子（チップ）Ｑ５とダイオード（チップ）Ｄ５がはんだ付けされている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は外周側（Ｙ方向正側）に、ダイオードＤ１〜Ｄ６は内周側（Ｙ方向負側）に配置されている。
図５（ａ），（ｂ）に示すように、配線用導電板９０が、スイッチング素子Ｑ２の上面のエミッタ電極１０２、ダイオードＤ２の上面電極、導体パターン８１に直接接合されている。以下同様に、図３（ａ）、図４、図５（ａ），（ｂ）に示すごとく、配線用導電板９２が、スイッチング素子Ｑ１の上面のエミッタ電極１０２、ダイオードＤ１の上面電極、導体パターン７５に直接接合されている。配線用導電板９２はＵ相出力端子１２０と電気的に接続されている。配線用導電板９４が、スイッチング素子Ｑ４の上面のエミッタ電極１０２、ダイオードＤ４の上面電極、導体パターン８２に直接接合されている。配線用導電板９６が、スイッチング素子Ｑ３の上面のエミッタ電極１０２、ダイオードＤ３の上面電極、導体パターン７７に直接接合されている。配線用導電板９６はＶ相出力端子１２１と電気的に接続されている。配線用導電板９８が、スイッチング素子Ｑ６の上面のエミッタ電極１０２、ダイオードＤ６の上面電極、導体パターン８３に直接接合されている。配線用導電板１００が、スイッチング素子Ｑ５の上面のエミッタ電極１０２、ダイオードＤ５の上面電極、導体パターン７９に直接接合されている。配線用導電板１００はＷ相出力端子１２２と電気的に接続されている。
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６はディスクリート部品であり、図３（ａ）に示すように平面視において長方形状をなしている。また、図３（ｂ）に示すように、パワーモジュール２０における基板４０の裏面は平坦面であり、この裏面がパワーモジュール２０の放熱面となっており、パワーモジュール２０における基板４０の放熱面がハウジング１５に熱的に接続されている。
さらに、図２及び図３（ａ）に示すように、ハウジング１５の外形（外周面）は円弧状をなしている。そして、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６はハウジング１５の外形に沿って配置されている。
このように、主回路基板４０において、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、図３（ａ）、図４に示すように上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６とが、隣接して配置された状態で搭載されている。また、制御基板３０において、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６を駆動するドライバ２５，２６，２７が、図２に示すように、対応する上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６に対向配置された状態で搭載されている。
図３（ａ）、図４に示すように、Ｚ方向に離間して形成された導体パターン８１，８１にはシャント抵抗（チップ抵抗器）Ｒｓ１がはんだ付けされている。Ｚ方向に離間して形成された導体パターン８２，８２にはシャント抵抗（チップ抵抗器）Ｒｓ２がはんだ付けされている。Ｚ方向に離間して形成された導体パターン８３，８３にはシャント抵抗（チップ抵抗器）Ｒｓ３はんだ付けされている。シャント抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ３はディスクリート部品である。
ボンディングワイヤにて、導体パターン７５，７６，７７，７８，７９，８０の外周側に形成された導体パターン８４，８５，８６，８７，８８，８９とスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の上面のゲート電極とが電気的に接続されている。導体パターン８４，８５，８６，８７，８８，８９には信号端子としての制御端子５２，５５，５８，６１，６５，６７が立設されている。シャント抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３の一方の電極に繋がる導体パターン８１，８２，８３には信号端子としての電圧モニタ端子５０，５６，６２が立設されている。シャント抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３の他方の電極に繋がる導体パターン８１，８２，８３には信号端子としての電圧モニタ端子５１，５７，６３が立設されている。
図３（ａ）、図４、図５（ａ），（ｂ）に示すように、配線用導電板９０が、下アーム用スイッチング素子Ｑ２におけるエミッタ電極１０２に直接接合されるが、配線用導電板９０から補助エミッタ（配線用導電板）９１が分岐している。補助エミッタ９１には立設する制御端子５３が電気的に接続されている。同様に、配線用導電板９２が、上アーム用スイッチング素子Ｑ１におけるエミッタ電極１０２に直接接合されるが、配線用導電板９２から補助エミッタ（配線用導電板）９３が分岐している。補助エミッタ９３には立設する制御端子５４が電気的に接続されている。配線用導電板９４が、下アーム用スイッチング素子Ｑ４におけるエミッタ電極１０２に直接接合されるが、配線用導電板９４から補助エミッタ（配線用導電板）９５が分岐している。補助エミッタ９５には立設する制御端子５９が電気的に接続されている。配線用導電板９６が、上アーム用スイッチング素子Ｑ３におけるエミッタ電極１０２に直接接合されるが、配線用導電板９６から補助エミッタ（配線用導電板）９７が分岐している。補助エミッタ９７には立設する制御端子６０が電気的に接続されている。配線用導電板９８が、下アーム用スイッチング素子Ｑ６におけるエミッタ電極１０２に直接接合されるが、配線用導電板９８から補助エミッタ（配線用導電板）９９が分岐している。補助エミッタ９９には立設する制御端子６４が電気的に接続されている。配線用導電板１００が、上アーム用スイッチング素子Ｑ５におけるエミッタ電極１０２に直接接合されるが、配線用導電板１００から補助エミッタ（配線用導電板）１０１が分岐している。補助エミッタ１０１には立設する制御端子６６が電気的に接続されている。
図３（ａ），（ｂ）、図４に示すように、負極用端子７０がシャント抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３の一方の導体パターン８１，８２，８３と接続されているとともに上方に延設されている。正極用端子７１が導体パターン７６，７８，８０と接続されているとともに上方に延設されている。
図１に示すように、パワーモジュール２０から延びる端子５０〜６７は、制御基板３０を貫通して制御基板３０にはんだ付けされている。このとき、補助エミッタ９１，９３，９５，９７，９９，１０１に接続される制御端子５３，５４，５９，６０，６４，６６が主回路基板４０から制御基板３０に向かってＺ方向に延び、制御基板３０においてドライバ２５，２６，２７に電気的に接続されている。
また、Ｕ相出力端子（コネクタ）１２０、Ｖ相出力端子（コネクタ）１２１、Ｗ相出力端子（コネクタ）１２２がモータ部１２に接続されている。
図６に示すように、電流検出用のＩＣ３５，３６，３７はメイングランド（メイングランド端子）１１０基準で動作し、下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６は、メイングランド１１０とは別の補助エミッタ用グランド（補助エミッタ用グランド端子）１１１基準で駆動する。
図３（ａ）に示すように、各端子５０〜６７は、左側のＵ相、右側のＷ相、中央のＶ相としてＸ方向に並んで配置されている。即ち、各端子５０〜６７は、三相整列されている。また、Ｙ方向においてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６が、並んで配置されている。即ち、上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６が整列している。
次に、作用について説明する。
Ｕ相用のドライバ２５によりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電極にパルス状のゲート電圧が印加され、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオンオフ制御される。同様に、Ｖ相用のドライバ２６によりスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のゲート電極にパルス状のゲート電圧が印加され、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がオンオフ制御される。Ｗ相用のドライバ２７によりスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のゲート電極にパルス状のゲート電圧が印加され、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６がオンオフ制御される。このスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作により車載バッテリ２８から供給される直流が適宜の周波数の三相交流に変換されて三相交流モータ１３の各相のコイルに供給される。スイッチング素子（ＩＧＢＴ）Ｑ１〜Ｑ６においてはオン時にはゲートを充電し、オフ時にはゲートから放電する。
以下、下アーム用スイッチング素子としてＷ相下アーム用のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）Ｑ６のターンオフ動作安定化のためゲートループを改善することについて説明する。
図８には、実施形態における特定のスイッチング素子における、ターンオフ時のゲート・エミッタ電圧Ｖｇｅ、コレクタ電流Ｉｃ、コレクタ・エミッタ電圧Ｖｃｅの測定結果を示す。図８において閾値電圧Ｖｔｈを併記している。
図９、図１０、図１１は比較例である。図６に対して図１０の比較例ではスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６における補助エミッタラインは無い。また、電流検出用のＩＣの機能はドライバに組み込まれている。図７に対して図９の比較例ではスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のエミッタはグランド導体パターンＰｇで繋がっている。その結果、図８に対して図１１の測定結果を得た。
図９、図１０に示す比較例においては、図１０における破線及び図９における破線で示すごとくＩＧＢＴのエミッタからドライバ２７のメイングランド（端子）１１０までの配線経路（パワーライン）が長い。そのため、図１１に示すようにコレクタ電流Ｉｃの遮断時においてゲート・エミッタ電圧Ｖｇｅが閾値電圧Ｖｔｈを跨ぐように閾値電圧Ｖｔｈ付近で停滞し誤ったオンが生じてしまいコレクタ電流Ｉｃが流れる。
これに対し図６、図７に示す本実施形態においては、図６における破線及び図７における破線で示すごとくＩＧＢＴのエミッタからドライバ２７の補助エミッタ用グランド（端子）１１１までの配線経路（パワーライン）が短い。そのため、配線インダクタンスを低減でき、これにより図８に示すようにコレクタ電流Ｉｃの遮断時のインダクタンスを小さくしてゲート・エミッタ電圧Ｖｇｅの持ち上がりを抑制することができる。その結果、ゲート・エミッタ電圧Ｖｇｅが閾値電圧Ｖｔｈ付近で停滞することなく誤ったオンが生じることなくコレクタ電流Ｉｃも流れることもない。
次に、補助エミッタパッドでワイヤボンディングする場合について言及する。
大型のＩＧＢＴのスイッチングスピードのアップ及び安定的な動作のために、ＩＧＢＴのゲート・エミッタ間とドライバ２５，２６，２７までのループ（ゲートループ）は、比較例として、小信号用の補助エミッタ用パッドをＩＧＢＴのエミッタ電極上に設け、極力短いループになるようにワイヤボンドでドライバと接続しゲート駆動を行うものがある。しかし、チップの小型化が進むにつれて補助エミッタのワイヤボンディングに必要なパッド面積比率が高くなり、小型化の阻害要因になりうる。また、密集した部位にワイヤボンディングを行う製造上の課題にもなりうる。通常、小型（３０Ａクラスの電流容量）では補助エミッタを設けずに実装することが多い。
本実施形態では、ＤＬＢ（ダイレクト・リード・ボンド）接続をすることで、メインエミッタと補助エミッタを１箇所に集約して接続する。そして、ＩＧＢＴのエミッタ配線用導電板（メインエミッタのリード）の途中から補助エミッタ９１，９３，９５，９７，９９，１０１を分岐している。
このようにして、１点集約で接続し途中から分岐することで補助エミッタ用パッドを別途設ける必要が無く、小型のチップでも補助エミッタをつけることができ、短いゲートループを構成することができる。よって、ターンオフ動作安定化のためゲートループを改善できる。つまり、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）のエミッタからドライバのグランドまでの経路を短くしてループ上の配線インダクタンス（寄生インダクタンス）を低減してコレクタ電流の遮断時に発生するゲート・エミッタ電圧Ｖｇｅ＝Ｌｓ・ｄｉ／ｄｔにおける寄生インダクタンスＬｓを小さくしてゲート・エミッタ電圧Ｖｇｅの持ち上がりを抑制することができる。また、ＤＬＢ工法を用いることでメインエミッタと補助エミッタ９１，９３，９５，９７，９９，１０１の接続を１箇所に集約でき実装の簡素化が図られる。また、スイッチング動作（ターンオン及びターンオフ）の安定化及び高速化を図ることができる。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）インバータ装置１４の構成として、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６が直列接続されたＵ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６とを、隣接して配置された状態で搭載した主回路基板４０を備える。Ｕ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６を駆動するドライバ２５，２６，２７を、対応する上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６に対向配置された状態で搭載した制御基板３０を備える。Ｕ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５及び下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６におけるエミッタ電極１０２に配線用導電板９０，９２，９４，９６，９８，１００が直接接合され、配線用導電板９０，９２，９４，９６，９８，１００から分岐する補助エミッタ９１，９３，９５，９７，９９，１０１が制御端子５３，５４，５９，６０，６４，６６に接続されている。制御端子５３，５４，５９，６０，６４，６６が主回路基板４０から制御基板３０に延び、ドライバ２５，２６，２７に電気的に接続されている。
よって、主回路基板４０において上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６とが隣接して配置されるとともにドライバ２５，２６，２７が上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６に対向配置された状態で制御基板に搭載されており、エミッタ電極１０２に直接接合された配線用導電板９０，９２，９４，９６，９８，１００から分岐する補助エミッタ９１，９３，９５，９７，９９，１０１を介してドライバ２５，２６，２７に電気的に接続されていることにより、スイッチング素子のエミッタからドライバまでの経路が短くなり、Ｕ、Ｖ、Ｗの相間のエミッタ配線経路、及び、上下のアーム間のエミッタ配線経路を短くしてエミッタ配線経路のアンバランスを抑制することが可能となる。つまり、Ｕ、Ｖ、Ｗの相間のエミッタ配線経路での寄生インダクタンスの均等化が図られるとともに上下のアーム間のエミッタ配線経路での寄生インダクタンスの均等化が図られる。また、スイッチング素子の上面に補助エミッタ用パッドを設けてボンディングワイヤを介してドライバと接続する場合に比べ、補助エミッタ用パッドを不要にでき小型化が図られる。その結果、スイッチング素子の小型化を図るとともにエミッタ配線経路のアンバランスを抑制することができる。また、スイッチング素子のエミッタからドライバまでの経路が短くなり、配線インダクタンスが低減される。
（２）メイングランドで動作する電流検出用のＩＣ３５，３６，３７が設けられている。シャント抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３が、負極母線Ｌｎと下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のエミッタ端子との間に配置され、シャント抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３のエミッタ端子側から補助エミッタ９１，９５，９９が分岐している。シャント抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３の両端は各相の電流検出用のＩＣ３５，３６，３７に接続されている。下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６は、メイングランド１１０とは別の補助エミッタ用グランド（専用の端子）１１１基準で駆動する。よって、シャント抵抗におけるもう一方の端子側（反エミッタ端子側）からドライバに接続するよりもインダクタンスを小さくすることができる。
仮に、電流制御用のＩＣ３５，３６，３７も下アーム用スイッチング素子と同様に補助エミッタ用グランド１１１で動作させようとすると、基準となる電圧が補助エミッタ用グランド１１１の電位となってしまう。正確な値を得るためには補助エミッタをシャント抵抗の反エミッタ端子側で取る必要があるが、そうすると下アーム用スイッチング素子の動作としては補助エミッタがシャント抵抗を介すこととなり、インダクタンスが増えてしまう。
（３）制御端子５３，５４，５９，６０，６４，６６は、三相整列し、上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６も整列している。これにより、省スペース化を図ることができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ ドライバは、Ｕ相用ドライバ、Ｖ相用ドライバ、Ｗ相用ドライバを有していたが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相で１つのドライバを用いてもよい。
○ シャント抵抗の無い構成としてもよく、シャント抵抗に代わりホール素子等で電流を計測する構成としてもよい。シャント抵抗は三相のうち二相のみに設けてもよい。
○ 電動圧縮機に用いるインバータ装置に適用したが、電動圧縮機以外の機器におけるインバータ装置に適用してもよい。
１４…インバータ装置、２５，２６，２７…ドライバ、３０…制御基板、３５，３６，３７…ＩＣ、４０…主回路基板、５３，５４，５９，６０，６４，６６…制御端子、９０，９２，９４，９６，９８，１００…配線用導電板、９１，９３，９５，９７，９９，１０１…補助エミッタ、１０２…エミッタ電極、１１０…メイングランド、１１１…補助エミッタ用グランド、Ｌｐ…正極母線、Ｌｎ…負極母線、Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５…上アーム用スイッチング素子、Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６…下アーム用スイッチング素子、Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３…シャント抵抗。

Claims (3)

  1. 正極母線と負極母線との間に上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子が直列接続されたＵ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、前記上アーム用スイッチング素子と前記下アーム用スイッチング素子とを、隣接して配置された状態で搭載した主回路基板と、
    前記Ｕ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、前記上アーム用スイッチング素子と前記下アーム用スイッチング素子を駆動するドライバを、対応する前記上アーム用スイッチング素子と前記下アーム用スイッチング素子に対向配置された状態で搭載した制御基板と、
    を備え、
    前記Ｕ、Ｖ、Ｗの三相、それぞれについて、前記上アーム用スイッチング素子及び前記下アーム用スイッチング素子におけるエミッタ電極に配線用導電板が直接接合され、
    前記配線用導電板から分岐する補助エミッタが制御端子に接続され、前記制御端子が前記主回路基板から前記制御基板に延び、前記ドライバに電気的に接続されてなる
    ことを特徴とするインバータ装置。
  2. 前記制御基板はメイングランド基準で動作する電流検出用回路が相別に設けられ、
    シャント抵抗が、負極母線と下アーム用スイッチング素子のエミッタ端子との間に配置され、前記シャント抵抗のエミッタ端子側から前記補助エミッタが分岐し、
    前記シャント抵抗の両端は前記電流検出用回路に接続され、
    前記下アーム用スイッチング素子は、メイングランドとは別の補助エミッタ用グランド基準で駆動することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
  3. 前記制御端子は、三相整列し、前記上アーム用スイッチング素子と前記下アーム用スイッチング素子も整列していることを特徴とする請求項１又は２に記載のインバータ装置。
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