JP6638324B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。

ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換装置は、スイッチング素子、コア、コアの周囲に延びるコイル（またはトランス）、コンデンサ、ダイオード等により構成されている。ここで、コイル部を有するコイル基板を用いてスイッチング電源装置を構成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−１５３７２４号公報

ところで、絶縁基板に厚い銅板を接合し、銅板にパワー素子を実装した大電流用基板において、パワー素子が実装される部分の後段部分に例えばフィルタ用としてのコイル部が形成されることがある。コイル部はコアの周囲に延びる銅板で形成されるが、コアの大型化を抑制するためコイル部の投影面積を小さくすることが好ましい。コイル部の投影面積を小さくするためにはコイル部の線幅を狭くすることが考えられる。

しかし、コイル部の線幅を狭くした結果、例えば、コイル部の電流経路の断面積がコイル部前段部分の電流経路の断面積より小さくなる場合、コイル部での発熱が問題となる。ここで、絶縁基板におけるベース部材とは反対側にコイル部が形成される場合、コイル部の熱は絶縁基板を介してベース部材に放熱されることになるため、熱抵抗が大きいという問題がある。

本発明の目的は、コイル部に対応するコアの大型化を抑制するとともに、放熱性に優れる電力変換装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、パワー素子と、絶縁板の表面に対して、コイル部を構成するとともに前記パワー素子が実装される部分を構成する金属板が接合されたパワー基板と、前記コイル部が巻回されるコアと、前記パワー基板の裏面側に配置され、前記パワー基板および前記コアが固定されるベース部材と、を備える電力変換装置であって、前記パワー基板の表面側において前記コイル部に接触する絶縁層と、前記絶縁層に接触する放熱部材と、を備え、前記放熱部材は前記ベース部材に固定されていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、パワー基板における表面側において、コイル部に接触する絶縁層に接触する放熱部材を備え、放熱部材はベース部材に固定されているので、コイル部の線幅を狭くしてコイル部の投影面積を小さくしてコイル部に対応するコアの大型化を抑制するとともに、コイル部の熱は放熱部材に逃がされ、放熱性に優れる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の電力変換装置において、前記放熱部材における前記パワー基板の配置側とは反対側には制御基板が配置され、前記放熱部材は水平方向に延びる平板部と、前記平板部から前記制御基板の方に突出するボスとを備え、前記ベース部材には雌ねじ孔が設けられるとともに前記パワー基板、前記ボスおよび前記制御基板にはねじ挿通孔が設けられ、前記パワー基板のねじ挿通孔、前記ボスのねじ挿通孔、および前記制御基板のねじ挿通孔を通るねじが前記ベース部材の雌ねじ孔に螺合されて前記ベース部材に対し前記パワー基板、前記制御基板、前記放熱部材が一括締結されているとよい。

請求項３に記載のように、請求項１に記載の電力変換装置において、前記放熱部材における前記パワー基板の配置側とは反対側には制御基板が配置され、前記放熱部材は水平方向に延びる平板部と、前記平板部から前記制御基板の方に突出し前記パワー基板と平面視で重なるボスとを備え、前記ボスおよび前記制御基板にはねじ挿通孔が設けられ、前記制御基板のねじ挿通孔、前記ボスのねじ挿通孔を通るねじにより前記制御基板が前記放熱部材に締結されているとよい。

この場合においては、ベース部材にボスを設けなくてもよくベース部材の投影面積を小さくすることができる。
請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、前記放熱部材には前記コアを前記ベース部材に対して固定するブラケットが固定されているとよい。

請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置において、前記コイル部における電流経路の断面積は、前記コイル部の前段部分における電流経路の断面積よりも小さい場合に適用するとよい。

本発明によれば、コイル部に対応するコアの大型化を抑制するとともに、放熱性に優れたものとなる。

実施形態における絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図。 絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの平面図。 絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの断面図。 アルミ板を示す平面図。 絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの平面図。 （ａ）は別例の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの断面図、（ｂ）は別例の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの分解断面図。 比較例の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの断面図。

以下、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ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、電力変換装置としての絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、フォワード形ＤＣ−ＤＣコンバータであって、トランス１１を備えている。トランス１１は１次側コイル（巻線）１１ａと２次側コイル（巻線）１１ｂを備えている。絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は自動車用であり、車両に搭載される。絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、トランス１１の１次側の入力電圧を降圧してトランス１１の２次側に出力する。例えば、３００ボルトを入力して１２ボルトに降圧して出力する。

１次側コイル１１ａの一方の端子は入力端子と接続され、入力端子はバッテリ１２の正極端子と接続される。１次側コイル１１ａの他方の端子は１次側スイッチング素子１４を介して接地されている。１次側スイッチング素子１４としてパワーＭＯＳＦＥＴが用いられている。

入力端子とトランス１１の１次側コイル１１ａとの間には平滑コンデンサ１３の正極が接続され、平滑コンデンサ１３の負極は接地されている。平滑コンデンサ１３には電解コンデンサが使用される。平滑コンデンサ１３によりトランス１１の１次側電圧が平滑される。

トランス１１の２次側コイル１１ｂにはダイオード１６，１７よりなる整流回路が接続されている。ダイオード１６は、トランス１１の２次側のグランドにアノードが接続され、トランス１１の２次側コイル１１ｂの一方端にカソードが接続される。ダイオード１７は、ダイオード１６のアノードにアノードが接続され、トランス１１の２次側コイル１１ｂの他方端にカソードが接続される。

さらに、コンデンサ１９がダイオード１７に並列接続されている。コイル１８が、トランス１１の２次側コイル１１ｂとコンデンサ１９との間に設けられている。コイル１８とコンデンサ１９とでフィルタ回路を構成している。

１次側スイッチング素子１４のゲート端子に制御ＩＣ１５が接続されている。制御ＩＣ１５から１次側スイッチング素子１４のゲート端子にパルス信号が出力され、このパルス信号により１次側スイッチング素子１４がスイッチングされる。１次側スイッチング素子１４がオンしているときに１次側の電源からエネルギーを２次側へ供給する。１次側スイッチング素子１４がオフしているときにコイル１８に溜め込んだエネルギーを出力へ放出する。詳しくは、直流電圧が平滑コンデンサ１３を通してトランス１１の１次側コイル１１ａに供給され、制御ＩＣ１５により、１次側スイッチング素子１４がオン／オフ制御され、このオン／オフ動作における、１次側スイッチング素子１４のオン期間において１次側コイル１１ａに１次電流が流れ、トランス１１の起電力で２次電流が流れる。１次側スイッチング素子１４がオフしているときにコイル１８の電流がコイル１８の逆起電力でダイオードＤ１７経由で出力に流れる。

制御ＩＣ１５には検出回路２０が接続され、検出回路２０により出力電圧Ｖｏｕｔが検出される。検出回路２０による出力電圧Ｖｏｕｔの測定結果が制御ＩＣ１５に送られる。制御ＩＣ１５は検出回路２０による出力電圧Ｖｏｕｔの測定結果をフィードバック信号として出力電圧Ｖｏｕｔが所望の一定値となるように１次側スイッチング素子１４のデューティを制御する。

このように絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の駆動に伴いスイッチング損失や導通損失により１次側スイッチング素子１４、整流素子（ダイオード１６，１７）、トランス１１等が発熱する。

以下、具体的構造について説明する。
図２に絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の平面を、図３に絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の断面を示す。図３は、図２のＡ１−Ａ１線での断面、図２のＡ２−Ａ２線での断面、図２のＡ３−Ａ３線での断面を示す。

図２，３に示すように、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、板状をなすアルミ製のベースプレート（ケース）３０と、大電流が流れるパワー基板（大電流基板）４０と、小電流が流れる制御基板（小電流基板）５０と、上下一対のコア６０と、上下一対のコア７０と、放熱部材としてのアルミ板８０を備える。図３に示すように、ベース部材としてのベースプレート３０が水平に配置され、ベースプレート３０の上面にパワー基板４０およびコア６０．７０が配置されるとともに、水平に配置されるパワー基板４０の上にアルミ板８０が水平に配置され、その上に制御基板５０が水平に配置される。図２においては制御基板５０の図示は省略している。図４にはアルミ板８０を示す。図５においては図２でのアルミ板８０を取り外した状態を示す。制御基板５０には制御素子等の部品が実装されている。

コア６０は、ＥＩ型コアであって、図５に示すように、水平方向に延設された本体部６１の下面の中央部から突出する中央磁脚６２と、本体部６１の下面の端部から突出する両側磁脚６３，６４を有している。中央磁脚６２は円柱状をなしている。中央磁脚６２および両側磁脚６３，６４はパワー基板４０を貫通している。

図３，５に示すように、コア７０は下コア７１と上コア７２よりなる。下コア７１は、Ｉ型コアであり、下コア７１は、水平方向に延設された板状をなしている。上コア７２はＵ型コアであり、上コア７２は、長方形の板状をなし、水平方向に延設された本体部７３と、本体部７３の下面の端部から突出する両側磁脚７４，７５とからなる。両側磁脚７４，７５は角柱状をなしている。両側磁脚７４，７５はパワー基板４０を貫通している。

ベースプレート３０の上にコア６０が配置されている。また、図３に示すようにベースプレート３０の上面に形成した凹部３１にコア７０の下コア７１が配置されるとともに下コア７１の上に上コア７２が配置される。下コア７１の上面と上コア７２の両側磁脚７４，７５とが突き合わされている。

図３に示すように、ベースプレート３０にはパワースイッチング素子載置用の突部３２が形成されている。突部３２の上面は平坦化されている。突部３２の上面にはグリス９０を介してアルミ板８０が配置され、その上に絶縁シート９８を介してパワースイッチング素子９１が配置される。パワースイッチング素子９１は図１における１次側スイッチング素子１４に相当する。

図３に示すように、パワー基板４０は、絶縁基板４１の両面に、パターニングされた金属板としての銅板４２，４３が接合されている。詳しくは、絶縁基板４１の上面に銅板４２が接合されるとともに絶縁基板４１の下面に銅板４３が接合されている。銅板４２は所望の形状にパターニングされている。銅板４３は所望の形状にパターニングされている。

本実施形態においては、パワー基板４０および絶縁基板４１の上面が表面であり、下面が裏面である。ここで、パワー基板４０は、絶縁基板４１の少なくとも表面（上面）にパターニングされた銅板４２が接合されている。

図３に示すように、ベースプレート３０の上面には絶縁シート９２を介してパワー基板４０が水平に配置されている。
図５に示すように、絶縁基板４１には四角形状の貫通孔４１ａが形成され、貫通孔４１ａが形成された部位において絶縁基板４１の下面に接合された銅板４３による導体パターンが露出している。即ち、絶縁基板４１に対して銅板４３は接合されていない部分があり、この部分において銅板４３はその形状を維持可能な厚みで形成されている。この露出する銅板４３による導体パターンの上面にはダイオード９３，９４が実装されているとともに、露出する銅板４３による導体パターンの下面はベースプレート３０と接触しており、ボディアースがとられている（図３参照）。即ち、ベースプレート３０はグランド電位となっている。ダイオード９３，９４は図１におけるダイオード１６，１７に相当する。

図５に示すように、絶縁基板４１の上面に接合された銅板４２によりコア６０の周囲に延びるコイル部４４が構成されている。つまり、銅板４２によりトランスの２次側コイルを構成する導体パターンが形成されている。コイル部４４は円弧状に延びており、巻き数「１」のコイル（巻線）となる。円弧状のコイル部４４の中央部にはコア６０の中央磁脚６２が貫通している。また、コイル部４４の外側にはコア６０の両側磁脚６３，６４が貫通している。

図５に示すように、絶縁基板４１の上面に接合された銅板４２によりコア７０の周囲に延びるコイル部４５が構成されている。また、絶縁基板４１の下面に接合された銅板４３によりコア７０の周囲に延びるコイル部４７が形成され、スルーホール（層間接続部）４８によりコイル部４５とコイル部４７とが接続されている。つまり、銅板４２，４３により図１のコイル１８を構成する導体パターンが形成されている。コイル部４５は四角形状に延びている。コイル部４５の端部は、コイル部４４の端部から延びている。コイル部４５の直線部はコア７０の両側磁脚７４，７５の間において延設されている。コイル部４５，４７は、コア７０の両側磁脚７５の周囲に延び、コイル部４５は１ターン、コイル部４７は１ターンを構成する。

このように、銅板４２，４３によりコア７０の周囲に延びるコイル部４５，４７を構成している。コイル部４５での線幅は前段部分Ｐｆの線幅に対して狭くなっている。すなわち、コイル部４５での電流経路の断面積は前段部分Ｐｆの電流経路の断面積よりも小さいので、発熱しやすい。コイル部４７での線幅は後段部分Ｐｒの線幅に対して狭くなっている。パワー基板４０は、複数のねじ挿通孔４６を有している。パワー基板４０の裏面側（下面側）にベースプレート３０が配置され、パワー基板４０はベースプレート３０に固定される。

このようにして図３に示すようにパワー基板４０の表面（上面）に設けられた銅板４２によりコア７０の周囲に延びるコイル部４５が構成されている。パワー基板４０における表面側（上面側）において、コイル部４５の少なくとも一部にはアルミ板８０が絶縁シート９５を介して電気的に絶縁された状態で熱的に接続されている。つまり、パワー基板４０の表面（上面）に設けられた銅板４２とアルミ板８０との間には絶縁シート９５が介在されている。また、コイル部４７の少なくとも一部にはベースプレート３０が絶縁シート９２を介して電気的に絶縁された状態で熱的に接続されている。

図３，４に示すように、アルミ板８０は、水平方向に延びる平板部８１と、平板部８１から上下方向に突出するボス８２からなる。詳しくは、平板部８１から上方に突出する上側のボス８２ａと、平板部８１から下方に突出する下側のボス８２ｂを有する。即ち、アルミ板８０は水平方向に延びる平板部８１と、平板部８１から制御基板５０の方に突出するボス８２ａとを備える。ボス８２ａはパワー基板４０と平面視で重なっている。図２に示すように、平板部８１は、コア６０の配置領域、および、コア７０の配置領域が切り欠かれており、平板部８１とコア６０，７０とが接触しないようになっている。

平板部８１に設けられた複数のボス８２は円筒形状をなしている。ボス８２は、平板部８１の上下面から上方および下方に直線的に延びている。アルミ板８０のボス８２は、ねじ挿通孔８３を有する。ボス８２のねじ挿通孔８３には、ねじＳｃ１が貫通する。ねじＳｃ１は長いねじ（ロングねじ）である。

図３に示すように、ベースプレート３０におけるアルミ板８０の各ボス８２に対応する部位にはボス３３が設けられ、ボス３３は円筒形状をなしている。ボス３３は上方に直線的に延びている。ボス３３は、雌ねじ孔３４を有する。ボス３３には、ねじＳｃ１が螺入できる。このようにアルミ板８０には、ねじ締結部としてのボス８２が形成されている。

図３に示すように、ベースプレート３０のボス３３の上にパワー基板４０が載置され、パワー基板４０の上にアルミ板８０のボス８２が配置され、アルミ板８０のボス８２の上に制御基板５０が配置されている。つまり、アルミ板８０におけるパワー基板４０の配置側とは反対側において制御基板５０が配置されている。制御基板５０は、複数のねじ挿通孔５１を有する。

ベースプレート３０のボス３３とアルミ板８０のボス８２との間においてパワー基板４０の絶縁基板４１が挟まれている。そして、ねじＳｃ１が、制御基板５０、アルミ板８０のボス８２、パワー基板４０の絶縁基板４１を通してベースプレート３０のボス３３に螺入されており、これにより、ベースプレート３０に対し制御基板５０とアルミ板８０とパワー基板４０とが、ねじＳｃ１で一括締結されている。

このように、ベースプレート３０には雌ねじ孔３４が設けられるとともにパワー基板４０、ボス８２ａおよび制御基板５０にはねじ挿通孔４６，８３，５１が設けられている。そして、パワー基板４０のねじ挿通孔４６、ボス８２ａのねじ挿通孔８３、および制御基板５０のねじ挿通孔５１を通るねじＳｃ１がベースプレート３０の雌ねじ孔３４に螺合されてベースプレート３０に対しパワー基板４０、制御基板５０、アルミ板８０が一括締結されている。また、ボス８２ａおよび制御基板５０にはねじ挿通孔８３，５１が設けられ、制御基板５０のねじ挿通孔５１、ボス８２ａのねじ挿通孔８３を通るねじＳｃ１により制御基板５０がベースプレート３０に締結されている。ねじ挿通孔４６，８３，５１は、ねじが通ればよく、内面にねじが切ってあっても、内面にねじが切ってなくてもよい。

図２，３に示すように、アルミ板８０には、コア７０をベースプレート３０に対して固定するブラケット９６が設けられ、ブラケット９６はねじＳｃ２で固定されている。つまり、コア７０は上面に金属製押え板であるブラケット９６が配置され、ブラケット９６の一端部を貫通するねじＳｃ２をアルミ板８０に螺入することによりブラケット９６の他端側によりコア７０がベースプレート３０に押圧および支持されている。

同様に、アルミ板８０には、コア６０をベースプレート３０に対して固定するブラケット９７が設けられ、ブラケット９７はねじＳｃ３で固定されている。つまり、コア６０は上面に金属製押え板であるブラケット９７が配置され、ブラケット９７の一端部を貫通するねじＳｃ３をアルミ板８０に螺入することによりブラケット９７の他端側によりコア６０がベースプレート３０に押圧および支持されている。

図２，３に示すように、アルミ板８０の上面には絶縁シート９８を介してパワースイッチング素子９１が配置され、パワースイッチング素子９１を貫通するねじＳｃ４をアルミ板８０に螺入することによりパワースイッチング素子９１がアルミ板８０に固定されている。パワースイッチング素子９１の端子９１ａは上方に延びており、端子９１ａは制御基板５０にはんだ付けされている。

図３に示すように、ダイオード９３，９４の上面とアルミ板８０の下面との間には絶縁シート９９が配置され、ダイオード９３，９４は絶縁シート９９を介してアルミ板８０と熱的に結合されている。

制御基板５０には図１で示した制御ＩＣ（チップ）１５が実装されている。アルミ板８０はグランド電位にされ、制御基板５０はアルミ板８０を通してボディアースをとっている。

なお、図３のダイオード９３、９４は絶縁基板４１の貫通孔４１ａを貫通するように配置されている。また、図１のトランスの１次側コイル１１ａも銅板４３等により形成されている。

このように、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、パワー素子としてのダイオード９３，９４と、パワー基板４０と、コア７０と、ベース部材としてのベースプレート３０を備える。金属板としての銅板４２，４３はコイル部４５を構成するとともにダイオード９３，９４が実装される部分を構成する。パワー基板４０は絶縁板としての絶縁基板４１の表面に対して銅板４２，４３が接合されている。コア７０にコイル部４５が巻回される。ベース部材としてのベースプレート３０は、パワー基板４０の裏面側（下面側）に配置され、パワー基板４０およびコア７０が固定される。パワー基板４０の表面側（上面側）においてコイル部４５に接触する絶縁層としての絶縁シート９５と、絶縁シート９５に接触する放熱部材としてのアルミ板８０と、を備え、アルミ板８０はベースプレート３０に固定されている。

次に、作用について説明する。
図２，３において、パワースイッチング素子９１（図１の１次側スイッチング素子１４に相当）のスイッチング動作に伴いトランスの２次側を構成するコイル部４５に電流が流れる。ダイオード９３，９４（図１のダイオード１６，１７に相当）に発生する熱は銅板４３を介してベースプレート３０から大気に逃がされる。また、ダイオード９３，９４に発生する熱は絶縁シート９９を介してアルミ板８０で放熱される（もしくは、アルミ板８０からグリス９０を介してベースプレート３０に伝わり放熱される）。また、パワースイッチング素子９１に発生する熱は、絶縁シート９８、アルミ板８０およびグリス９０を介してベースプレート３０に伝わり、ベースプレート３０から大気に逃がされる。

コイル部４７で発生する熱は、図３においてＱ１で示すごとく絶縁シート９２を介してベースプレート３０に伝わり、ベースプレート３０から大気に逃がされる。また、コイル部４５で発生する熱は、図３においてＱ２で示すごとく絶縁シート９５を介してアルミ板８０で逃がされる（もしくは、アルミ板８０からグリス９０を介してベースプレート３０に伝わり放熱される）。よって、パワー基板４０の両面から冷却、即ち、２つの放熱経路（Ｑ１，Ｑ２）で放熱され、放熱性に優れる。

図７は、比較例のＤＣ／ＤＣコンバータである。
図７においては、パワー基板（大電流基板）２００に発熱量が大きいコイル部２０１やダイオード等を実装し、パワー基板２００をベースプレート２０２上に絶縁シート２０３を介して配置し、ねじ２０４をボス２０５に螺入して締結している。ボス２０６の上に制御基板２０７を載置してねじ２０８で固定している。制御基板２０７にはパワースイッチング素子（ＭＯＳトランジスタ）２０９が実装され、ブラケット２１０をねじ２１１でベースプレート２０２に締結することによりブラケット２１０でパワースイッチング素子２０９が固定されている。ベースプレート２０２に搭載されたコア２１２はブラケット２１３をねじ２１４でボス２１５に締結することによりベースプレート２０２に固定されている。

ここで、コイル部２０１の熱はＱで示す放熱経路で放熱させる際に絶縁基板２００ａ、絶縁シート２０３を介しており熱抵抗が高くなる。また、制御基板２０７を固定するためのボス２０６が必要となり、ボス２０６の占有面積によりベースプレート２０２の大型化およびＤＣ／ＤＣコンバータの大型化につながる。さらに、絶縁シート（放熱シート）２０３は部品の熱膨張時のクッションとして機能するが、絶縁シート２０３は反発力を有し、パワー基板２００の反りを招く。そのため、ねじ２０４を多く設ける必要がある。すると、パワー基板２００における銅板による導体パターンと、ねじ２０４との距離を保つためにパワー基板２００が大型化するとともに、ねじ２０４の数が多くなることによりねじ２０４の設置のためのスペースが必要となる。さらに、ベースプレート２０２にパワー基板２００を固定した後に制御基板２０７を固定するといったように組付時に部品ごとに組み付け作業が行われ、一つの工程で組み付けることができない。さらには、パワースイッチング素子２０９の固定用のブラケット２１０のスペースが大きくなってしまう。

これに対し図３等に示した本実施形態では、放熱性が高く、かつ組み付け性等に優れている。
つまり、パワー基板４０における絶縁基板４１の上層側の銅板４２によるコイル部４５に対し上側のアルミ板８０を介して放熱できるので、熱抵抗が低い。即ち、アルミ板８０により、上層のコイル部４５の熱も奪うことができる。また、ベースプレート３０に対しパワー基板４０、制御基板５０、アルミ板８０を一括で固定することができ、ねじの数を低減することができる。さらに、ベースプレート３０にパワー基板４０、アルミ板８０、制御基板５０を載せた後にねじＳｃ１で一括でねじ締結できるので、一つの工程で組み付けができる。

また、パワースイッチング素子（ＭＯＳトランジスタ）の固定用のブラケット２１０が不要になる。即ち、図３のパワースイッチング素子９１をアルミ板８０に固定し、その後に制御基板５０に、はんだ付けすることができる。このとき、位置決めが容易となるとともにパワースイッチング素子９１の端子９１ａに応力が加わりにくくできる。また、アルミ板８０にパワースイッチング素子９１を固定することで位置決めされた状態で制御基板５０に端子９１ａをはんだ付けすることによりはんだに応力が加わりにくくなる。即ち、図７の比較例のようにパワースイッチング素子２０９の端子を制御基板２０７に、はんだ付けした後にベースプレート２０２に固定すると、はんだに応力が加わってしまうが、本実施形態ではそれが回避できる。なお、はんだ付けについて、アルミ板８０が小さくアルミ板８０にパワースイッチング素子９１を固定した状態で、はんだ付けでき、その後、ねじＳｃ１で締結する。

また、アルミ板８０に制御基板５０を固定するためのボス８２を設けることにより、図７の比較例においてはパワー基板２００の外側にボス２０６を設けた場合には大型化を招いていたが、本実施形態ではパワー基板４０の真上にボス８２を立てることができ小型化が図られる。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータの投影面積が削減される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータを組付けやすい。さらに、部品点数を低減できる。さらには、コストを低減することができる。

以上のごとく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）電力変換装置としての絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の構成として、パワー素子としてのダイオード９３，９４と、絶縁板としての絶縁基板４１の表面に対して、コイル部４５を構成するとともにダイオード９３，９４が実装される部分を構成する金属板としての銅板４２，４３が接合されたパワー基板４０を備える。さらに、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、コイル部４５が巻回されるコア７０と、パワー基板４０の裏面側に配置され、パワー基板４０およびコア７０が固定されるベース部材としてのベースプレート３０と、を備える。さらには、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、パワー基板４０の表面側においてコイル部４５に接触する絶縁層としての絶縁シート９５と、絶縁シート９５に接触する放熱部材としてのアルミ板８０と、を備え、アルミ板８０はベースプレート３０に固定されている。このように、パワー基板４０における表面側において、コイル部４５に接触する絶縁シート９５に接触するアルミ板８０を備え、アルミ板８０はベースプレート３０に固定されている。よって、コイル部４５の線幅を前段部分の線幅に対して狭くしてコイル部４５の投影面積を小さくしてコイル部４５に対応するコア７０の大型化を抑制するとともに、アルミ板８０が放熱板として機能して、コイル部４５の熱は放熱部材としてのアルミ板８０に逃がされ、放熱性に優れる。

（２）アルミ板８０におけるパワー基板４０の配置側とは反対側には制御基板５０が配置されている。アルミ板８０は水平方向に延びる平板部８１と、平板部８１から制御基板５０の方に突出するボス８２ａとを備え、ベースプレート３０には雌ねじ孔３４が設けられるとともにパワー基板４０、ボス８２ａおよび制御基板５０にはねじ挿通孔４６，８３，５１が設けられている。パワー基板４０のねじ挿通孔４６、ボス８２ａのねじ挿通孔８３、および制御基板５０のねじ挿通孔５１を通るねじＳｃ１がベースプレート３０の雌ねじ孔３４に螺合されてベースプレート３０に対しパワー基板４０、制御基板５０、アルミ板８０が一括締結されている。よって、組み付けが容易となる。

（３）アルミ板８０におけるパワー基板４０の配置側とは反対側には制御基板５０が配置されている。アルミ板８０は水平方向に延びる平板部８１と、平板部８１から制御基板５０の方に突出しパワー基板４０と平面視で重なるボス８２ａとを備えている。ボス８２ａおよび制御基板５０にはねじ挿通孔８３，５１が設けられ、制御基板５０のねじ挿通孔５１、ボス８２ａのねじ挿通孔８３を通るねじＳｃ１により制御基板５０がベースプレート３０に締結されている。この場合においては、ベースプレート３０にボスを設けなくてもよくベースプレート３０の投影面積を小さくすることができる。

（４）アルミ板８０にはコア７０をベースプレート３０に対して固定するブラケット９６が固定されている。よって、ブラケット９６でコア７０をベースプレート３０に固定することができる。

（５）アルミ板８０はシールド材として機能する。即ち、パワー基板４０と制御基板５０との間に位置するアルミ板８０によりシールドすることができ、ノイズから制御基板５０を保護することができる。

（６）アルミ板８０は制御基板５０の固定部材として機能する。
（７）複数のねじでパワー基板４０を平らな状態となるように固定するのではなく、アルミ板８０の平板部８１の厚さを５ｍｍ程度に厚くして強度を増すことによりアルミ板８０でパワー基板４０を均一に圧力を加えることによりねじを用いることなくパワー基板４０の反りを防止することができる。

即ち、図７に示す比較例では複数のねじ２０４によりパワー基板２００を固定してパワー基板２００の反りを防止していたが、本実施形態ではアルミ板８０でパワー基板４０を押さえることによりパワー基板４０の反りを防止することができる。これにより、絶縁シート９２，９５も薄くできる。その結果、絶縁シートの反発力も弱くできるとともに熱抵抗も小さくできる。

（８）パワー素子としてのダイオード９３，９４とアルミ板８０とを熱的に結合しているので、ダイオード９３，９４の放熱性に優れている。
（９）コイル部４５における電流経路の断面積は、コイル部４５の前段部分Ｐｆにおける電流経路の断面積よりも小さい場合において、有用である。

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。
・図３，５においてはパワー基板４０の裏面（下面）に設けられた銅板４３によりコア７０の周囲に延びるコイル部４７が構成されているとともに、パワー基板４０の表面（上面）に設けられた銅板４２によりコア７０の周囲に延びるコイル部４５が構成されていた。これに代わり、パワー基板４０の裏面（下面）に設けられた銅板４３によりコイル部（４７）が構成されておらずに、パワー基板４０の表面（上面）に設けられた銅板４２によりコア７０の周囲に延びるコイル部４５が構成されていてもよい。要は、少なくとも、パワー基板４０の表面（上面）に設けられた銅板４２によりコア７０の周囲に延びるコイル部４５が構成されていればよい。

・図６（ａ），（ｂ）に示すようにしてもよい。つまり、図６（ｂ）に示すように、ベース部材としてのベースプレート１００に支柱１０１が立設され、支柱１０１の上面に円柱１０２が立設され、円柱１０２の上端部はねじ部１０３となっている。放熱部材としてのアルミ板１１０には筒部１１１が立設されている。そして、図６（ａ）に示すように、ベースプレート１００の上にパワー基板４０を載せるとともに支柱１０１の上にアルミ板１１０を載せ、筒部１１１の上に制御基板５０を載せ、円柱１０２は筒部１１１および制御基板５０を貫通してナット１０４をねじ部１０３に螺入する。円柱１０２が制御基板５０の位置決めピンとして機能する。

・パワー基板４０（絶縁基板４１、銅板４２，４３）と素子（ダイオード９３，９４等）とを樹脂で封止（モールド）してモジュール化してもよい。この場合、グリスを介してパワー基板４０とアルミ板（放熱部材）とを熱的に接合させてもよい。

つまり、図３における絶縁シート９２，９５の代わりに封止樹脂が配置される。封止樹脂によりパワー基板４０の導体パターン（銅板）は絶縁されているので、封止樹脂とアルミ板との間の隙間をグリスで埋めることができる。

・ブラケット９６，９７をアルミ板８０にねじ止めする代わりにブラケットをアルミ板８０に溶接等で予め接合しておく構成としてもよく、この場合には更に組み付けが容易となる。

・パワー基板４０は絶縁基板４１の両面に銅板４２，４３を接合したが、銅板に代わり他の金属の板、例えばアルミ板でもよい。
・放熱部材としてアルミ板８０を用いたが、他の金属、例えば銅で構成してもよい。

・絶縁シート９２，９５，９８，９９に代わり、絶縁性が確保できていればグリスを用いてもよい。
・電力変換装置としてＤＣ／ＤＣコンバータに適用したが、これに限るものではなく、例えばインバータ等でもよい。

・コア７２の内側のコイル部４５の一部に、放熱部材としてのアルミ板８０が電気的に絶縁された状態で熱的に接続されてもよい。この場合、よりコイル部４５の線幅を狭くすることができる。

１０…絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ、３０…ベースプレート、３４…雌ねじ孔、４０…パワー基板、４１…絶縁基板、４２…銅板、４３…銅板、４５…コイル部、４６…ねじ挿通孔、５０…制御基板、５１…ねじ挿通孔、７０…コア、８０…アルミ板、８２ａ…ボス、８３…ねじ挿通孔、９３…ダイオード、９４…ダイオード、９６…ブラケット、Ｓｃ１…ねじ。

Claims (5)

1. パワー素子と、
   絶縁板の表面に対して、コイル部を構成するとともに前記パワー素子が実装される部分を構成する金属板が接合されたパワー基板と、
   前記コイル部が巻回されるコアと、
   前記パワー基板の裏面側に配置され、前記パワー基板および前記コアが固定されるベース部材と、を備える電力変換装置であって、
   前記パワー基板の表面側において前記コイル部に接触する絶縁層と、
   前記絶縁層に接触する放熱部材と、
   を備え、
   前記放熱部材は前記ベース部材に固定されており、
   前記放熱部材には前記コアを前記ベース部材に対して固定するブラケットが固定されていることを特徴とする電力変換装置。
2. パワー素子と、
   絶縁板の表面に対して、コイル部を構成するとともに前記パワー素子が実装される部分を構成する金属板が接合されたパワー基板と、
   前記コイル部が巻回されるコアと、
   前記パワー基板の裏面側に配置され、前記パワー基板および前記コアが固定されるベース部材と、を備える電力変換装置であって、
   前記パワー基板の表面側において前記コイル部に接触する絶縁層と、
   前記絶縁層に接触する放熱部材と、
   を備え、
   前記放熱部材は水平方向に延びる平板部と、前記平板部から前記パワー基板の方に突出し前記パワー基板と平面視で重なる下側ボスとを備え、
   前記パワー基板および前記下側ボスにはねじ挿通孔が設けられ、
   前記放熱部材は、前記下側ボスのねじ挿通孔および前記パワー基板のねじ挿通孔を通るねじにより前記ベース部材に固定されていることを特徴とする電力変換装置。
3. 前記放熱部材における前記パワー基板の配置側とは反対側には制御基板が配置され、
   前記放熱部材は前記平板部から前記制御基板の方に突出する上側ボスを備え、
   前記ベース部材には雌ねじ孔が設けられるとともに、前記上側ボスおよび前記制御基板にはねじ挿通孔が設けられ、前記パワー基板のねじ挿通孔、前記下側ボスのねじ挿通孔、前記上側ボスのねじ挿通孔、および前記制御基板のねじ挿通孔を通るねじが前記ベース部材の雌ねじ孔に螺合されて前記ベース部材に対し前記パワー基板、前記制御基板、前記放熱部材が一括締結されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記放熱部材における前記パワー基板の配置側とは反対側には制御基板が配置され、
   前記放熱部材は前記平板部から前記制御基板の方に突出し前記パワー基板と平面視で重なる上側ボスを備え、
   前記上側ボスおよび前記制御基板にはねじ挿通孔が設けられ、
   前記制御基板のねじ挿通孔、前記上側ボスのねじ挿通孔を通るねじにより前記制御基板が前記放熱部材に締結されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記コイル部における電流経路の断面積は、前記コイル部の前段部分における電流経路の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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