JP6455381B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流を交流に変換する電力変換装置に関する。特に、電力変換装置への入力電圧を平滑化する平滑コンデンサから放電を実施する構成に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車において、直流電源に蓄えられた電力を用いてモータを駆動するために、直流を交流に変換する電力変換装置が用いられている。このような電力変換装置には、直流電源から電力変換装置に入力される電圧を平滑化するために平滑コンデンサが設けられている。平滑コンデンサには多量の電荷が充電されるため、車両の非走行時や異常発生時において、安全性を考慮して、平滑コンデンサから放電抵抗に対して電荷を放電する構成が知られている（例えば、特許文献１）

特開２０１５−２３７２０号公報

ここで、電力変換装置に放電抵抗を設ける場合に、電力変換装置を構成する半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路が実装されている回路基板上に、放電抵抗を実装する構成が考えられる。ここで、回路基板上に放電抵抗を実装すると、回路基板の面積が増加し、結果として装置全体の体格が増加することが懸念される。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、電力変換装置を構成する半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路が実装されている回路基板上に、放電抵抗を実装する構成において、回路基板の面積の増加を抑制する。

本構成は、高電圧側端子（Ｃ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の上アームスイッチ（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４）と、低電圧側端子（Ｅ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の下アームスイッチ（ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）と、を備え、前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとの直列接続体がそれぞれ構成され、前記上アームスイッチの前記高電圧側端子と、前記下アームスイッチの前記低電圧側端子との間の電圧を平滑化する平滑コンデンサ（Ｃ２）と、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの制御端子（Ｇ）を駆動する駆動回路（Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４）と、を備え、直流電源から入力される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置（１１）であって、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの前記制御端子が接続され、前記駆動回路が実装されている回路基板（５０）を備え、前記回路基板には、前記制御端子が接続されている箇所の周囲に絶縁領域（ＩＡ）が設けられており、前記平滑コンデンサの両端子に接続され、前記平滑コンデンサから電荷を放電する放電抵抗（６０）が、前記回路基板上において絶縁領域に沿って配置されていることを特徴とする。

回路基板に放電抵抗を実装する場合、放電抵抗に高電圧が印加されるため、放電抵抗と他の素子とを絶縁する絶縁領域を設ける必要が生じる。ここで、半導体スイッチング素子は、高電圧システムを構成するものであるため、これら各半導体スイッチング素子を他の回路と絶縁すべく、回路基板には絶縁領域が設けられている。そこで、半導体スイッチング素子の制御端子の周囲に設けられた絶縁領域に沿って、放電抵抗を配置する。この構成により、放電抵抗用の絶縁領域と半導体スイッチング素子用の絶縁領域とを兼用することができ、回路基板の面積の増加を抑制することが可能となる。

電力変換装置の電気的構成を示す回路図。 第１実施形態における回路基板における素子の配置を表す概略図。 パワーカードの構造を表す概略図。 コンデンサとスイッチング素子との接続を表す図。 第１実施形態における冷却システムを表す概略図。 第２実施形態における回路基板における素子の配置を表す概略図。 第３実施形態における車両に対して取り付けられている電力変換装置を表す概略図。 第４実施形態における回路基板における素子の配置を表す概略図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる電力変換回路の駆動装置をハイブリッド車に適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる電力変換装置の電気的構成を示す。モータジェネレータ１０は、駆動輪や内燃機関に機械的に連結されている。モータジェネレータ１０は、インバータ回路ＩＮＶに接続されている。インバータ回路ＩＮＶ（電力変換回路）は、高電圧バッテリ１２の電圧を昇圧するＤＣＤＣコンバータＣＶ（昇降圧回路）の出力電圧を入力電圧とし、直流電力を交流電力に変換するものである。ここで、高電圧バッテリ１２（直流電源）は、端子電圧がたとえば１００Ｖ以上の高電圧となるものである。なお、ＤＣＤＣコンバータＣＶの入力端子には、ＤＣＤＣコンバータＣＶに対して入力される入力電圧を平滑化するコンデンサＣ１が接続されている。

インバータ回路ＩＮＶは、高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ２〜ＳＷｐ４（上アームスイッチ）及び低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ２〜ＳＷｎ４（下アームスイッチ）の直列接続体が３つ並列接続されて構成されている。そして、これら各スイッチング素子ＳＷｐ２〜ＳＷｐ４、及び、スイッチング素子ＳＷｎ２〜ＳＷｎ４の接続点が、モータジェネレータ１０の各相にそれぞれ接続されている。

また、上記高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ２〜ＳＷｐ４及び低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ２〜ＳＷｎ４のそれぞれの入出力端子間（コレクタ及びエミッタ間）には、高電圧側のフリーホイールダイオードＦＤｐ２〜４及び低電圧側のフリーホイールダイオードＦＤｎ２〜４のカソードおよびアノードが接続されている。

一方、ＤＣＤＣコンバータＣＶは、高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ１（上アームスイッチ）および低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ１（下アームスイッチ）の直列接続体と、これに並列接続されるコンデンサＣ２（平滑コンデンサ）と、高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ１及び低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ１の接続点と高電圧バッテリ１２とを接続するインダクタＬとを備えている。スイッチング素子ＳＷｎ１，ＳＷｎ２が「昇降圧スイッチング素子」に相当する。コンデンサＣ２は、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のコレクタ（高電圧側端子）と、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４のエミッタ（低電圧側端子）とに接続され、その両端子間の電圧を平滑化する。

なお、上記インバータ回路ＩＮＶ、及び、ＤＣＤＣコンバータＣＶを構成する半導体スイッチング素子ＳＷ（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）は、いずれもパワー半導体であり、より具体的には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。

制御装置４０は、マイクロコンピュータであって、インバータ回路ＩＮＶを操作することでモータジェネレータ１０の制御量を制御するためのデジタル処理手段である。また、制御装置４０は、ＤＣＤＣコンバータＣＶのスイッチング素子ＳＷを操作することで、ＤＣＤＣコンバータＣＶの出力電圧を制御する。詳しくは、制御装置４０は、フォトカプラ等の絶縁手段を備えるインターフェース４２を介してインバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶの各スイッチング素子ＳＷに操作信号を出力することで、インバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶを操作する。より具体的には、制御装置４０はインターフェース４２を介して各スイッチング素子ＳＷの制御端子（ゲート）に対して駆動信号を入力する駆動回路に操作信号を出力する。ここで、インターフェース４２に絶縁手段を備えるのは、インバータ回路ＩＮＶや高電圧バッテリ１２を備える高電圧システムと、制御装置４０を備える低電圧システムとを絶縁するためである。

また、制御装置４０は、ＤＣＤＣコンバータＣＶやインバータ回路ＩＮＶの入力電圧の検出値を取得し、その取得した値に基づいて、上記操作信号を生成する。本実施形態の構成は、ＤＣＤＣコンバータＣＶやインバータ回路ＩＮＶの入力電圧の検出値の取得をするために、インバータ回路ＩＮＶ、及び、ＤＣＤＣコンバータＣＶの入力電圧を、制御装置４０が有するアナログデジタル変換器の入力可能電圧に変換する差動増幅回路２０，３０を備えている。

差動増幅回路２０，３０はいずれも、一対の入力端子の電圧を低電圧システムの接地基準での電圧に変換する電圧変換回路である。差動増幅回路２０，３０によって変換された電圧は、電圧検出手段である制御装置４０に入力される。これは、本実施形態では、高電圧システムの基準電圧と低電圧システムの基準電圧とが相違するためである。具体的には、基準電圧となるＤＣＤＣコンバータＣＶやインバータ回路ＩＮＶの負極側の入力端子の電圧ＶＮは、低電圧システムにおける基準電圧よりも低くなっている。これは、本実施形態では、コンデンサＣ１の正極電圧と負極電圧との中央値を低電圧システムの基準電圧としているためである。基準電圧のこのような設定は、コンデンサＣ１の両端の電圧を抵抗によって分圧したものを低電圧システムの基準電圧とすることで実現することができる。なお、低電圧システムの基準電圧は、接地電圧（車体電圧）である。

差動増幅回路２０は、インバータ回路ＩＮＶの正極側の入力端子の電圧（コンデンサＣ２の正極側と接続される端子ＴＨの電圧ＶＨ）と、負極側の入力端子の電圧（コンデンサＣ１の負極側と接続される端子ＴＮの電圧ＶＮ）との電圧差、即ち、コンデンサＣ２の端子間電圧を変換する手段であり、オペアンプ２１を備えて構成される。ここで、端子ＴＨの電圧ＶＨと接地電圧との電圧差は、分圧用の抵抗体である複数の高抵抗体２３と、低抵抗体２４によって分圧された後、オペアンプ２１の反転入力端子に印加される。また、端子ＴＮの電圧ＶＮと接地電圧との電圧差は、複数の高抵抗体２５と、低抵抗体２６とによって分圧され、オペアンプ２１の非反転入力端子に印加される。オペアンプ２１の反転入力端子と出力端子とは抵抗体２２によって接続されている。

差動増幅回路３０は、ＤＣＤＣコンバータＣＶの正極側の入力端子の電圧（コンデンサＣ１の正極側の端子と接続される端子ＴＬの電圧ＶＬ）と、端子ＴＮの電圧ＶＮとの電圧差、即ち、コンデンサＣ１の端子間電圧を変換する手段であり、オペアンプ３１を備えて構成される。ここで、端子ＴＬの電圧ＶＬと接地電圧との電圧差は、複数の高抵抗体３３と、低抵抗体３４によって分圧された後、オペアンプ３１の反転入力端子に印加される。また、端子ＴＮの電圧ＶＮと接地電圧との電圧差は、分圧用の抵抗体である複数の高抵抗体３５と、低抵抗体３６とによって分圧され、オペアンプ３１の非反転入力端子に印加される。オペアンプ３１の反転入力端子と出力端子とは抵抗体３２によって接続されている。

さらに、本実施形態の電力変換装置１１では、コンデンサＣ２に対して、放電抵抗６０が並列接続されている。より具体的には、コンデンサＣ２の高電圧側端子ＰＰと、放電抵抗６０の端子ＴＡとが接続され、コンデンサＣ２の低電圧側端子ＰＮと、放電抵抗６０の端子ＴＢとが接続されている。放電抵抗６０は、電力変換装置１１を含む車両の電源システムを停止する場合に、コンデンサＣ２に残留している電荷を放電することで、車両の安全性を確保するために設けられている。放電抵抗６０は、複数の抵抗体６１が直列接続されて構成されている。

図２に、本実施形態にかかるインバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶ、放電抵抗６０等が実装される回路基板５０を示す。図示される回路基板５０は、インバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶに接続される高電圧回路領域ＨＶと、低電圧回路領域ＬＶとの双方を有する。ここで、基本的には、図中、右側（上アームスイッチＳＷｐ４に対し、上アームスイッチＳＷｐ３が設けられている方向と逆の方向）の領域が低電圧回路領域ＬＶであり、中央及び左側（上アームスイッチＳＷｐ４に対し、上アームスイッチＳＷｐ３が設けられている方向）の領域が高電圧回路領域ＨＶである。ただし、高電圧回路領域ＨＶ内には、フォトカプラＰｐ１〜Ｐｐ４，Ｐｎ１〜Ｐｎ４のように、低電圧システムと高電圧システムとの双方を構成する部品も混在している。

また、インバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶの各スイッチング素子ＳＷの駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４の電源回路を構成するフライバックコンバータ用の電解コンデンサＣＰは、低電圧システムを構成するものとして、図中右側の低電圧回路領域ＬＶに配置されている。また、駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４の電源回路を構成するフライバックコンバータ用のトランスＴＲの１次巻線側は低電圧システムを構成するものとして低電圧回路領域ＬＶに配置され、２次巻線側は高電圧システムを構成するものとして高電圧回路領域ＨＶに配置されている。

図中、コネクタ６６は、制御装置４０による指令信号や、低電圧システムの接地（車体のボディ）や、端子電圧が十数Ｖの低電圧バッテリの電源線や、ＣＡＮ通信線等を回路基板５０上の低電圧回路に接続するためのものである。

図３に示すように、上記インバータ回路ＩＮＶやＤＣＤＣコンバータＣＶの各スイッチング素子ＳＷは、回路基板５０の裏面（図２に示された面の裏面）側から回路基板５０に差し込まれて接続されている。ここで、各スイッチング素子ＳＷは、他の素子とともに絶縁材料で被覆されてパワーカードＰＷＣ（モジュール）を構成している。パワーカードＰＷＣには、フリーホイールダイオードＦＤや感温ダイオードＳＤも収納されているが、図３では、フリーホイールダイオードＦＤの記載を省略している。

パワーカードＰＷＣは、高電圧側のスイッチング素子ＳＷが収納されたものと、低電圧側のスイッチング素子ＳＷが収納されたものとで互いに同一構造である。パワーカードＰＷＣは、絶縁材料から外部へ露出した複数の信号端子を有する。具体的には、スイッチング素子ＳＷのゲート端子Ｇ、エミッタ検出端子ＫＥ、コレクタ検出端子ＫＣ、センス端子ＳＥ、感温ダイオードＳＤのアノードＡおよびカソードＫの各端子が、回路基板５０に挿入され接続されている。ここで、エミッタ検出端子ＫＥ（第１検出用端子）は、スイッチング素子ＳＷのエミッタＥ（低電圧側端子）に接続され、エミッタＥと同電圧の電極である。コレクタ検出端子ＫＣ（第２検出用端子）は、スイッチング素子ＳＷのコレクタ（高電圧側端子）に接続され、コレクタと同電圧の電極である。センス端子ＳＥは、スイッチング素子ＳＷを流れる電流と相関を有する微小電流を出力するための端子である。

図２に示すように、スイッチング素子ＳＷは、高電圧システムを構成するものであるため、これら各スイッチング素子ＳＷを他の回路と絶縁すべく、回路基板５０には、絶縁領域ＩＡが設けられている。絶縁領域ＩＡは、回路（素子や配線や電源パターン）が配置されない領域である。

ここで、図中下の列には、下アームスイッチ素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４を備えるパワーカードＰＷＣの端子が示されている。これら下アームスイッチ素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４に対応するエミッタ検出端子ＫＥが、いずれも同一の基準電圧（端子ＴＮの電圧ＶＮ）であるため、これらの間に絶縁領域ＩＡが設けられていない。このため、これら下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４を駆動する駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ４は、この基準電圧を基準にして所定の電圧幅で動作することとなる。ここで、これら駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ４の構成部品の動作電圧自体は、必ずしも低電圧回路領域ＬＶ内の部品と比較して大きいわけではない。このため、これら互いに相違する下アームスイッチ素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４の駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ４同士は、回路基板５０上において必ずしも絶縁領域ＩＡを設ける必要がない。

これに対し、図中上の列には、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４を備えるパワーカードＰＷＣの端子が示されており、これらは互いに絶縁領域ＩＡによって隔離されている。そして、絶縁領域ＩＡによって囲まれた領域に上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４を駆動する駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４が実装されている。これは、各上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４同士のエミッタ検出端子ＫＥの電圧が、対応する低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４がオン状態であるかオフ状態であるかに応じて、大きく変動するからである。このため、これらの駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４の動作電圧自体は小さいとはいえ、駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４同士を絶縁する必要が生じる。上記絶縁領域ＩＡの幅は、法規による要請や、絶縁破壊等を回避する観点から定められる。

ここで、放電抵抗６０にも高電圧が印加されるため、放電抵抗６０の周囲にも絶縁領域を設ける必要がある。本実施形態では、図２に示すように放電抵抗６０を構成する抵抗体６１を上アームスイッチＳＷｐ１及び下アームスイッチＳＷｎ１のゲート端子Ｇの周囲にそれぞれ設けられた絶縁領域ＩＡに沿って配置した。これにより、放電抵抗６０用の絶縁領域と、パワーカードＰＷＣの配置によって必要となった絶縁領域ＩＡとを兼用することができ、回路基板５０の集積度を向上させることができる。なお、差動増幅回路２０，３０を構成する高抵抗体２３，２５，３３，３５は、放電抵抗６０が配置されている面の裏側の面に実装されている。

図４として、スイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４とコンデンサＣ２との接続を表す概略図を示す。上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のコレクタＣは互いに、金属製の棒状（又は板状）の部材であるバスバーＢ１によって接続されている。さらに、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４のコレクタＣは、バスバーＢ１によって、コンデンサＣ２の高電圧側の端子ＰＰに接続されている。

同様に、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４のエミッタＥは互いに、金属製の棒状の部材であるバスバーＢ２によって接続されている。さらに、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４のエミッタＥは、バスバーＢ２によって、コンデンサＣ２の低電圧側の端子ＰＮに接続されている。

このため、放電抵抗６０の端子ＴＡ，ＴＢを、ＤＣＤＣコンバータＣＶの上アームスイッチＳＷｐ１のコレクタＣ、及び、下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタＥに接続することで、放電抵抗６０をコンデンサＣ２に接続することが可能になる。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、放電抵抗６０の端子ＴＡを、ＤＣＤＣコンバータＣＶの上アームスイッチＳＷｐ１のコレクタ検出端子ＫＣに接続する。また、放電抵抗６０の端子ＴＢを、ＤＣＤＣコンバータＣＶの下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタ検出端子ＫＥに接続する。コレクタ検出端子ＫＣ及びエミッタ検出端子ＫＥは、回路基板５０に接続されているため、回路基板５０上の配線（プリント配線）を用いて、端子ＴＡ，ＴＢと接続することができる。これにより、ワイヤーハーネスなどを用いた接続と比較して、簡易な構造で接続をすることが可能になる。

さらに、回路基板５０の所定の端部（放電抵抗６０が配置されている端部）に沿って配置された上アームスイッチＳＷｐ１のコレクタ検出端子ＫＣ、及び、回路基板５０の所定の端部に沿って配置された下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタ検出端子ＫＥに接続されている。これにより、回路基板５０におけるプリント配線の経路を短くし、プリント配線を簡略化することができる。

ここで、本実施形態の放電抵抗６０は、電源システムや車両に異常が発生した場合に、平滑コンデンサと導通状態とされ、急速放電を実施するものではなく、コンデンサＣ２と常に導通状態とされ、通常動作時において緩放電を実施するものである。このため、放電抵抗６０は常時発熱することとなり、周囲の回路素子に与える影響が問題となる。

図２に示すように、本実施形態では、図面右側の低電圧回路領域ＬＶに駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４の電源回路を構成するトランスＴＲの一次巻線側と、電解コンデンサＣＰとが配置されている。また、図面左側の高電圧回路領域ＨＶに放電抵抗６０が配置されている。つまり、スイッチング素子ＳＷのゲート端子Ｇの周囲に設けられる絶縁領域ＩＡが回路基板５０の中央部分に設けられ、それら絶縁領域ＩＡを挟むように、電源回路（トランスＴＲ及び電解コンデンサＣＰ）と、放電抵抗６０とが配置されている。言い換えると、電源回路は、回路基板５０の所定の端部に配置されており、放電抵抗６０は、電源回路が配置された端部とは異なる端部（対向する端部）に配置されている。

図２に示すように回路基板５０に駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４の電源回路を配置することで、簡易な構成で駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４に対して電力を供給することが可能になる。ここで、コンデンサＣ２の放電に伴い、放電抵抗６０は発熱する。また、電源回路には、電解コンデンサＣＰのように耐熱性の低い素子が含まれることが多い。そこで、放電抵抗６０と電源回路とを回路基板上の異なる端部にそれぞれ配置することで、電源回路を構成する素子の劣化を抑制することができる。

また、図２に示すように、図の上方及び下方にフォトカプラＰｐ１〜Ｐｐ４，Ｐｎ１〜Ｐｎ４が設けられている。フォトカプラＰｐ１〜Ｐｐ４，Ｐｎ１〜Ｐｎ４は、高電圧回路領域ＨＶと低電圧回路領域ＬＶとを絶縁しつつ、制御装置４０から出力される操作信号を、駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４に対して送信する。

フォトカプラＰｐ１〜Ｐｐ４は、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４の信号端子の接続箇所の周囲に設けられた絶縁領域ＩＡにまたがるように設けられている。さらに、フォトカプラＰｐ１〜Ｐｐ４は、回路基板５０の上端部に配置されている。また、フォトカプラＰｎ１〜Ｐｎ４は、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４の信号端子の接続箇所の周囲に設けられた絶縁領域ＩＡにまたがるように設けられている。さらに、フォトカプラＰｎ１〜Ｐｎ４は、回路基板５０の下端部に配置されている。

フォトカプラＰｐ１〜Ｐｐ４，Ｐｎ１〜Ｐｎ４は、耐熱性が低い。そこで、発熱する放電抵抗６０とフォトカプラＰｐ１〜Ｐｐ４，Ｐｎ１〜Ｐｎ４とを回路基板上の異なる端部にそれぞれ配置することで、フォトカプラＰｐ１〜Ｐｐ４，Ｐｎ１〜Ｐｎ４の劣化を抑制することができる。

また、図５に示すように、パワーカードＰＷＣの所定面を冷却システム７０によって冷却する。本実施形態における冷却システム７０は、パワーカードＰＷＣに対して固着される金属板７１と、その金属板７１と一体化された金属製の中空パイプ７２と、その中空パイプ７２に流れる冷媒とから構成されている。冷却システム７０は、パワーカードＰＷＣ（スイッチング素子ＳＷ）において生じた熱を、金属板７１に伝達し、さらに、金属板７１から中空パイプ７２を介して冷媒に対して伝達する。

本実施形態では、図５に示すように放電抵抗６０を構成する抵抗体６１を、回路基板５０の両面のうちパワーカードＰＷＣが実装されている面に実装する構成とした。冷却システム７０によって、パワーカードＰＷＣが実装されている面は、その反対側の面に比べて温度が低くなる。このため、パワーカードＰＷＣが実装されている面と同じ面に放電抵抗６０を実装することで、部材の追加を抑えながら放電抵抗６０を効率的に冷却することが可能になる。さらに、放電抵抗６０と冷却システム７０とを、絶縁した上で、接触させることで効率的に放電抵抗６０を冷却することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、コンデンサＣ２と放電抵抗６０との接続に係る構成を、第１実施形態の図２に示す構成から変更する。本実施形態の構成を図６に示す。第１実施形態と同様の構成については、適宜説明を省略する。

本実施形態の構成では回路基板５０ａに対し、コンデンサＣ２の両端子ＰＮ，ＰＰを接続する。本実施形態におけるコンデンサＣ２は、高電圧側端子ＰＰと等電圧となる高電圧検出端子ＰＰａと、低電圧側端子ＰＮと等電圧となる低電圧検出端子ＰＮａとを備えている。そして、図６に示すように、高電圧検出端子ＰＰａと低電圧検出端子ＰＮａとが回路基板５０にそれぞれ接続されている。高電圧検出端子ＰＰａと低電圧検出端子ＰＮａとは、ともに回路基板５０ａの端部に接続されているとともに、絶縁領域ＩＡの近傍に接続されている。

回路基板５０ａ上において、高電圧検出端子ＰＰａと低電圧検出端子ＰＮａとの間に放電抵抗６０を配置する。放電抵抗６０を構成する抵抗体６１は、回路基板５０ａの端部に配置されているとともに、絶縁領域ＩＡに沿って配置されている。第２実施形態の構成により、第１実施形態と同様に、放電抵抗６０用の絶縁領域と、パワーカードＰＷＣ等の配置によって必要となった絶縁領域ＩＡとを兼用することができ、回路基板５０ａの集積度を向上させることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態における電力変換装置１１ｂは、図７に示すように、回路基板５０の両面が上下に向くように車両１００に搭載されている。そして、放電抵抗６０は、電力変換装置１１ｂが車両１００に搭載される際に、回路基板５０の上面となる面に実装されている。大気中において熱は空気を介して上方向に伝搬するため、放電抵抗６０を回路基板５０の上方向に実装することで、放電抵抗６０に生じる熱を効率的に拡散させることができる。

（第４実施形態）
図８として、第４実施形態における放電抵抗６０を構成する抵抗体６１と、差動増幅回路２０を構成する高抵抗体２３，２５との配置を示す。本実施形態では、抵抗体６１と、高抵抗体２３，２５とを回路基板５０の同一面に配置する。さらに、抵抗体６１と高抵抗体２３，２５とを絶縁距離を保ちつつ、互いに沿って配置することで、抵抗体６１に要する絶縁領域と、高抵抗体２３，２５に要する絶縁領域とを共用することができる。これにより、回路基板５０の面積の増加を抑制できる。

また、上アームスイッチＳＷｐ１のコレクタ検出端子ＫＣから端子ＴＰ，ＴＨに引き出す経路を共用化するとともに、下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタ検出端子ＫＥから端子ＴＢ，ＴＮに引き出す経路を共用化する。これにより、回路基板５０におけるプリント配線を簡略化できる。

（他の実施形態）
・上記実施形態では、スイッチング素子ＳＷとしてＩＧＢＴを用いたが、これを変更し、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いてもよい。

・上記実施形態では、制御装置４０を回路基板５０の外部に設け、コネクタ６６を介して制御装置４０と回路基板５０上の素子とを接続する構成とした。これを変更し、制御装置４０を回路基板５０に実装する構成としてもよい。

・第１実施形態では、上アームスイッチＳＷｐ１のコレクタＣと、下アームスイッチＳＷｎ１のエミッタＥとの間に放電抵抗６０を接続する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、ＤＣＤＣコンバータＣＶを有しない電力変換装置においては、インバータ回路ＩＮＶを構成する上アームスイッチＳＷｐ２のコレクタＣ（コレクタ検出端子ＫＣ）と、下アームスイッチＳＷｎ２のエミッタＥ（エミッタ検出端子ＫＥ）との間に放電抵抗６０を接続する構成とするとよい。

・第１実施形態における冷却システムを水冷式から空冷式に変更してもよい。

・放電抵抗６０と電力変換装置１１の金属製の筐体とを、絶縁状態を保ちつつ接触させ、放電抵抗６０を冷却する構成としてもよい。放電抵抗６０は回路基板５０の端部に配置されているため、容易に筐体と接触させることが可能である。

・上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ４が、他の素子とともに絶縁材料で被覆されて構成されるパワーカードＰＷＣについて、全てのパワーカードＰＷＣがコレクタ検出端子ＫＣを備えていなくてもよい。具体的には、第１実施形態を変更し、上アームスイッチＳＷｐ１を有するパワーカードＰＷＣのみがコレクタ検出端子ＫＣを備え、他の上アームスイッチＳＷｐ２〜ＳＷｐ４を有するパワーカードＰＷＣがコレクタ検出端子ＫＣを備えていない構成としてもよい。

同様に、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ４を有する全てのパワーカードＰＷＣがエミッタ検出端子ＫＥを備えていなくてもよい。具体的には、第１実施形態を変更し、下アームスイッチＳＷｎ１を有するパワーカードＰＷＣのみがエミッタ検出端子ＫＥを備え、他の上アームスイッチＳＷｎ２〜ＳＷｎ４を有するパワーカードＰＷＣがエミッタ検出端子ＫＥを備えていない構成としてもよい。

１１…電力変換装置、ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４…下アームスイッチ、ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４…上アームスイッチ、Ｃ２…コンデンサ（平滑コンデンサ）、５０…回路基板、６０…放電抵抗、Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４…駆動回路、Ｇ…ゲート端子（制御端子）、Ｅ…エミッタ（低電圧側端子）、Ｃ…コレクタ（高電圧側端子）、ＩＡ…絶縁領域。

Claims (8)

1. 高電圧側端子（Ｃ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の上アームスイッチ（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４）と、
   低電圧側端子（Ｅ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の下アームスイッチ（ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）と、を備え、
   前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとの直列接続体がそれぞれ構成され、
   前記上アームスイッチの前記高電圧側端子と、前記下アームスイッチの前記低電圧側端子との間の電圧を平滑化する平滑コンデンサ（Ｃ２）と、
   前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの制御端子（Ｇ）を駆動する駆動回路（Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４）と、
   を備え、直流電源から入力される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置（１１）であって、
   前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの前記制御端子が接続され、前記駆動回路が実装されている回路基板（５０）を備え、
   前記回路基板には、前記制御端子が接続されている箇所の周囲に絶縁領域（ＩＡ）が設けられており、
   前記半導体スイッチング素子は、他の素子とともに絶縁材料で被覆されてモジュール（ＰＷＣ）を構成するとともに、前記絶縁材料から外部へ露出した複数の信号端子（ＫＣ，Ｋ，Ａ，Ｇ，ＳＥ，ＫＥ）を備え、前記信号端子は、前記半導体スイッチング素子の低電圧側端子に接続された第１検出用端子（ＫＥ）と、前記半導体スイッチング素子の高電圧側端子に接続された第２検出用端子（ＫＣ）と、前記制御端子とを含み、
   前記回路基板には、前記複数の信号端子が接続され、
   前記下アームスイッチの前記第１検出用端子、及び、前記上アームスイッチの前記第２検出用端子に接続されることで、前記平滑コンデンサの両端子に接続され、前記平滑コンデンサから電荷を放電する放電抵抗（６０）が、前記回路基板の所定の端部に沿って配置されるとともに、前記回路基板上において前記絶縁領域に沿って配置され、
   前記放電抵抗は、前記所定の端部に沿って配置された前記下アームスイッチ（ＳＷｎ１）の前記第１検出用端子、及び、前記所定の端部に沿って配置された前記上アームスイッチ（ＳＷｐ１）の前記第２検出用端子に、前記絶縁領域をまたいで接続されることで、前記平滑コンデンサの両端子に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記駆動回路に対して指令信号を送信するフォトカプラ（Ｐｐ１〜Ｐｐ４，Ｐｎ１〜Ｐｎ４）は、前記回路基板の所定の端部に配置され、
   前記放電抵抗は、前記回路基板において、前記フォトカプラが配置された端部とは異なる端部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 高電圧側端子（Ｃ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の上アームスイッチ（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ４）と、
   低電圧側端子（Ｅ）が互いに接続された半導体スイッチング素子である複数の下アームスイッチ（ＳＷｎ１〜ＳＷｎ４）と、を備え、
   前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとの直列接続体がそれぞれ構成され、
   前記上アームスイッチの前記高電圧側端子と、前記下アームスイッチの前記低電圧側端子との間の電圧を平滑化する平滑コンデンサ（Ｃ２）と、
   前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの制御端子（Ｇ）を駆動する駆動回路（Ｄｐ１〜Ｄｐ４，Ｄｎ１〜Ｄｎ４）と、
   を備え、直流電源から入力される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置（１１）であって、
   前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの前記制御端子が接続され、前記駆動回路が実装されている回路基板（５０）を備え、
   前記回路基板には、前記制御端子が接続されている箇所の周囲に絶縁領域（ＩＡ）が設けられており、
   前記平滑コンデンサの両端子に接続され、前記平滑コンデンサから電荷を放電する放電抵抗（６０）が、前記回路基板上において絶縁領域に沿って配置され、
   前記駆動回路に対して指令信号を送信するフォトカプラ（Ｐｐ１〜Ｐｐ４，Ｐｎ１〜Ｐｎ４）は、前記回路基板の所定の端部に配置され、
   前記放電抵抗は、前記回路基板において、前記フォトカプラが配置された端部とは異なる端部に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
4. 前記駆動回路に対して電力を供給する電源回路（ＴＲ，ＣＰ）は、前記回路基板の所定の端部に配置され、
   前記放電抵抗は、前記回路基板において、前記電源回路が配置された端部とは異なる端部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記電源回路は、電解コンデンサ（ＣＰ）を備えていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記半導体スイッチング素子は、前記回路基板の所定面に実装されており、
   前記回路基板の所定面には、前記半導体スイッチング素子を冷却する冷却システム（７０）が設けられており、
   前記放電抵抗は、前記回路基板の前記所定面に実装されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記電力変換装置は、前記回路基板の両面が上下に向くように車両（１００）に搭載される車載電力変換装置（１１ｂ）であって、
   前記放電抵抗は、前記電力変換装置が前記車両に搭載される際に、前記回路基板の上面となる面に実装されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記放電抵抗と、前記平滑コンデンサとは、常に導通状態であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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