JP6954413B1 - インバータ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ブートストラップコンデンサとインテリジェントパワーモジュールとの絶縁距離を確保しつつ、部品の高密度化、高集積化を図る。【解決手段】プリント配線板４０では、コンデンサ４５が実装される領域Ｒ１〜Ｒ３が、インテリジェントパワーモジュール４３が実装される領域Ｒ４の内側にある。それゆえ、プリント配線板４０上に実装後のコンデンサ４５は、インテリジェントパワーモジュール４３とプリント配線板４０との間に配置されている。【選択図】図５

Description

ブートストラップ回路を用いたインバータ装置
従来、三相モータを駆動するインバータ装置では、例えば特許文献１（ＷＯ２０１８−００３８２７）に示すように、上アーム側スイッチング素子を駆動するために、ブートストラップコンデンサを用いてスイッチング素子の動作電圧を得ている。
しかしながら、ブートストラップコンデンサとインテリジェントパワーモジュールの端子との間には所定の絶縁距離が必要であり、部品の高密度化、高集積化を図ることができない。また、両者が離れ過ぎると、それによってブートストラップ回路にスイッチングノイズが重畳し、インテリジェントパワーモジュールが誤動作するおそれがある。
それゆえ、ブートストラップコンデンサとインテリジェントパワーモジュールの端子との絶縁距離を確保しつつ、部品の高密度化、高集積化を図る、という課題が存在する。
第１観点のインバータ装置は、プリント配線板と、インテリジェントパワーモジュールと、ブートストラップコンデンサとを備えている。インテリジェントパワーモジュールは、プリント配線板の第１面に実装され、少なくともインバータ回路部を形成する上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子が１つのパッケージに内蔵されている。ブートストラップコンデンサは、プリント配線板の第１面に実装され、下アーム側スイッチング素子がオン動作中に充電されて、上アーム側スイッチング素子の低電位側よりも高い電位を生成する。ブートストラップコンデンサは、インテリジェントパワーモジュールとプリント配線板との間に配置されている。
通常、インテリジェントパワーモジュール真下のプリント配線板上には、他の回路が存在していない。それゆえ、このインバータ装置では、ブートストラップコンデンサが、インテリジェントパワーモジュールとプリント配線板との間に配置されることによって、ブートストラップコンデンサとインテリジェントパワーモジュールの端子との必要な絶縁距離を確保しつつブートストラップコンデンサとインテリジェントパワーモジュールとを平面視で同一領域内に配置することができる。その結果、インテリジェントパワーモジュールが誤動作するおそれが解消され、部品の高密度化、高集積化も図られる。
第２観点のインバータ装置は、第１観点のインバータ装置であって、インテリジェントパワーモジュールが、発熱量が異なる少なくとも２つの領域を有している。ブートストラップコンデンサは、２つの領域のうち発熱量が小さい低発熱領域とプリント配線板との間に配置されている。
このインバータ装置では、低発熱領域の下方に、ブートストラップコンデンサが配置されるので、ブートストラップコンデンサが熱的影響を受け難い。
第３観点のインバータ装置は、第１観点または第２観点のインバータ装置であって、インテリジェントパワーモジュールが、インバータ回路部を制御する制御回路部をさらに内蔵している。ブートストラップコンデンサは、プリント配線板とインテリジェントパワーモジュールの制御回路部との間に配置されている。
このインバータ装置では、インバータ回路部よりも発熱量が小さい制御回路部の下方に、ブートストラップコンデンサが配置されるので、ブートストラップコンデンサがインバータ回路部の熱的影響を受け難い。
第４観点のインバータ装置は、第１観点から第３観点のいずれか１つのインバータ装置であって、コンバータをさらに備えている。コンバータは、プリント配線板の第１面に実装され、商用電源の交流電圧を直流電圧に変換してインバータ回路部に供給する。
このインバータ装置では、インテリジェントパワーモジュールおよびコンバータがプリント配線板の第１面側に配置されることにより、部品の高密度化、高集積化が図られる。
第５観点のインバータ装置は、第１観点から第４観点のいずれか１つのインバータ装置であって、インテリジェントパワーモジュールの放熱を促進するヒートシンクをさらに備えている。インテリジェントパワーモジュールは、第１外表面と、第２外表面とを有している。第１外表面側には、ブートストラップコンデンサが配置される。第２外表面側には、ヒートシンクが配置される。
このインバータ装置では、インテリジェントパワーモジュールおよびヒートシンクがプリント配線板の第１面側に配置されることによって、部品の高集積化が図られる。
第６観点のインバータ装置は、第１観点から第５観点のいずれか１つのインバータ装置であって、インテリジェントパワーモジュールが、ブートストラップコンデンサの電位が入力される第１端子、および制御信号が入力または出力される第２端子を有している。ブートストラップコンデンサは、第１端子の近傍であって、且つ、第２端子と所定の絶縁距離を保った位置に配置される。
本開示の一実施形態に係るインバータ装置を搭載するモータ駆動装置と三相モータとの接続を示す回路図。 図１におけるインバータ装置と三相モータとの接続を示す回路図。 インテリジェントパワーモジュールの平面図。 プリント配線板上に部品が実装される前の、コンデンサが配置される領域と、インテリジェントパワーモジュールが配置される領域とを示す当該プリント配線板の部分平面図。 プリント配線板上に実装されたコンデンサおよびインテリジェントパワーモジュールの側面図。 インテリジェントパワーモジュールと、隣接する他のパワーモジュールとが１つのヒートシンクを共有しているときの、当該インテリジェントパワーモジュール周辺の側面図。 インテリジェントパワーモジュールと、隣接する他のパワーモジュールとが１つのヒートシンクを共有しているときの、当該インテリジェントパワーモジュール周辺の側面図。
（１）概要
図１は、本開示の一実施形態に係るインバータ装置を搭載するモータ駆動装置１０と三相モータ５１との接続を示す回路図である。図１において、システム１００は、モータ駆動装置１０とモータ５１とで構成されている。インバータ装置は、少なくともインテリジェントパワーモジュール４３を含んでいる。
（１−１）モータ５１
モータ５１は、３相のブラシレスＤＣモータであって、ステータ５２と、ロータ５３とを備えている。ステータ５２は、スター結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを含む。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一方端は、それぞれインバータ回路部２５から延びるＵ相、Ｖ相及びＷ相の各配線の駆動コイル端子ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに接続されている。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他方端は、互いに端子ＴＮとして接続されている。これら３相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、ロータ５３が回転することによりその回転速度とロータ５３の位置に応じた誘起電圧を発生させる。
ロータ５３は、Ｎ極及びＳ極からなる複数極の永久磁石を含み、ステータ５２に対し回転軸を中心として回転する。
なお、モータ５１は、例えばヒートポンプ式空気調和機の圧縮機モータ、ファンモータである。
（１−２）モータ駆動装置１０
モータ駆動装置１０は、図１に示すように、整流部２１と、平滑コンデンサ２２と、電圧検出部２３と、電流検出部２４と、インテリジェントパワーモジュール４３と、マイクロコンピュータ８０とを備えている。これらは、プリント配線板４０上に実装されている。
（２）モータ駆動装置１０の詳細構成
（２−１）整流部２１
整流部２１は、４つのダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードＤ１ａとＤ１ｂ、Ｄ２ａとＤ２ｂは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ２２のプラス側端子に接続されており、整流部２１の正側出力端子として機能する。ダイオードＤ１ｂ，Ｄ２ｂの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ２２のマイナス側端子に接続されており、整流部２１の負側出力端子として機能する。
ダイオードＤ１ａ及びダイオードＤ１ｂの接続点は、商用電源９１の一方の極に接続されている。ダイオードＤ２ａ及びダイオードＤ２ｂの接続点は、商用電源９１の他方の極に接続されている。整流部２１は、商用電源９１から出力される交流電圧を整流して直流電源を生成し、これを平滑コンデンサ２２へ供給する。
（２−２）平滑コンデンサ２２
平滑コンデンサ２２は、一端が整流部２１の正側出力端子に接続され、他端が整流部２１の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ２２は、整流部２１によって整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、平滑コンデンサ２２による平滑後の電圧を直流電圧Ｖｄｃという。
直流電圧Ｖｄｃは、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されるインバータ回路部２５へ印加される。整流部２１及び平滑コンデンサ２２は、インバータ回路部２５に対する電源供給部２０を構成している。
なお、コンデンサの種類としては、電解コンデンサやフィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、平滑コンデンサ２２としてフィルムコンデンサが採用される。
（２−３）電圧検出部２３
電圧検出部２３は、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されており、平滑コンデンサ２２の両端電圧、即ち直流電圧Ｖｄｃの値を検出するためのものである。電圧検出部２３は、例えば、互いに直列に接続された２つの抵抗が平滑コンデンサ２２に並列接続され、直流電圧Ｖｄｃが分圧されるように構成される。それら２つの抵抗同士の接続点の電圧値は、マイクロコンピュータ８０に入力される。
（２−４）電流検出部２４
電流検出部２４は、平滑コンデンサ２２及びインバータ回路部２５の間であって、かつ平滑コンデンサ２２の負側出力端子側に接続されている。電流検出部２４は、モータ５１の起動後、モータ５１に流れるモータ電流Ｉｍを三相分の電流の合計値として検出する。
電流検出部２４は、例えば、シャント抵抗及び該抵抗の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成されてもよい。電流検出部２４によって検出されたモータ電流は、マイクロコンピュータ８０に入力される。
（２−５）インテリジェントパワーモジュール４３
インテリジェントパワーモジュール４３は、スイッチング素子を直列に接続した構成のインバータ回路部２５と、インバータ回路部２５を駆動するゲート制御機能を有する制御回路部２６とを１つのモジュールに内蔵した部品である。
（２−５−１）インバータ回路部２５
インバータ回路部２５は、モータ５１のＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗそれぞれに対応する３つの上下アームが互いに並列に、且つ平滑コンデンサ２２の出力側に接続されている。
図１において、インバータ回路部２５は、複数のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという）Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ，Ｑ５ｂ及び複数の還流用のダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂを含む。
トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂは、それぞれ互いに直列に接続されることによって各上下アームを構成しており、それによって形成された接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷそれぞれから対応する相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに向かって出力線が延びている。
各ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂは、各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。このそれぞれ並列接続されたトランジスタとダイオードにより、スイッチング素子が構成される。
インバータ回路部２５は、平滑コンデンサ２２からの直流電圧Ｖｄｃが印加され、かつ制御回路部２６により指示されたタイミングで各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂがオン及びオフを行うことによって、モータ５１を駆動する駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷを生成する。この駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、各トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂの各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷからモータ５１の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力される。
なお、本実施形態のインバータ回路部２５は、電圧形インバータであるが、それに限定されるものではなく、電流形インバータでもよい。
（２−５−２）制御回路部２６
制御回路部２６は、マイクロコンピュータ８０からの指令電圧Ｖｐｗｍに基づき、インバータ回路部２５の各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、制御回路部２６は、マイクロコンピュータ８０によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷがインバータ回路部２５からモータ５１に出力されるように、各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのゲートに印加するゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚを生成する。生成されたゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚは、それぞれのトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのゲート端子に印加される。
（２−６）マイクロコンピュータ８０
マイクロコンピュータ８０は、電圧検出部２３、電流検出部２４、及び制御回路部２６と接続されている。本実施形態では、マイクロコンピュータ８０は、モータ５１をロータ位置センサレス方式にて駆動させている。なお、ロータ位置センサレス方式に限定されるものではないので、センサ方式で行なってもよい。
ロータ位置センサレス方式とは、モータ５１の特性を示す各種パラメータ、モータ５１起動後の電圧検出部２３の検出結果、電流検出部２４の検出結果、及びモータ５１の制御に関する所定の数式モデル等を用いて、ロータ位置及び回転数の推定、回転数に対するＰＩ制御、モータ電流に対するＰＩ制御等を行い駆動する方式である。モータ５１の特性を示す各種パラメータとしては、使用されるモータ５１の巻線抵抗、インダクタンス成分、誘起電圧、極数などが挙げられる。なお、ロータ位置センサレス制御については多くの特許文献が存在するので、詳細はそれらを参照されたい（例えば、特開２０１３−１７２８９号公報）。
また、マイクロコンピュータ８０は、電圧検出部２３の検出値を監視し、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたとき、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフにする保護制御も行っている。
（２−７）ブートストラップ回路４８
制御回路部２６は、上アーム側のトランジスタＱ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａに適切にゲート電位を入力するために、端子Ｖｃｃに接続された駆動電源Ｖｂの正極と、トランジスタＱ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａの各エミッタとの間に、ブートストラップ回路４８が設けられている。
第１制御回路部２６Ａに対応する第１ブートストラップ回路４８Ａは、第１コンデンサ４５Ａ、第１抵抗４６Ａおよび第１ダイオード４７Ａで構成されている。第２制御回路部２６Ｂに対応する第２ブートストラップ回路４８Ｂは、第２コンデンサ４５Ｂ、第２抵抗４６Ｂおよび第２ダイオード４７Ｂで構成されている。第３制御回路部２６Ｃに対応する第３ブートストラップ回路４８Ｃは、第３コンデンサ４５Ｃ、第３抵抗４６Ｃおよび第３ダイオード４７Ｃで構成されている。
以後、第１ブートストラップ回路４８Ａ、第２ブートストラップ回路４８Ｂおよび第３ブートストラップ回路４８Ｃに共通の内容が説明されるときは、ブートストラップ回路４８という表現が使用される。
同様に、第１コンデンサ４５Ａ、第２コンデンサ４５Ｂおよび第３コンデンサ４５Ｃに共通の内容が説明されるときは、コンデンサ４５という表現が使用される。
同様に、第１抵抗４６Ａ、第２抵抗４６Ｂおよび第３抵抗４６Ｃに共通の内容が説明されるときは、抵抗４６という表現が使用される。
同様に、第１ダイオード４７Ａ、第２ダイオード４７Ｂおよび第３ダイオード４７Ｃに共通の内容が説明されるときは、ダイオード４７という表現が使用される。
但し、インテリジェントパワーモジュール４３にブートストラップ回路用のダイオードが内蔵されている場合は、ダイオード４７を省略することができる。
（２−７−１）第１制御回路部２６Ａと第１コンデンサ４５Ａ
図２に示すように、第１コンデンサ４５Ａの一端は、上アーム側のトランジスタＱ３ａのエミッタと下アーム側のトランジスタＱ３ｂのコレクタとの接続点に繋がっている。第１コンデンサ４５Ａの他端は、第１抵抗４６Ａと第１ダイオード４７Ａを介して駆動電源Ｖｂの正極と繋がっている。
第１抵抗４６Ａは第１コンデンサ４５Ａの充電電流を制限するために設けられ、第１ダイオード４７Ａは第１抵抗４６Ａを介して第１コンデンサ４５Ａが放電されないよう、その順方向を駆動電源Ｖｂの正極側から第１コンデンサ４５Ａ側へと向けている。
第１制御回路部２６Ａ内部の上アーム側制御回路２６Ａａは、トランジスタＱ３ａのオンオフを制御するため、第１コンデンサ４５Ａから高電位を取り入れる。なお、第１制御回路部２６Ａ内部の下アーム側制御回路２６Ａｂは、トランジスタＱ３ｂのオンオフを制御するが、トランジスタＱ３ｂのエミッタ側が接地されているので、端子Ｖｃｃに接続された駆動電源Ｖｂの正極の電位だけで制御することができる。
（２−７−２）第２制御回路部２６Ｂと第２コンデンサ４５Ｂ
第２コンデンサ４５Ｂの一端は、上アーム側のトランジスタＱ４ａのエミッタと下アーム側のトランジスタＱ４ｂのコレクタとの接続点に繋がっている。第２コンデンサ４５Ｂの他端は、第２抵抗４６Ｂと第２ダイオード４７Ｂを介して駆動電源Ｖｂの正極と繋がっている。
第２抵抗４６Ｂは第２コンデンサ４５Ｂの充電電流を制限するために設けられ、第２ダイオード４７Ｂは第２抵抗４６Ｂを介して第２コンデンサ４５Ｂが放電されないよう、その順方向を駆動電源Ｖｂの正極側から第２コンデンサ４５Ｂ側へと向けている。
第２制御回路部２６Ｂ内部の上アーム側制御回路２６Ｂａは、トランジスタＱ４ａのオンオフを制御するため、第２コンデンサ４５Ｂから高電位を取り入れる。なお、第２制御回路部２６Ｂ内部の下アーム側制御回路２６Ｂｂは、トランジスタＱ４ｂのオンオフを制御するが、トランジスタＱ４ｂのエミッタ側が接地されているので、端子Ｖｃｃに接続された駆動電源Ｖｂの正極の電位だけで制御することができる。
（２−７−３）第３制御回路部２６Ｃと第３コンデンサ４５Ｃ
第３コンデンサ４５Ｃの一端は、上アーム側のトランジスタＱ５ａのエミッタと下アーム側のトランジスタＱ５ｂのコレクタとの接続点に繋がっている。第３コンデンサ４５Ｃの他端は、第３抵抗４６Ｃと第３ダイオード４７Ｃを介して駆動電源Ｖｂの正極と繋がっている。
第３抵抗４６Ｃは第３コンデンサ４５Ｃの充電電流を制限するために設けられ、第３ダイオード４７Ｃは第３抵抗４６Ｃを介して第３コンデンサ４５Ｃが放電されないよう、その順方向を駆動電源Ｖｂの正極側から第３コンデンサ４５Ｃ側へと向けている。
第３制御回路部２６Ｃ内部の上アーム側制御回路２６Ｃａは、トランジスタＱ５ａのオンオフを制御するため、第３コンデンサ４５Ｃから高電位を取り入れる。なお、第３制御回路部２６Ｃ内部の下アーム側制御回路２６Ｃｂは、トランジスタＱ５ｂのオンオフを制御するが、トランジスタＱ５ｂのエミッタ側が接地されているので、端子Ｖｃｃに接続された駆動電源Ｖｂの正極の電位だけで制御することができる。
（３）インテリジェントパワーモジュール４３およびコンデンサ４５の配置
図３は、インテリジェントパワーモジュール４３の平面図である。図３の正面視において、パッケージ部４３ａの左側に制御回路部２６が位置し、右側にインバータ回路部２５が位置する。
制御回路部２６の左端から第１接続ピン群Ｐ１および第２接続ピン群Ｐ２が突出している。第１接続ピン群Ｐ１には、コンデンサ４５の電位が入力される。また、第２接続ピン群Ｐ２には、駆動電圧、制御信号が入力される。
また、インバータ回路部２５の右端から第３接続ピン群Ｐ３が突出している。第３接続ピン群Ｐ３からは、インバータ回路部２５で変換された電力が出力される。
図４は、プリント配線板４０上に部品が実装される前の、コンデンサ４５が配置される領域Ｒ１〜Ｒ３と、インテリジェントパワーモジュール４３が配置される領域Ｒ４とを示す当該プリント配線板４０の部分平面図である。
図４において、２点鎖線で囲まれた領域Ｒ１〜Ｒ３はコンデンサ４５が実装される領域である。第１コンデンサ４５Ａは領域Ｒ１に実装され、第２コンデンサ４５Ｂは領域Ｒ２に実装され、第３コンデンサ４５Ｃは領域Ｒ３に実装される。
また、２点鎖線で囲まれた領域Ｒ４は、インテリジェントパワーモジュール４３が実装される領域である。領域Ｒ１〜Ｒ３は、領域Ｒ４の内側に位置する。
領域Ｒ４の正面視左端には、インテリジェントパワーモジュール４３の制御回路部２６側の接続ピンが挿入されて且つ半田付けされるために、複数の丸穴ランドが設けられている。
複数の丸穴ランドのうち、第１ランド群Ｃ１は、図３に示す第１接続ピン群Ｐ１に対応している。第１ランド群Ｃ１は、導電パターンを介してコンデンサ４５の電極が半田付けされる部分と繋がっている。
また、第２ランド群Ｃ２は、図３に示す第２接続ピン群Ｐ２に対応している。第２ランド群Ｃ２は、導電パターンを介して駆動電源Ｖｂ、マイクロコンピュータ８０などと繋がっている。
また、領域Ｒ４の正面視右端には、インバータ回路部２５側の接続ピンが挿入されて且つ半田付けされるために、複数の長穴ランドが設けられている。複数の長穴ランドのうち、第３ランド群Ｃ３は、図３に示す第３接続ピン群Ｐ３に対応している。第３ランド群Ｃ３は、導電パターンを介してモータ５１側と繋がっている。
コンデンサ４５が実装される領域Ｒ１〜Ｒ３は、第１ランド群Ｃ１の近傍であって、第２ランド群Ｃ２および第３ランド群Ｃ３から所定距離以上離れている。ここで、所定距離は、沿面距離で３．２ｍｍ以上、空間距離で２ｍｍ以上である。それゆえ、プリント配線板４０上に実装された後のコンデンサ４５は、インテリジェントパワーモジュール４３との絶縁距離を確保することができる。
図５は、プリント配線板４０上に実装されたコンデンサ４５およびインテリジェントパワーモジュール４３の側面図である。図４および図５において、領域Ｒ１〜Ｒ３は、領域Ｒ４の内側に位置するので、先にコンデンサ４５が実装された後、インテリジェントパワーモジュール４３がコンデンサ４５の上方を覆うように実装される。それゆえ、コンデンサ４５は、プリント配線板４０の第１面４０１とインテリジェントパワーモジュール４３の第１外表面４３１との間に位置する。
また、図５において、インテリジェントパワーモジュール４３内部は、正面視右側にインバータ回路部２５が位置し、正面視左側に制御回路部２６が位置している。インバータ回路部２５は、制御回路部２６よりも発熱量が大きい。それゆえ、本実施形態では、コンデンサ４５がインバータ回路部２５の発熱の影響を受け難いように、コンデンサ４５が制御回路部２６の下方に位置するように実装されている。
また、図５に示すように、インテリジェントパワーモジュール４３には、高温になるインバータ回路部２５からの放熱を促すためにヒートシンク４９が設置されている。インテリジェントパワーモジュール４３は、プリント配線板４０の第１面４０１と対向する第１外表面４３１と、第１外表面４３１よりもさらにプリント配線板４０から離れている第２外表面４３２とを有しており、ヒートシンク４９は第２外表面４３２に設置されている。
したがって、プリント配線板４０の第１面４０１から視て、第１外表面４３１側にはコンデンサ４５が配置され、第２外表面４３２側にはヒートシンク４９が配置される。
その結果、インテリジェントパワーモジュール４３およびヒートシンク４９がプリント配線板４０の第１面４０１側に配置されることになり、部品の高集積化が図られる。
（４）特徴
（４−１）
プリント配線板４０では、コンデンサ４５が実装される領域Ｒ１〜Ｒ３が、インテリジェントパワーモジュール４３が実装される領域Ｒ４の内側にある。それゆえ、プリント配線板４０上に実装後のコンデンサ４５は、インテリジェントパワーモジュール４３とプリント配線板４０との間に配置されている。
従来のプリント配線板では、インテリジェントパワーモジュール４３が実装される領域の外側にコンデンサ４５が実装されていたので、インテリジェントパワーモジュール４３とコンデンサ４５との絶縁距離だけでなく、コンデンサ４５と他の電気部品との絶縁距離が必要となるので、実装面積が大きくなる傾向にあった。また、トランジスタＱ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａの動作時のノイズが、ブートストラップ回路４８に重畳して他の回路に悪影響を及ぼす、或いは、インテリジェントパワーモジュール４３が誤動作する、というおそれがあった。
しかし、本実施形態では、少なくともコンデンサ４５が実装される領域Ｒ１〜Ｒ３の面積、およびインテリジェントパワーモジュール４３とコンデンサ４５との絶縁距離に相当する領域の面積が、従来のプリント配線板における実装面積から削減される。
それゆえ、必要な絶縁距離を確保しつつ、コンデンサ４５とインテリジェントパワーモジュール４３とを平面視で同一領域内に配置することができる。その結果、部品の高密度化、高集積化も図られる。また、ブートストラップ回路４８にスイッチングノイズが重畳し、他の回路に悪影響を及ぼす、或いは、インテリジェントパワーモジュール４３が誤動作する、というおそれも解消される。
（４−２）
インテリジェントパワーモジュール４３は、インバータ回路部２５と、インバータ回路部２５を制御する制御回路部２６とを内蔵している。インバータ回路部２５は制御回路部２６よりも発熱量が大きい。コンデンサ４５は、プリント配線板４０と制御回路部２６との間に配置されている。それゆえ、コンデンサ４５は、インバータ回路部２５の熱的影響を受け難い。
（４−３）
整流部２１は、プリント配線板４０の第１面４０１に実装され、商用電源の交流電圧を直流電圧に変換してインバータ回路部２５に供給する。インテリジェントパワーモジュール４３および整流部２１がプリント配線板４０の第１面４０１側に配置されることにより、部品の高密度化、高集積化が図られる。
（４−４）
インテリジェントパワーモジュール４３は、第１外表面４３１と、第２外表面４３２とを有している。第１外表面４３１側には、コンデンサ４５が配置される。第２外表面４３２側には、ヒートシンク４９が配置される。その結果、インテリジェントパワーモジュール４３およびヒートシンク４９がプリント配線板４０の第１面４０１側に配置されることになり、部品の高集積化が図られる。
（４−５）
プリント配線板４０には、インテリジェントパワーモジュール４３の接続ピンが挿入され半田付けされるための、複数のランドが設けられている。第１ランド群Ｃ１には、コンデンサ４５の電位が入力される第１接続ピン群Ｐ１が半田付けされる。第２ランド群Ｃ２には、駆動電源Ｖｂの電位、マイクロコンピュータ８０からの制御信号が入力される第２接続ピン群Ｐ２が半田付けされる。コンデンサ４５は、第１接続ピン群Ｐ１の近傍であって、且つ、第２接続ピン群Ｐ２と所定の絶縁距離を保った位置に配置される。
（５）その他
図６Ａおよび図６Ｂは、インテリジェントパワーモジュール４３と、隣接する他のパワーモジュール１４３とが１つのヒートシンク４９を共有しているときの、当該インテリジェントパワーモジュール４３周辺の側面図である。
図６Ａにおいて、インテリジェントパワーモジュール４３と、隣接する他のパワーモジュール１４３との高さを合わせるために、従来は樹脂製スペーサＳｐが必要であった。
しかし、本実施形態では、図６Ｂのように、プリント配線板４０とインテリジェントパワーモジュール４３との間にコンデンサ４５が配置されることによって、コンデンサ４５が従来の樹脂製スペーサＳｐの役割を果たすので、この樹脂製スペーサＳｐを廃止することができる。したがって、省部品化、回路の高密度化および高集積化を図ることができる。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
２１ 整流部（コンバータ）
２５ インバータ回路部
２６ 制御回路部
４０ プリント配線板
４３ インテリジェントパワーモジュール
４５ コンデンサ（ブートストラップコンデンサ）
４５Ａ 第１コンデンサ（ブートストラップコンデンサ）
４５Ｂ 第２コンデンサ（ブートストラップコンデンサ）
４５Ｃ 第３コンデンサ（ブートストラップコンデンサ）
４９ ヒートシンク
４０１ 第１面
４３１ 第１外表面
４３２ 第２外表面
Ｐ１ 第１接続ピン群（第１端子）
Ｐ２ 第２接続ピン群（第２端子）
ＷＯ２０１８−００３８２７

Claims (6)

  1. プリント配線板（４０）と、
    前記プリント配線板（４０）の第１面（４０１）に実装され、少なくともインバータ回路部（２５）を形成する上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子が１つのパッケージに内蔵されたインテリジェントパワーモジュール（４３）と、
    前記プリント配線板（４０）の前記第１面（４０１）に実装され、前記下アーム側スイッチング素子がオン動作中に充電されて、前記上アーム側スイッチング素子の低電位側よりも高い電位を生成するブートストラップコンデンサ（４５）と、
    を備え、
    前記ブートストラップコンデンサ（４５）は、前記インテリジェントパワーモジュール（４３）と前記プリント配線板（４０）との間に配置されている、
    インバータ装置。
  2. 前記インテリジェントパワーモジュール（４３）は、発熱量が異なる少なくとも２つの領域を有し、
    前記ブートストラップコンデンサ（４５）は、前記２つの領域のうち発熱量が小さい低発熱領域と前記プリント配線板（４０）との間に配置されている、
    請求項１に記載のインバータ装置。
  3. 前記インテリジェントパワーモジュール（４３）は、前記インバータ回路部（２５）を制御する制御回路部（２６）をさらに内蔵し、
    前記ブートストラップコンデンサ（４５）は、前記プリント配線板（４０）と前記インテリジェントパワーモジュール（４３）の前記制御回路部（２６）との間に配置されている、
    請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置。
  4. 前記プリント配線板（４０）の前記第１面（４０１）に実装され、商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して前記インバータ回路部（２５）に供給するコンバータ（２１）をさらに備える、
    請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインバータ装置。
  5. 前記インテリジェントパワーモジュール（４３）の放熱を促進するヒートシンク（４９）をさらに備え、
    前記インテリジェントパワーモジュール（４３）は、第１外表面（４３１）と、第２外表面（４３２）とを有し、
    前記第１外表面（４３１）側には、前記ブートストラップコンデンサ（４５）が配置され、
    前記第２外表面（４３２）側には、前記ヒートシンク（４９）が配置される、
    請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインバータ装置。
  6. 前記インテリジェントパワーモジュール（４３）は、前記ブートストラップコンデンサ（４５）の電位が入力される第１端子（Ｐ１）、および制御信号が入力または出力される第２端子（Ｐ２）を有し、
    前記ブートストラップコンデンサ（４５）は、前記第１端子（Ｐ１）の近傍であって、且つ、前記第２端子（Ｐ２）と所定の絶縁距離を保った位置に配置される、
    請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のインバータ装置。
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