(57)【要約】【課題】駆動回路基板内の各部品の絶縁を確保しつつ、駆動回路基板の大きさを小型化することができる電力変換装置の提供。【解決手段】上アーム制御端子３２０ＵＵ〜３２０ＵＷが接続される接続部２２５ＵＰ〜２２５ＷＰは駆動回路基板２２の第１基板縁部に配置され、下アーム制御端子３２０ＬＵ〜３２０ＬＷが接続される接続部２２５ＵＮ〜２２５ＷＮは駆動回路基板２２の第２基板縁部に配置され、これらの基板縁部により挟まれた基板領域に、上アーム実装領域２２７ＵＰ〜２２７ＷＰと、実装される下アーム実装領域２２７ＵＮ〜２２７ＷＮと、フォトカプラ２２１Ｕ〜２２１Ｗが実装される弱電パターン領域２２８とを形成する。そして、フォトカプラ２２１Ｕから実装領域２２７ＵＮへ制御信号を伝達する信号配線４０Ｕを、下アーム実装領域において、下アーム用ドライバ回路が実装される導体層よりも下層の導体層に形成する。【選択図】図１１
2010088195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アーム用スイッチング素子および下アーム用スイッチング素子を相毎に備えたインバータ回路を有するパワーモジュールと、
前記上アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する上アーム用ドライバ回路および前記下アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する下アーム用ドライバ回路が、相毎に実装された駆動回路基板とを備えた電力変換装置において、
前記駆動回路基板は、複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した積層基板で構成され、前記上アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第１基板縁部と、前記下アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第２基板縁部と、前記第１および第２基板縁部により挟まれた基板領域とを有し、
前記基板領域には、前記上アーム用ドライバ回路が実装される上アーム実装領域と前記下アーム用ドライバ回路が実装される下アーム実装領域とが相毎に形成されるとともに、制御信号を電気的に絶縁して前記各ドライバ回路に伝達する信号伝達素子が各々実装される弱電系領域が形成され、
前記信号伝達素子から対応する前記ドライバ回路へ制御信号を伝達する信号配線を、前記下アーム用ドライバ回路が実装される導体層よりも下層の導体層において、前記下アーム用ドライバ回路の下方を通るように形成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
上アーム用スイッチング素子および下アーム用スイッチング素子を相毎に備えたインバータ回路を有するパワーモジュールと、
前記上アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する上アーム用ドライバ回路および前記下アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する下アーム用ドライバ回路が、相毎に実装された駆動回路基板とを備えた電力変換装置において、
前記駆動回路基板は、複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した積層基板で構成され、前記上アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第１基板縁部と、前記下アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第２基板縁部と、前記第１および第２基板縁部により挟まれた基板領域とを有し、
前記基板領域には、前記上アーム用ドライバ回路が実装される上アーム実装領域と前記下アーム用ドライバ回路が実装される下アーム実装領域とが相毎に形成されるとともに、制御信号を電気的に絶縁して前記各ドライバ回路に伝達する信号伝達素子が各々実装される弱電系領域が形成され、
前記上アーム用ドライバ回路および前記下アーム用ドライバ回路に電源電圧を供給する電源回路用トランスを、前記上アーム実装領域および前記下アーム実装領域の少なくとも一方の一部領域に重なるように、前記基板領域に実装したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電力変換装置において、
前記上アームドライバ回路と前記下アームドライバ回路とに接続され、該下アームドライバ回路に入力された制御信号を上アーム用信号に変換するレベルシフト回路を有するハーフブリッジタイプのプリドライバ素子を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
上アーム用スイッチング素子および下アーム用スイッチング素子を相毎に備えたインバータ回路を有するパワーモジュールと、
前記上アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する上アーム用ドライバ回路および前記下アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する下アーム用ドライバ回路が、相毎に実装された駆動回路基板と、
前記上アームドライバ回路と前記下アームドライバ回路とに接続され、該下アームドライバ回路に入力された制御信号を上アーム用信号に変換するレベルシフト回路を有するハーフブリッジタイプのプリドライバ素子とを備えた電力変換装置において、
前記駆動回路基板は、複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した積層基板で構成され、前記上アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第１基板縁部と、前記下アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第２基板縁部と、前記第１および第２基板縁部により挟まれた基板領域とを有し、
前記基板領域には、前記上アーム用ドライバ回路が実装される上アーム実装領域と前記下アーム用ドライバ回路が実装される下アーム実装領域とが相毎に形成されるとともに、制御信号を電気的に絶縁して前記各ドライバ回路に伝達する信号伝達素子が各々実装される弱電系領域が形成され、
前記ドライバ回路に電源電圧を供給するための電源配線を前記導体層に形成し、かつ、前記プリドライバ素子の直下の積層基板を通るように形成したことを特長とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置において、
前記下アーム用ドライバ回路に電源電圧を供給するための電源配線を、前記下アーム用ドライバ回路が実装される導体層よりも下層の導体層に形成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
上アーム用スイッチング素子および下アーム用スイッチング素子を相毎に備えたインバータ回路を有するパワーモジュールと、
前記上アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する上アーム用ドライバ回路および前記下アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する下アーム用ドライバ回路が、相毎に実装された駆動回路基板と、
前記上アームドライバ回路と前記下アームドライバ回路とに接続され、該下アームドライバ回路に入力された制御信号を上アーム用信号に変換するレベルシフト回路を有するハーフブリッジタイプのプリドライバ素子とを備えた電力変換装置において、
前記駆動回路基板は、複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した積層基板で構成され、前記上アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第１基板縁部と、前記下アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第２基板縁部と、前記第１および第２基板縁部により挟まれた基板領域とを有し、
前記基板領域には、前記上アーム用ドライバ回路が実装される上アーム実装領域と前記下アーム用ドライバ回路が実装される下アーム実装領域とが相毎に形成されるとともに、制御信号を電気的に絶縁して前記各ドライバ回路に伝達する信号伝達素子が各々実装される弱電系領域が形成され、
前記信号伝達素子から対応する前記ドライバ回路へ制御信号を伝達する信号配線を前記導体層に形成し、かつ、前記プリドライバ素子の直下の積層基板を通るように形成したことを特長とする電力変換装置。
【請求項７】
上アーム用スイッチング素子および下アーム用スイッチング素子を相毎に備えたインバータ回路を有するパワーモジュールと、
前記上アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する上アーム用ドライバ回路および前記下アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する下アーム用ドライバ回路が、相毎に実装された駆動回路基板と、
前記上アームドライバ回路と前記下アームドライバ回路とに接続され、該下アームドライバ回路に入力された制御信号を上アーム用信号に変換するレベルシフト回路を有するハーフブリッジタイプのプリドライバ素子とを備えた電力変換装置において、
前記駆動回路基板は、複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した積層基板で構成され、前記上アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第１基板縁部と、前記下アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第２基板縁部と、前記第１および第２基板縁部により挟まれた基板領域とを有し、
前記基板領域には、前記上アーム用ドライバ回路が実装される上アーム実装領域と前記下アーム用ドライバ回路が実装される下アーム実装領域とが相毎に形成されるとともに、制御信号を電気的に絶縁して前記各ドライバ回路に伝達する信号伝達素子が各々実装される弱電系領域が形成され、
前記ドライバ回路に電源電圧を供給するための電源配線を前記導体層に形成し、かつ、前記信号伝達素子の直下の積層基板を通るように形成したことを特長とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両用電力変換装置の場合、インバータ回路は電力用半導体チップや放熱基板などから構成され、モジュール化されている。インバータ回路を駆動するためのドライバ回路基板は、半導体モジュールとドライバ回路基板間の配線を最小限に抑えるために、半導体モジュールの直近に搭載し、半導体モジュールの制御端子とは半田付け等により電気的に接続される。
【０００３】
一般的にバッテリ電圧が４２Ｖ以上の高電圧となる場合には、安全のために、コントローラとドライバ回路との間をフォトカプラなどの信号伝達素子によって分離する。また、(+)入力と(-)入力の絶縁を確保させるために、上下アーム間の距離を一定以上確保し、絶縁を確保する必要がある。
【０００４】
さらに、上アーム用電力用半導体に接続される上アーム用ドライバ回路部の電圧は、上アーム用電力用半導体のスイッチング毎に（＋）から（−）へと変化するため、（＋）、（−）電位部位とも絶縁を確保する必要がある。また、モータ駆動に大電流を通電させる必要がある場合、下アーム用電力用半導体に接続される下アームドライバ回路部の各相間の電位が、電流変化により変動するため、電位変動分の絶縁を確保する必要がある。
【０００５】
以上のように、ドライバ回路基板は  コントローラに接続される弱電電位、バッテリに接続される（＋）電位、（−）電位、スイッチング毎に（＋）（−）に変化する出力端子電位といった、異なる電位の回路部を有し、それぞれにおいて、必要な分だけ各部の距離をとり、絶縁を確保する必要がある。
【０００６】
例えば、特許文献１に記載の技術では、信号絶縁用フォトカプラを、ドライバ回路基板の外周部に搭載する等の工夫をして、各部品間の絶縁を確保しつつ、ドライバ回路基板の小型化を図っている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３３６７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、半導体モジュールの制御端子がモジュール外周部にある場合には、フォトカプラへの信号線と高電位にある半導体モジュールの制御端子との間の絶縁を確保するために、フォトカプラを制御端子から一定の距離を確保して搭載する必要がある。そのため、ドライバ回路基板を半導体モジュールより大きくする必要があり、電力変換装置の大型化を招いてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、上アーム用スイッチング素子および下アーム用スイッチング素子を相毎に備えたインバータ回路を有するパワーモジュールと、上アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する上アーム用ドライバ回路および下アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する下アーム用ドライバ回路が、相毎に実装された駆動回路基板とを備えた電力変換装置に適用され、駆動回路基板は、複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した積層基板で構成され、上アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第１基板縁部と、下アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第２基板縁部と、第１および第２基板縁部により挟まれた基板領域とを有し、基板領域には、上アーム用ドライバ回路が実装される上アーム実装領域と下アーム用ドライバ回路が実装される下アーム実装領域とが相毎に形成されるとともに、制御信号を電気的に絶縁して各ドライバ回路に伝達する信号伝達素子が各々実装される弱電系領域が形成され、信号伝達素子から対応するドライバ回路へ制御信号を伝達する信号配線を、下アーム用ドライバ回路が実装される導体層よりも下層の導体層において、下アーム用ドライバ回路の下方を通るように形成したことを特徴とする。
請求項２の発明は、上アーム用スイッチング素子および下アーム用スイッチング素子を相毎に備えたインバータ回路を有するパワーモジュールと、上アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する上アーム用ドライバ回路および下アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する下アーム用ドライバ回路が、相毎に実装された駆動回路基板とを備えた電力変換装置に適用され、駆動回路基板は、複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した積層基板で構成され、上アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第１基板縁部と、下アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第２基板縁部と、第１および第２基板縁部により挟まれた基板領域とを有し、基板領域には、上アーム用ドライバ回路が実装される上アーム実装領域と下アーム用ドライバ回路が実装される下アーム実装領域とが相毎に形成されるとともに、制御信号を電気的に絶縁して各ドライバ回路に伝達する信号伝達素子が各々実装される弱電系領域が形成され、上アーム用ドライバ回路および下アーム用ドライバ回路に電源電圧を供給する電源回路用トランスを、上アーム実装領域および下アーム実装領域の少なくとも一方の一部領域に重なるように、基板領域に実装したことを特徴とする。
請求項４の発明は、上アーム用スイッチング素子および下アーム用スイッチング素子を相毎に備えたインバータ回路を有するパワーモジュールと、上アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する上アーム用ドライバ回路および下アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する下アーム用ドライバ回路が、相毎に実装された駆動回路基板と、上アームドライバ回路と下アームドライバ回路とに接続され、該下アームドライバ回路に入力された制御信号を上アーム用信号に変換するレベルシフト回路を有するハーフブリッジタイプのプリドライバ素子とを備えた電力変換装置に適用され、駆動回路基板は、複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した積層基板で構成され、上アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第１基板縁部と、下アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第２基板縁部と、第１および第２基板縁部により挟まれた基板領域とを有し、基板領域には、上アーム用ドライバ回路が実装される上アーム実装領域と下アーム用ドライバ回路が実装される下アーム実装領域とが相毎に形成されるとともに、制御信号を電気的に絶縁して各ドライバ回路に伝達する信号伝達素子が各々実装される弱電系領域が形成され、ドライバ回路に電源電圧を供給するための電源配線を導体層に形成し、かつ、プリドライバ素子の直下の積層基板を通るように形成したことを特長とする。
請求項６の発明は、上アーム用スイッチング素子および下アーム用スイッチング素子を相毎に備えたインバータ回路を有するパワーモジュールと、上アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する上アーム用ドライバ回路および下アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する下アーム用ドライバ回路が、相毎に実装された駆動回路基板と、上アームドライバ回路と下アームドライバ回路とに接続され、該下アームドライバ回路に入力された制御信号を上アーム用信号に変換するレベルシフト回路を有するハーフブリッジタイプのプリドライバ素子とを備えた電力変換装置に適用され、駆動回路基板は、複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した積層基板で構成され、上アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第１基板縁部と、下アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第２基板縁部と、第１および第２基板縁部により挟まれた基板領域とを有し、基板領域には、上アーム用ドライバ回路が実装される上アーム実装領域と下アーム用ドライバ回路が実装される下アーム実装領域とが相毎に形成されるとともに、制御信号を電気的に絶縁して各ドライバ回路に伝達する信号伝達素子が各々実装される弱電系領域が形成され、信号伝達素子から対応するドライバ回路へ制御信号を伝達する信号配線を導体層に形成し、かつ、プリドライバ素子の直下の積層基板を通るように形成したことを特長とする。
請求項７の発明は、上アーム用スイッチング素子および下アーム用スイッチング素子を相毎に備えたインバータ回路を有するパワーモジュールと、上アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する上アーム用ドライバ回路および下アーム用スイッチング素子に駆動信号を出力する下アーム用ドライバ回路が、相毎に実装された駆動回路基板と、上アームドライバ回路と下アームドライバ回路とに接続され、該下アームドライバ回路に入力された制御信号を上アーム用信号に変換するレベルシフト回路を有するハーフブリッジタイプのプリドライバ素子とを備えた電力変換装置に適用され、駆動回路基板は、複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した積層基板で構成され、上アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第１基板縁部と、下アーム用スイッチング素子の制御端子が接続される第２基板縁部と、第１および第２基板縁部により挟まれた基板領域とを有し、基板領域には、上アーム用ドライバ回路が実装される上アーム実装領域と下アーム用ドライバ回路が実装される下アーム実装領域とが相毎に形成されるとともに、制御信号を電気的に絶縁して各ドライバ回路に伝達する信号伝達素子が各々実装される弱電系領域が形成され、ドライバ回路に電源電圧を供給するための電源配線を導体層に形成し、かつ、信号伝達素子の直下の積層基板を通るように形成したことを特長とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、駆動回路基板内の各部品の絶縁を確保しつつ、駆動回路基板の大きさを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。本発明の実施形態に係る電力変換装置は、ハイブリッド自動車や純粋な電気自動車に適用可能である。ここでは、代表例として、本発明の実施形態に係る電力変換装置をハイブリッド自動車に適用した場合の、制御構成と電力変換装置の回路構成について、図１と図２を用いて説明する。
【００１２】
本発明の実施形態に係る電力変換装置では、自動車に搭載される車載電機システムの車載用電力変換装置、特に、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。車両駆動用インバータ装置は、車両駆動用電動機の駆動を制御する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられ、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は、運転モードに応じて車両駆動用電動機の発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。変換された直流電力は車載バッテリに供給される。
【００１３】
なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用電力変換装置として最適であるが、これら以外の電力変換装置に対しても適用可能である。例えば、電車や船舶、航空機などの電力変換装置や、工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、あるいは、家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする、家庭用電力変換装置に対しても適用可能である。
【００１４】
図１はハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。図１において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は電動車両の一種であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶ１１０の駆動源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶ１１０の駆動源およびＨＥＶ１１０の電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２，１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記すこととする。
【００１５】
車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支されている。前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸（図示省略）が回転可能に軸支されている。後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている。本実施形態のＨＥＶでは、動力によって駆動される主輪を前輪１１２とし、連れ回される従輪を後輪とする、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。
【００１６】
前輪車軸１１４の中央部には、前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪車軸１１４は、前輪側ＤＥＦ１１６の出力側に機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側には、変速機１１８の出力軸が機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６は、変速機１１８によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸１１４に分配する差動式動力分配機構である。変速機１１８の入力側には、モータジェネレータ１９２の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ１９２の入力側には、動力分配機構１２２を介してエンジン１２０の出力側およびモータジェネレータ１９４の出力側が機械的に接続されている。なお、モータジェネレータ１９２，１９４および動力分配機構１２２は、変速機１１８の筐体の内部に収納されている。
【００１７】
モータジェネレータ１９２，１９４は、回転子に永久磁石を備えた同期機である。固定子の電機子巻線に供給される交流電力がインバータ装置１４０，１４２によって制御されることにより、モータジェネレータ１９２，１９４の駆動が制御される。インバータ装置１４０，１４２にはバッテリ１３６が接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との間において電力の授受が可能である。
【００１８】
本実施形態では、ＨＥＶ１１０は、モータジェネレータ１９２およびインバータ装置１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４およびインバータ装置１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。すなわち、エンジン１２０からの動力によって車両を駆動している状況において、車両の駆動トルクをアシストする場合には、第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、同様の状況において車両の車速をアシストする場合には、第１電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。
【００１９】
また、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニットまたは第２電動発電ユニットを、発電ユニットとしてエンジン１２０の動力あるいは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
【００２０】
バッテリ１３６は、さらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機としては、たとえばエアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータがある。バッテリ１３６からインバータ装置４３に供給された直流電力はインバータ装置４３で交流の電力に変換され、モータ１９５に供給される。インバータ装置４３はインバータ装置１４０，１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。たとえば、モータ１９５の回転子の回転に対し進み位相の交流電力を供給することにより、モータ１９５はトルクを発生する。一方、遅れ位相の交流電力を発生することで、モータ１９５は発電機として作用し、モータ１９５は回生制動状態の運転となる。このようなインバータ装置４３の制御機能は、インバータ装置１４０，１４２の制御機能と同様である。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２，１９４の容量より小さいので、インバータ装置４３の最大変換電力はインバータ装置１４０，１４２より小さいが、インバータ装置４３の回路構成は基本的にインバータ装置１４０，１４２の回路構成と同じである。
【００２１】
インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とは、電気的に密接な関係にある。さらに発熱に対する対策が必要な点が共通している。また装置の体積をできるだけ小さく作ることが望まれている。これらの点から以下で詳述する電力変換装置２００は、インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とを電力変換装置２００の筐体内に内蔵している。この構成により、小型で信頼性の高い装置が実現できる。
【００２２】
また、インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とを一つの筐体に内蔵することで、配線の簡素化やノイズ対策において効果がある。また、コンデンサモジュール５００とインバータ装置１４０，１４２および４３との接続回路のインダクタンスを低減でき、スパイク電圧を低減できると共に、発熱の低減や放熱効率の向上を図ることができる。
【００２３】
次に、図２を用いてインバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３の電気回路構成を説明する。なお、図１〜図２に示す実施形態では、インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３を、それぞれ個別に構成する場合を例に挙げて説明する。インバータ装置１４０，１４２および４３は同様の構成、作用および機能を有しており、ここでは、代表例としてインバータ装置１４０の説明を行う。
【００２４】
図２に示すように、電力変換装置２００にはインバータ装置１４０とコンデンサモジュール５００とが備えられ、インバータ装置１４０はインバータ回路１４４と制御部１７０とを有している。インバータ回路１４４は３相ブリッジ回路により構成されており、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した３つの上下アーム直列回路１５０（１５０Ｕ〜１５０Ｗ）を備えている。上下アーム直列回路１５０Ｕ，１５０Ｖ，１５０Ｗはそれぞれ、バッテリ１３６の正極側と負極側に電気的に接続されている直流正極端子３１４と直流負極端子３１６との間に電気的に並列に接続されている。
【００２５】
各上下アーム直列回路１５０は、上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）およびダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６とを有している。それぞれの上下アーム直列回路１５０の中点部分（中間電極１６９）の交流端子１５９には、モータジェネレータ１９２への交流電力線（交流バスバー）１８６が接続されている。交流電力線１８６は、交流コネクタ１８８を介してモータジェネレータ１９２の電機子巻線の対応する相巻線に電気的に接続されている。制御部１７０は、インバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、信号線１７６を介してドライバ回路１７４へ制御信号を供給する制御回路１７２とを有している。
【００２６】
上アームと下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０は、スイッチング用パワー半導体素子であり、制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力はモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。上述のとおり、インバータ装置１４０はモータジェネレータ１９２が発生する三相交流電力を直流電力に変換することもできる。
【００２７】
本実施形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ３２８，３３０が用いられている。ＩＧＢＴ３２８，３３０は、コレクタ電極１５３，１６３、エミッタ電極（信号用エミッタ電極端子１５５，１６５）、ゲート電極（ゲート電極端子１５４，１６４）を備えている。ＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極１５３，１６３とエミッタ電極との間にはダイオード１５６，１６６が図示するように電気的に接続されている。ダイオード１５６，１６６は、カソード電極及びアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。
【００２８】
スイッチング用パワー半導体素子としてはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。なお、ＭＯＳＦＥＴは、ソース電極とドレイン電極との間に、ドレイン電極からソース電極に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードを備えているので、ＩＧＢＴのように、別途、ダイオード（ダイオード１５６やダイオード１６６）を設ける必要がない。
【００２９】
上下アーム直列回路１５０Ｕ〜１５０Ｗは、モータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３相分設けられている。３つの上下アーム直列回路１５０Ｕ，１５０Ｖ，１５０Ｗはそれぞれ、ＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極とＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極１６３を接続する中間電極１６９、交流端子１５９を介してモータジェネレータ１９２へのＵ相、Ｖ相、Ｗ相を形成している。上下アーム直列回路同士は電気的に並列接続されている。上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は正極端子（Ｐ端子）１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ電極に、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は負極端子（Ｎ端子）１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ電極にそれぞれ電気的に接続（直流バスバーで接続）されている。各アームの中点部分（上アームのＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と下アームのＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極との接続部分）にあたる中間電極１６９は、モータジェネレータ１９２の電機子巻線の対応する相巻線に交流コネクタ１８８を介して電気的に接続されている。
【００３０】
コンデンサモジュール５００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成するためのものである。コンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の正極側が、コンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の負極側がそれぞれ直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されている。これにより、コンデンサモジュール５００は、上アームＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３とバッテリ１３６の正極側との間と、下アームＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極とバッテリ１３６の負極側との間で接続され、バッテリ１３６と上下アーム直列回路１５０に対して電気的に並列接続される。
【００３１】
制御部１７０はＩＧＢＴ３２８，３３０を作動させるためのものであり、制御回路１７２とドライバ回路１７４とを備えている。制御回路１７２は、他の制御装置やセンサなどからの入力情報に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する。ドライバ回路１７４は、制御回路１７２から出力されたタイミング信号に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０をスイッチング動作させるためのドライブ信号を生成する。
【００３２】
制御回路１７２はＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値、及びモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が入力されている。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。
【００３３】
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。
【００３４】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。一方、上アームを駆動する場合には、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極に出力する。これにより、各ＩＧＢＴ３２８，３３０は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。
【００３５】
また、制御部１７０は、異常検知（過電流、過電圧、過温度など）を行い、上下アーム直列回路１５０Ｕ〜１５０Ｗを保護している。このため、制御部１７０にはセンシング情報が入力されている。例えば各アームの信号用エミッタ電極端子１５５，１６５からは各ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，３３０を過電流から保護する。上下アーム直列回路１５０Ｕ〜１５０Ｗに設けられた温度センサ（不図示）からは、上下アーム直列回路１５０Ｕ〜１５０Ｗの温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路１５０Ｕ〜１５０Ｗの直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、上下アーム直列回路１５０Ｕ〜１５０Ｗを過温度或いは過電圧から保護する。
【００３６】
図２に示すように、上下アーム直列回路１５０Ｕ〜１５０Ｗは、上アームのＩＧＢＴ３２８および上アームのダイオード１５６と、下アームのＩＧＢＴ３３０および下アームのダイオード１６６との直列回路であり、ＩＧＢＴ３２８，３３０はスイッチング用半導体素子である。インバータ回路１４４の上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０の導通および遮断動作が一定の順で切り替わり、この切り替わり時のモータジェネレータ１９２の固定子巻線の電流は、ダイオード１５６，１６６によって作られる回路を流れる。
【００３７】
上下アーム直列回路１５０Ｕ〜１５０Ｗは、図示するように、Positive端子（Ｐ端子、正極端子）１５７、Negative端子（Ｎ端子、負極端子）１５８、上下アームの中間電極１６９からの交流端子１５９、上アームの信号用端子（信号用エミッタ電極端子）１５５、上アームのゲート電極端子１５４、下アームの信号用端子（信号用エミッタ電極端子）１６５、下アームのゲート端子電極１６４、を備えている。また、電力変換装置２００は、入力側に直流コネクタ１３８を有し、出力側に交流コネクタ１８８を有して、それぞれのコネクタ１３８，１８８を通してバッテリ１３６とモータジェネレータ１９２にそれぞれ接続される。また、モータジェネレータへ出力する３相交流の各相の出力を発生する回路として、各相に２つの上下アーム直列回路を並列接続する回路構成の電力変換装置であってもよい。
【００３８】
図３は、本発明の実施形態に係る電力変換装置２００の外観斜視図を示す。また、図４は、電力変換装置２００の全体構成を各構成要素に分解した斜視図である。図３に示すように、本実施形態に係る電力変換装置２００の外観部品としては、上面あるいは底面が略長方形の筐体１２と、筐体１２の上部開口を塞ぐための上部ケース１０と、前記筐体１２の下部開口を塞ぐための下部ケース１６とを備えている。筐体１２の底面側あるいは上面側の形状を略長方形としたことで、車両への取り付けが容易となり、また生産し易い効果がある。なお、図３では隠れて見えないが、冷却水入口配管１３および冷却水出口配管１４が、筐体１２の短辺側の外周の１つに設けられている。
【００３９】
電力変換装置２００の長辺側の外周には、各モータジェネレータ１９２，１９４との接続に用いる交流ターミナルケース１７が設けられている。交流ターミナル１８は、図４に示すパワーモジュール３００とモータジェネレータ１９２、１９４とを電気的に接続するために用いられる。パワーモジュール３００から出力される交流電流は、交流ターミナル１８を介して、モータジェネレータ１９２、１９４へ伝達される。
【００４０】
筐体１２の短辺側の外周面の一方側には、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０と直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２が設けられている。直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０と直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２は、バッテリ１３６とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続する。一方、図４に示すように、筐体１２の短辺側の外周面の他方側には、コネクタ２１が設けられている。外部からの各種信号は、コネクタ２１を介して筐体１２に内蔵された制御回路基板２０に伝送される。このように、端子部５１０，５１２とコネクタ２１とは、筐体１２の短辺側の互いに反対側の外周面に設けられるもで、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０から筐体１２に侵入し、さらにコネクタ２１まで伝播するノイズを低減することでき、制御回路基板２０によるモータの制御性を向上させることができる。
【００４１】
図４に示すように、筐体１２の中ほどには、内部に冷却水流路１９が形成される冷却ジャケット１９Ａが設けられ、冷却ジャケット１９Ａの上部には流れの方向に並んで２組の開口が形成されている。２組のパワーモジュール３００は、これらの開口を塞ぐような形態で冷却ジャケット１９Ａの上面に固定されている。パワーモジュール３００と冷却ジャケット１９Ａとの間には、冷却水の漏れを防止するためのシール材（例えば、Ｏリングシール）が設けられている。各パワーモジュール３００には放熱のためのフィン３０５（図５参照）が設けられており、各パワーモジュール３００のフィン３０５はそれぞれ冷却ジャケット１９Ａの開口から冷却水流路１９中に突出している。
【００４２】
冷却ジャケット１９Ａの下面にはアルミ鋳造を行いやすくするための開口が形成されており、開口は下カバー４２０で塞がれている。下カバー４２０と筐体１２との間には、冷却水の漏れを防止するためのシール材が設けられている。また冷却ジャケット１９Ａの下面には補機用のインバータ装置４３が取り付けられている。補機用のインバータ装置４３は、図２に示すインバータ回路１４４と同様の構成を有するインバータ回路が設けられている。補機用のインバータ装置４３は、内蔵しているパワーモジュールの放熱金属面が冷却ジャケット１９Ａの下面に対向するようにして、冷却ジャケット１９Ａの下面に固定されている。
【００４３】
さらに冷却ジャケット１９Ａの下方には、下部ケース１６が設けられ、下部ケース１６にはコンデンサモジュール５００が設けられている。コンデンサモジュール５００は、その金属製ケースの放熱面が下部ケース１６の底板内面に接するように、下部ケース１６の底板内面に固定されている。このような構造により、冷却ジャケット１９Ａの上面と下面とを利用して、パワーモジュール３００およびインバータ装置４３を効率良く冷却することができ、電力変換装置全体の小型化に繋がる。
【００４４】
冷却水入出口配管１３，１４からの冷却水が冷却水流路１９を流れることによって、併設されている２個のパワーモジュール３００が有する放熱面（放熱フィン）が冷却され、２個のパワーモジュール３００全体が冷却される。冷却ジャケット１９Ａの下面に設けられた補機用のインバータ装置４３も同様に冷却される。
【００４５】
さらに冷却ジャケット１９Ａが設けられている筐体１２が冷却されることにより、筐体１２の下部に設けられた下部ケース１６が冷却される。その結果、コンデンサモジュール５００の熱が下部ケース１６および筐体１２を介して冷却水に熱的に伝導され、コンデンサモジュール５００が冷却される。
【００４６】
パワーモジュール３００の上方には、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続するための積層導体板７００が配置される。この積層導体板７００は、２つのパワーモジュール３００に跨って、２つのパワーモジュール３００の並列配置方向に幅広に構成されている。さらに、積層導体板７００は、コンデンサモジュール５００の正極側および負極側コンデンサ端子５０４，５０６と接続される。
【００４７】
積層導体板７００の上方には制御回路基板２０と駆動回路基板２２とが配置されている。駆動回路基板２２には図２に示したドライバ回路１７４が搭載され、制御回路基板２０には図２に示すＣＰＵを有する制御回路１７２が搭載されている。また、駆動回路基板２２と制御回路基板２０との間には金属ベース板１１が配置されている。金属ベース板１１は、両基板２２，２０に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共に、駆動回路基板２２と制御回路基板２０とに発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。
【００４８】
駆動回路基板２２には、金属ベース板１１を通り抜けて、制御回路基板２０の回路群との接続を行う基板間コネクタ２３が設けられている。また、制御回路基板２０にはコネクタ２１が接続され、コネクタ２１を利用して、電力変換装置の外部に設けた車載バッテリ１３６、すなわちリチウム電池モジュールとの間で信号の伝送が行われる。リチウム電池モジュールから電池の状態を表す信号やリチウム電池の充電状態などの信号が制御回路基板２０に送られてくる。図２に示す信号線１７６（図４では不図示）が基板間コネクタ２３に結線され、制御回路基板２０からインバータ回路のスイッチングタイミング信号が駆動回路基板２２に伝達され、駆動回路基板２２はゲート駆動信号を発生してパワーモジュール３００のそれぞれのゲート電極に印加する。
【００４９】
筐体１２の上端部と下端部には開口が形成されている。これらの開口は、それぞれ上部ケース１０と下部ケース１６を、例えばネジやボルト等の締結部品で筐体１２に固定することにより塞がれる。前述したように、筐体１２の高さ方向のほぼ中央には却ジャケット１９Ａが形成されている。冷却ジャケット１９Ａの冷却水流路１９の上面側開口をパワーモジュール３００で覆い、下面開口を下カバー４２０で覆うことにより、冷却ジャケット１９Ａの内部に冷却水入口配管１３と冷却水出口配管１４とを繋ぐ冷却水流路１９が形成される。組み立て途中に冷却水流路１９の水漏れ試験を行う。そして、水漏れ試験に合格した後に、筐体１２の上部と下部の開口から基板やコンデンサモジュール５００を取り付ける作業を行うことになる。このように筐体１２の中央に冷却ジャケット１９Ａを配置し、次に筐体１２の上端部と下端部の開口から必要な部品を固定する作業が行える構造を採用しており、生産性が向上する。また冷却水流路１９を最初に完成させ、水漏れ試験の後その他の部品を取り付けることが可能となり、生産性と信頼性の両方が向上する。
【００５０】
図５は、電力変換装置２００の断面図である。上述したように、筐体１２の上下方向のほぼ中央には、筐体内部空間を上下に仕切るような形で冷却ジャケット１９Ａが一体に形成されている。冷却ジャケット１９Ａには冷却水流路１９が形成されており、図示左側の水路が冷却水入口配管１３からの往路であり、右側の水路が冷却水出口配管１４に接続された復路である。パワーモジュール３００の交流端子１５９には、板状の交流電力線１８６の一端が接続されている。交流電力線１８６の他端は、電力変換装置２００内部から突出して交流コネクタを形成している。
【００５１】
パワーモジュール３００は、往路および復路に跨るように冷却ジャケット１９Ａに固定されている。パワーモジュール３００には放熱用の金属ベース３０４が設けられており、パワーモジュール３００のＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６は、金属ベース３０４の上面に固着され絶縁基板（不図示）上に搭載されている。金属ベース３０４の下面には、多数の冷却フィン３０５が形成されている。なお、本実施の形態の冷却フィン３０５はピンフィンで構成されているが、ピンフィンに限らずストレートフィン等でも構わない。
【００５２】
金属ベース３０４上において、上アーム用のＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６は、冷却水流路１９の復路側に設けられている。一方、下アーム用のＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６は、冷却水流路１９の往路側に設けられている。また、冷却フィン３０５は、上アーム用のＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６が設けられた領域の下面と、下アーム用のＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６が設けられた領域の下面との２つの領域に分けられて形成されている。各領域に形成された冷却フィン３０５は、冷却水流路１９に形成された開口から冷却水流路１９内に突出し、流路内の冷却水によって直接に冷却される。また、冷却ジャケット１９Ａの下面には、補機用のインバータ装置４３が固定されている。
【００５３】
パワーモジュール３００の上方には、図２に示したドライバ回路１７４（不図示）を実装した駆動回路基板２２が配置されている。駆動回路基板２２の上方には、放熱および電磁シールドの効果を高めるための金属ベース板１１が設けられ、さらにその上方には、制御回路基板２０が配置されている。なお制御回路基板２０には図２に示した制御回路１７２（不図示）が搭載されている。パワーモジュール３００の上アーム制御端子３２０Ｕ（図６では３２０ＵＵ〜３２０ＵＷ）および下アーム制御端子３２０Ｌ（図６では３２０ＵＬ〜３２０ＵＷ）は、パワーモジュール３００のケースから上方に延び、駆動回路基板２２に形成された端子部の孔を貫通する。制御端子３２０Ｕ，３２０Ｌは、駆動回路基板２２上の端子部と半田付けや溶接等により接合される。
【００５４】
図６〜８を用いてパワーモジュール３００の詳細を説明する。図６は本実施形態のパワーモジュール３００を示す斜視図である。図７はパワーモジュール３００の断面図である。図８は、金属ベース３０４上に配置されたＶ相の上下アーム直列回路１５０Ｖを示す図である。
【００５５】
パワーモジュール３００は、主に、パワーモジュールケース３０２と、パワーモジュールケース３０２内に設けられた半導体モジュール部と、金属ベース３０４と、外部との接続を行う接続端子とを備えている。パワーモジュールケース３０２は樹脂材料等の電気的絶縁材料により形成され、金属ベース３０４には例えばＣｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉＣなど金属材料が用いられる。接続端子としては、例えば、駆動回路との接続を行う制御端子３２０Ｕ，３２０Ｌや、コンデンサモジュール５００との接続を行う直流正極端子３１４および直流負極端子３１６や、モータジェネレータとの接続を行う交流端子１５９などを備えている。パワーモジュールケース３０２は金属ベース３０４上に固定されている枠構造体であって、図７に示すように中央に梁状部を備えている。梁状部を有する枠構造体によって囲まれた２つの矩形領域に上下アームの各半導体モジュール部を構成する半導体素子や配線等がそれぞれ設けられている。
【００５６】
図８は、金属ベース３０４上に搭載されたＶ相の上下アーム直列回路１５０Ｖを示したものであるが、Ｕ相およびＷ相の上下アーム直列回路１５Ｕ，１５０Ｗも同様の構成となっている。上下アーム直列回路１５０Ｖは上アーム回路１５１および下アーム回路１５２を備えており、上アーム回路１５１と下アーム回路１５２とは端子３７０により接続されている。上述したパワーモジュールケース３０２の梁状部は上アーム回路１５１と下アーム回路１５２との間に位置し、端子３７０は梁状部を跨るように設けられている。
【００５７】
上アーム回路１５１および下アーム回路１５２には、ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６が載置される絶縁基板３３４がそれぞれ設けられている。絶縁基板３３４は熱伝導性の良い電気的絶縁材で形成され、例えば、セラミック基板であっても良いし、さらに薄い絶縁シートであってもよい。本実施の形態では、絶縁基板３３４は熱伝導性の良いセラミックで形成されている。
【００５８】
絶縁基板３３４の上面および下面には金属パターンが形成されている。下面側の金属パターンは下面全体に形成されたベタパターンであり、ハンダ等により金属ベース３０４上に接合することにより、絶縁基板３３４が金属ベース３０４上に固定される。一方、上面側の金属パターンは配線回路パターン３３４ｋを形成しており、この配線回路パターン３３４ｋ上にＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６が実装される。ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６においては、それらの裏面側に形成された電極と回路配線パターン３３４ｋとがハンダにより接合される。
【００５９】
本実施の形態では、上アーム回路１５１は、ＩＧＢＴ３２８とダイオード１５６とを並列接続した回路部を一組として、この回路部を２組並列に接続して構成されている。この回路を何組並列に接続するかは、モータ１９２に通電される電流量によって決定され、本実施形態に係るモータ１９２に通電される電流よりも大電流が必要な場合には、回路部を３組、もしくはそれ以上を並列接続して構成される。逆に、モータを小さい電流で駆動することができる場合には、各相の各アームは、回路部を一組のみで構成される。下アーム回路１５２も同様に、ＩＧＢＴ３３０とダイオード１６６とを並列接続した回路部を一組として、この回路部を２組並列に接続して構成されている。交流電力を出力するための交流端子１５９Ｖは、下アーム回路１５２に設けられている。
【００６０】
図６において、３１４ａおよび３１６ａは直流正極端子３１４および直流負極端子３１６の端子部であり、パワーモジュールケース３０２の上面に設けられている。なお、直流正極端子３１４および直流負極端子３１６は上下に重ねて配設されており、それらの間には絶縁紙３１８が設けられている。各上下アーム直列回路１５０の交流端子１５９（１５９Ｕ，１５９Ｖ，１５９Ｗ）は、パワーモジュールケース３０２の矩形枠の一辺上に並列配置されている。図８に示すように、下アーム回路１５１と上アーム回路１５２とでは素子配列が端子３１４，３１６に関して対称になっている。そのため、各相の下アーム回路の制御端子（ゲート端子）３２０ＬＵ〜３２０ＬＷは交流端子１５９と同じ側の枠部分に設けられ、各相の下アーム回路の制御端子（ゲート端子）３２０ＵＵ〜３２０ＵＷは反対側の枠部分に設けられている。パワーモジュールケース３０２で囲まれた半導体モジュール部には、レジンまたはシリコンゲル(不図示)が充填され、半導体モジュール部に設けられた半導体素子や配線が保護される。
【００６１】
図７に示すように、金属ベース３０４の下面にはフィン３０５が形成されているが、金属ベース３０４にフィン３０５をロウ付けしても良いし、金属ベース３０４とフィン３０５とを鍛造により一体成型しても良い。金属ベース３０４とフィン３０５とを鍛造により一体成型することにより、パワーモジュール３００の生産性が向上するとともに、金属ベース３０４からフィン３０５までの熱伝導率を向上させ、ＩＧＢＴ及びダイオードの放熱性を向上させることができる。
【００６２】
また、金属ベース３０４のビッカース硬度を６０以上とすることで、温度サイクルによって生ずる金属ベース３０４のラチェット変形を抑制し、金属ベース３０４と筐体１２とのシール性を向上させることができる。
【００６３】
図９は、本実施形態に係る電力変換装置２００において、コンデンサモジュール５００、直流側導体板７００、および２つのパワーモジュール３００のみを抜き出した斜視図である。図９に示すように、２つのパワーモジュール３００は、各々の交流端子１５９が一方向に揃うように並設される。これら交流端子１５９と反対側に、２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との電気的な接続部を備える。この２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との電気的な接続は、平板上の積層導体板７００によって行われる。
【００６４】
下部ケース１６上に固定されたコンデンサケース５０２内には、多数のコンデンサセル５１４（不図示）が収納され、コンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ端子５０４および負極側コンデンサ端子５０６は、コンデンサケース５０２の一側方に沿って配列されている。パワーモジュール３００と接続される積層導体板７００は、２つのパワーモジュール３００を覆うように配置される。正極側コンデンサ端子５０４及び負極側コンデンサ端子５０６は、コンデンサケース５０２の開口面から立ち上がった構造のＬ字構造を形成しており、このＬ字構造の正極側コンデンサ端子５０４および負極側コンデンサ端子５０６が積層導体板７００にボルト接続される。
【００６５】
この積層導体板７００は、平板状の正極側導体板および負極側導体板７０４と、これらの導体板に挟まれた絶縁シートより構成される。その結果、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。パワーモジュール３００から上方に伸びた複数の上アーム制御端子３２０Ｕは、積層導体板７００に形成された開口を貫通して上方に突出している。
【００６６】
また、積層導体板７００の上方には、駆動回路基板２２が配置される。積層導体板７００は、駆動回路基板２２側に負極側導体板を備え、一方、パワーモジュール３００側に正極側導体板を備える。これにより、高電圧となる正極導体板と駆動回路基板２２との間には低電圧の負極導体板および絶縁シートが存在し、駆動回路基板２２が高電圧に触れるのを防止することができる。
【００６７】
パワーモジュールケース３０２の上面には、駆動回路基板２２を固定するためのボス３２１が複数形成されている（図６，９参照）。このボス３２１にドライバ回路１７４が実装された駆動回路基板２２を固定するとともに、上アーム制御端子３２０Ｕ（３２０ＵＵ，３２０ＵＶ，３２０ＵＷ）を駆動回路基板２２に形成された端子部の孔に貫通させる。その後、駆動回路基板２２の端子部とアーム制御端子３２０Ｕとを半田付けや溶接等により接合させる。ボス３２１は上アーム制御端子３２０Ｕ付近に形成されているので、車両走行時における耐振動性能が向上する。
【００６８】
次に、駆動回路基板２２について詳細に説明する。図１０は、図２に示したドライバ回路１７４の要部を示すブロック図である。ドライバ回路１７４を構成する各部品は、駆動回路基板２２に実装されている。ＩＧＢＴ３２８，３３０を駆動するドライバ回路１７４には、短絡保護機能、低電圧保護などの保護機能を有するプリドライバＩＣ５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ、上アーム用の駆動回路部７ＵＰ，７ＶＰ，７ＷＰ、下アーム用の駆動回路部７ＵＮ，７ＶＮ，７ＷＮ、電気的に絶縁して信号を伝達するフォトカプラ２２１Ｕ，２２１Ｖ，２２１Ｗ、および、各駆動回路部７ＵＰ〜７ＷＰ，７ＵＮ〜７ＷＮに絶縁された電源を供給する多相出力電源部２２０等が設けられている。制御回路１７２からの制御指令は、フォトカプラ２２１Ｕ〜２２１Ｗを介して各プリドライバＩＣ５Ｕ，５Ｖ，５Ｗに入力される。プリドライバＩＣ５ＵはハーフブジリッジタイプのプリドライバＩＣであり、プリドライバＩＣ５Ｕの周辺回路を構成する上アーム駆動回路部７ＵＰおよび下アーム駆動回路７ＵＮに接続される。プリドライバＩＣ５Ｕは、制御回路１７２からの制御指令に基づいて、上下アームの駆動回路部７ＵＰ，７ＵＮで上下アームの電力用半導体素子ＩＧＢＴ３２８，３３０をスイッチング制御する。同様に、ＩＣ５ＶおよびＩＣ５Ｗは、Ｖ相およびＷ相に関するプリドライバＩＣである。
【００６９】
多相出力電源部２２０は、後述する電源回路２２０ａおよび電源トランス２２０ｂを備えている。電源部２２０は、バッテリのＮラインおよびＰラインに接続されている。バッテリ電圧は電源トランス２２０ｂにより所定電圧（例えば、電圧１５Ｖ）に変換され、その絶縁された電源電圧は、電源配線２２２Ｕ〜２２２Ｗ，２２３Ｕ〜２２３Ｗを介して上下アームの駆動回路部７ＵＰ〜７ＷＰ，７ＵＮ〜７ＷＮに供給される。
【００７０】
ドライバ回路１７４の上アーム側ＩＧＢＴ３２８（図２参照）のゲート電極端子１５４（図２参照）に接続されるゲート制御配線２２４Ｕの電位は、パワーモジュール３００の出力ラインと同電位となっている。そのため、ドライバ回路１７４の電位は、ＩＧＢＴ３２８によるスイッチングのオンオフ繰り返しにより、Ｐラインの電位（バッテリ１３６の電圧が４００Ｖであれば、４００Ｖの電位）とＮラインの電位（ゼロボルト）との間を上下することになる。一方、下アーム側ＩＧＢＴ３３０（図２参照）のゲート電極端子１６４（図２参照）に接続されるゲート制御配線２２４Ｕの電位はＮラインと同電位となっており、基本的にはゼロボルトであるが、電流が流れた際の電圧降下により数十ボルト程度の変化がある。
【００７１】
バッテリ電源ライン（Ｎ，Ｐ）と電源配線２２２Ｕ〜２２２Ｗ，２２３Ｕ〜２２３Ｗとは電源トランス２２０ｂにより絶縁されているため、上アーム駆動回路部７ＵＰ〜７ＷＰに接続される電源配線２２２Ｕ〜２２２Ｗの電位レベルは、ゲート制御配線２２４Ｕの場合と同様に出力ラインと同電位になっている。一方、下アーム駆動回路部７ＵＮ〜７ＷＮに接続される電源配線２２３Ｕ〜２２３Ｗは、Ｎラインと同電位となっている。このような強電系の上下アーム駆動回路部に弱電系の制御回路１７２から制御信号を入力する場合には、電気的に絶縁して信号を伝達するフォトカプラ２２１Ｕ〜２２１Ｗを介して入力する。
【００７２】
図１１は、駆動回路基板２２上における回路や配線の配置を示す図である。図１１は駆動回路基板２２を制御回路基板２０側から見た平面図であり、２つあるパワーモジュール３００の一方に対応する部分（符号Ａで示す範囲）を示したものである。なお、他方のパワーモジュール３００に対応する部分（符号Ｂで示す範囲）は同一の構成となっており、図１１では図示を省略した。以下では、符号Ａで示した部分を例に、駆動回路基板２２のレイアウト構成について説明する。なお、駆動回路基板２２の基板材には多層基板が用いられ、本実施の形態では導体層を４つ備えた４層構造の多層基板を用いている。
【００７３】
図１１において、符号２２７ＵＰ，２２７ＶＰ，２２７ＷＰで示す領域はそれぞれ上アーム駆動回路部７ＵＰ，７ＶＰ，７ＷＰの実装領域を示しており、回路パターンが形成されるとともに回路部品が実装されている。一方、符号２２７ＵＮ，２２７ＶＮ，２２７ＷＮで示す領域は、それぞれ下アームの駆動回路部７ＵＮ，７ＶＮ，７ＷＮの実装領域を示している。上アーム実装領域２２７ＵＰと下アーム実装領域２２７ＵＮとは、絶縁を図るために隙間を空けて図示上下方向に配置されている。その隙間領域には、上アーム実装領域２２７ＵＰと下アーム実装領域２２７ＵＮとを跨るように、プリドライバＩＣ５Ｕが設けられている。同様に、上アーム実装領域２２７ＶＰと下アーム実装領域２２７ＶＮとの間にはプリドライバＩＣ５Ｎが設けられ、上アーム実装領域２２７ＷＰと下アーム実装領域２２７ＷＮとの間にはプリドライバＩＣ５Ｗが設けられている。
【００７４】
図４に示すように、筐体１２内において、駆動回路基板２２の下方には、二点鎖線で示すように対応するパワーモジュール３００が配置されている。パワーモジュール３００における上アーム用のＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６（図８参照）の実装領域は、図１１に示す駆動回路基板２２の中央よりも上辺側の領域に対応している。一方、下アーム用のＩＧＢＴ３３０、ダイオード１６６（図８参照）の実装領域は、駆動回路基板２２の中央よりも下辺側の領域に対応している。そのため、図６で示した上アーム制御端子３２０ＵＵ〜３２０ＵＷは駆動回路基板２２の図示上側の基板縁部分に位置し、下アーム制御端子３２０ＬＵ〜３２０ＬＷは駆動回路基板２２の下側の基板縁部分に位置する。
【００７５】
上アーム実装領域２２７ＵＰ，２２７ＶＰ，２２７ＷＰの図示上端部分、すなわち上側の基板縁部分には、端子部２２５ＵＰ，２２５ＶＰ，２２５ＷＰが設けられている。これらの端子部２２５ＵＰ〜２２５ＷＰには、パワーモジュール３００の各相の上アーム制御端子３２０ＵＵ〜３２０ＵＷが接続される。上アーム制御端子３２０ＵＵ〜３２０ＵＷの各々は、端子部２２５ＵＰ〜２２５ＷＰにおいて駆動回路基板２２の裏面側から表面側に貫通し、半田付けや溶接等により接合されている。
【００７６】
また、下アーム実装領域２２７ＵＮ，２２７ＶＮ，２２７ＷＮの図示下端部分、すなわち下側の基板縁部分には、各相の下アーム制御端子３２０ＬＵ〜３２０ＬＷが接続される端子部２２５ＵＮ，２２５ＶＮ，２２５ＷＮが設けられている。下アーム制御端子３２０ＬＵ〜３２０ＬＷの各々は、端子部２２５ＵＮ〜２２５ＷＮにおいて駆動回路基板２２の裏面側から表面側に貫通し、半田付けや溶接等により接合されている。
【００７７】
駆動回路基板２２の上アーム実装領域２２７ＵＰに隣接する左上隅の領域には、図１０の多相出力電源部２２０の電源回路２２０ａを構成する部品が実装されている。ＰラインおよびＮラインからの電源ケーブルは電源コネクタ２３４に接続される。電源トランス２２０ｂは、上アーム実装領域２２７ＵＰ，２２７ＶＰの一部に重なるように搭載されている。２３０ＵＰ〜２３０ＷＮは電源トランス２２０ｂの出力端子である。
【００７８】
図１０では、多相出力電源部２２０と上アーム駆動回路部７ＵＰ，ＶＰとを接続するための電源配線２２２Ｕ，２２２Ｖを図示したが、図１１では電源トランス２２０ｂが上アーム実装領域２２７ＵＰ，２２７ＶＰに重なるように搭載されているので、各出力端子２３０ＵＰ，２３０ＶＰは上アーム駆動回路部７ＵＰ，７ＶＰに直接接続されている。そのため、電源配線２２２Ｕ，２２２Ｖを省略することができる。その他の出力端子２３０ＷＰ，２３０ＵＮ，２３０ＶＮ，２３０ＷＮは、電源配線２２２Ｖ，２２２Ｗ，２２３Ｕ〜２２３Ｗを介して、各上下アーム実装領域２２７ＷＰ，２２７ＵＮ〜２２７ＷＮに配置された上下アーム駆動回路部７ＷＰ，７ＵＮ〜７ＷＮに接続されている。
【００７９】
符号２２８で示す領域は弱電パターン領域であって、弱電系の部品および回路パターンが配置される領域である。弱電パターン領域２２８以外の領域は、バッテリ電圧と同電位レベルとなる強電系領域である。図４に示す制御回路基板２０からの制御信号は、弱電パターン領域２２８に設けられた信号コネクタ２２９に入力される。信号コネクタ２２９には、二点鎖線で示すように信号ケーブルのコネクタ２３２が着脱可能に装着される。弱電パターン領域２２８の周辺部分には、複数のフォトカプラ２２１Ｕ〜２２１Ｗが設けられている。弱電パターン領域２２８には、コネクタ２３２から各フォトカプラ２２１Ｕ〜２２１Ｗまでの配線パターンが形成されているが、ここでは図示を省略した。
【００８０】
前述したようにフォトカプラ２２１ＵはＵ相へ制御信号を送るためのフォトカプラであり、同様にフォトカプラ２２１Ｖ，２２１ＷはそれぞれＶ相およびＷ相へ制御信号を送るためのフォトカプラである。破線４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗは、フォトカプラ２２１Ｕ，２２１Ｖ，２２１Ｗから対応するプリドライバＩＣ５Ｕ，５Ｖ，５Ｗへ制御信号を伝達するための信号配線である。
【００８１】
例えば、Ｕ相の上アーム用ＩＧＢＴ３２８を駆動する場合には、制御回路１７２（図２，１０参照）からの制御信号は、信号コネクタ２２９→弱電パターン→フォトカプラ２２１Ｕ→信号配線４０Ｕを経由して、プリドライバＩＣ５Ｕ内の下アーム側に入力される。プリドライバＩＣ５Ｕには、制御信号の電圧を上アーム側駆動回路の７ＵＰの電圧レベルに変換するレベルシフト回路が内蔵されており、レベルシフトされた制御信号に基づいて上アーム側駆動回路７ＵＰで上アーム用ＩＧＢＴ３２８を駆動する。一方、下アーム用ＩＧＢＴ３３０を駆動する場合には、制御信号は、上アームと同様に信号コネクタ２２９→弱電パターン→フォトカプラ２２１Ｕ→信号配線４０Ｕを経由して、プリドライバＩＣ５Ｕ内の下アーム側に入力される。そして、下アーム側駆動回路７ＵＮにより下アーム用ＩＧＢＴ３３０を駆動する。
【００８２】
図１２は駆動回路基板２２の断面を模式的に示した図であり、フォトカプラ２２１ＵからプリドライバＩＣ５Ｕまでの信号配線４０Ｕを説明する図である。なお、下アーム実装領域２２７ＷＮの断面は下アーム実装領域２２７ＶＮと同様なので、図１２では図示を省略した。駆動回路基板２２は絶縁体２２ａ〜２２ｃと導体層（銅パターン）とを交互に積み重ねた多層構造のガラスエポキシ基板であって、４層の導体層を有している。
【００８３】
図１２において、Ｐ１，Ｐ３は１層目のパターン、Ｐ２，Ｐ４は２層目のパターン、Ｐ５は３層目のパターンである。また、パターンＰ６は、フォトカプラ２２１Ｕの強電側端子に接続される１層目のパターンＰ６１と、プリドライバ回路５Ｕの下アーム側端子に接続される１層目のパターンＰ６２と、基板裏面側に形成された４層目のパターンＰ６３と、駆動回路基板２２を貫通して１層目のパターンと４層目のパターンとを接続する貫通パターンＰ６４，Ｐ６５とから成る。
【００８４】
１、２層目のパターンＰ１〜Ｐ４の内、パターンＰ１，Ｐ２はＵ相の下アーム実装領域２２７ＵＮに形成され、パターンＰ３，Ｐ４はＶ相の下アーム実装領域２２７ＶＮに形成されている。また、パターンＰ５，Ｐ６は信号配線４０Ｕを構成しており、３層目のパターンＰ５はグランドパターンとして機能するベタパターンである。フォトカプラ２２１ＵおよびプリドライバＩＣ５Ｕのグランド端子は、このグランドパターンＰ５に接続されている。２３３は下アーム実装領域２２７ＶＮに設けられた回路部品である。
【００８５】
図１２に示すように、本実施の形態では、フォトカプラ２２１ＵとプリドライバＩＣ５Ｕとを接続する信号配線４０Ｕは、Ｖ相の下アーム駆動回路７ＶＮの回路パターンが形成されている１，２層目の下側を迂回するように、駆動回路基板２２の３，４層に設けられている。その結果、フォトカプラや信号配線のレイアウトの自由度を上げつつ、下アーム間の電位を独立させることができる。また、信号配線を３，４層に通すことにより、下アーム電位の変動によるノイズの影響を低減することができる。ここでは、電磁ノイズの影響を極力小さくするために、Ｐラインの電位とＮラインの電位との間で大きく変動する上アームではなくて、電圧変動が小さい下アームの下を迂回させるようにした。なお、図１１に示す平面図上ではＵ相の信号配線４０ＵとＶ相の下アーム実装領域２２７ＶＮとが重なっているように見えるが、図１２に示すように、それらは基板厚み方向において１，２層と３，４層とに分離しており、Ｕ相とＶ相とは分離されている。
【００８６】
フォトカプラ２２１ＶとＶ相のプリドライバＩＣ５Ｖとを接続する信号配線４０Ｖに関しても同様で、信号配線４０Ｖは駆動回路基板２２の３，４層に設けられている。一方、フォトカプラ２２１Ｗは弱電系領域２２８と下アーム実装領域２２７ＷＮとに跨って配置されており、下アーム実装領域２２７ＷＮの信号配線４０Ｗは１，２層に形成されている。
【００８７】
なお、本実施の形態においては２，３層間で相を分離しているが、その理由は、４層基板の構成においては、一般的に１，２層間および３，４層間の距離に比較して２，３層間距離が３倍程度あるためである。また、本実施例では４層基板を使用しているが、６層以上の多層基板でも、層間距離が長い層間で相の分離をするのが望ましい。
【００８８】
次に、電源トランス２２０ｂの出力端子と上下アーム駆動回路とを接続する電源配線２２２Ｕ〜２２２Ｗ，２２３Ｕ〜２２３Ｗについて説明する。図１３は、プリドライバＩＣ５Ｖの下方に配置される電源配線２２２Ｗを説明する図であり、図１１においてプリドライバＩＣ５Ｖの部分を図示上下方向に断面したものである。
【００８９】
パターンＰ１，Ｐ２は下アーム実装領域２２７ＶＮの回路パターンを示し、パターンＰ３〜Ｐ６は上アーム実装領域２２７ＶＰの回路パターンを示している。２２３ｂは下アーム駆動回路部７ＶＮの回路部品であり、１，２層目のパターンＰ１，Ｐ２を利用して基板２２の表面側に実装されている。また、２３３ａ，２３３ｃは上アーム実装領域２２７ＶＰに実装される上アーム駆動回路部７ＶＰの回路部品であり、回路部品２３３ａは１，２層目のパターンＰ３、Ｐ４を利用して基板２２の表面側に実装され、回路部品２３３ｃは３，４層目のパターンＰ５，Ｐ６を利用して基板２２の裏面側に実装されている。このように、一部の回路部品は基板裏面側にも実装されている。
【００９０】
上下アーム実装領域２２７ＶＮ，２２７ＶＰ間にはプリドライバＩＣ５Ｖが実装されており、下アーム側の端子には上述した信号配線４０Ｖが接続されている。プリドライバＩＣ５Ｖの直下には何も配置されず、上下アーム実装領域２２７ＶＮ，２２７ＶＰは所定の絶縁距離以上に分離されている。上述したように信号配線４０Ｖは３，４層目に設けられており、下アーム実装領域２２７ＶＮにおいて３，４層目から１，２層目へと貫通し、プリドライバＩＣ５Ｖに接続されている。プリドライバＩＣ５Ｖの内部は、上アーム側のブロック５ＶＰと下アーム側のブロック５ＶＮとに分かれている。電源トランス２２０ｂから上アーム実装領域２２７ＷＰの上アーム駆動回路部７ＷＰに電源電圧を伝達する電源配線２２２Ｗは、プリドライバＩＣ５Ｖの下方を通過するようにレイアウトされている。電源配線２２２Ｗはプラス側とマイナス側との２つの配線パターンで構成され、３，４層に形成されている。
【００９１】
図１４はプリドライバＩＣ５Ｖの概略構成を示す回路図である。図１４では、破線の下側がブロック５ＶＮに対応し、破線の上側がブロック５ＶＰに対応している。ブロック５ＶＮには、下アーム用ＩＣ２４１と、ｎＭＯＳＦＥＴおよびｐＭＯＳＦＥＴで構成される駆動回路が設けられている。同様に、ブロック５ＶＰには、上アーム用ＩＣ２４２と、ｎＭＯＳＦＥＴおよびｐＭＯＳＦＥＴで構成される駆動回路が設けられている。プリドライバＩＣ５Ｖにおいては、これらの回路が一つのパッケージ内に納められている。
【００９２】
下アーム用ＩＣ２４１は、下アーム制御信号に基づいて下アーム側の駆動回路を制御する。一方、プリドライバＩＣ５Ｖに入力された上アーム用制御信号は下アーム用ＩＣ２４１からレベルシフト回路２４０に入力され、レベルシフト回路２４０において制御信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトされる。上アーム用ＩＣ２４２は、このレベルシフトされた制御信号に基づいて上アーム側の駆動回路を制御する。
【００９３】
プリドライバＩＣ５Ｖのパッケージ内においては、ブロック５ＶＮの回路とブロック５ＶＰの回路との絶縁、すなわち上下アーム間の絶縁を確保するために（例えば１２００Ｖの絶縁耐圧）、ブロック５ＶＮ，５ＶＰは、破線部分（パッケージのほぼ中央）を中心とする一定のスペース（絶縁領域）を空けて配置されている。よって、パッケージの裏面にボールグリッドアレイ端子が形成されているプリドライバＩＣであれば、破線部分を含む帯状の絶縁領域よりも外側（下アーム側および上アーム側）にボールグリッドアレイ端子が形成されている。上アーム電位である電源配線２２２Ｗは、この帯状絶縁領域の下層（図１３では３，４層）を通過するようにレイアウトされる。２〜４層のいずれを通すかは任意であり、また、プリドライバＩＣ５Ｖの下層に十分なスペースがあれば、同一層に複数の配線パターンを形成しても良い。また、上アームではなく下アームの電源配線を、プリドライバＩＣ５Ｖの下を通すようにしても良い。その場合、下アームとは電位差が少ないので、下アーム側であれば、１層目のパターンに形成することも可能である。
【００９４】
図１３に示すように、プリドライバＩＣ５Ｖの下側にはＶ相の回路パターンや部品が配置されないので、Ｗ相の電源配線２２２Ｗをこの領域に形成することで、他相であるＶ相の上下アームとの絶縁を確保しつつ、比較的短い距離でＷ相の上アーム実装領域２２７ＷＰまで配線することが可能となる。また、破線部分を含む帯状絶縁領域の下側の３，４層に電源配線２２２Ｗを通すことにより、プリドライバＩＣ５Ｖのブロック５ＶＮ，５ＶＰからできるだけ距離を離し、スイッチング時の上アームの電位変動に起因する電磁波の影響を低減するようにしている。
【００９５】
一方、下アーム用の電源配線２２３Ｗについては、同電位レベルである下アーム実装領域２２７ＶＮの下層を通してＷ相側に引き出し、下アーム実装領域２２７ＷＮに接続する。この場合、相間の影響を抑えるために、なるべく下側の層を用いるのが好ましい。電源配線に関して考慮すべき点として、上アームと同電位レベルである上アーム用電源配線ついては、上下アーム実装領域の下層を通過させず、プリドライバＩＣの下層を通すようにする。また、下アーム用電源配線については、上アーム実装領域の下層は通過させず、同電位レベルである下アーム実装領域の下層を通過させるようにする。
【００９６】
なお、配線や実装領域をレイアウトする際には、所定の絶縁距離を空けてそれらを配置する。例えば、Ｐ電位領域−出力電位領域間、出力電力領域−出力電位領域間、Ｎ電位領域−Ｐ電位領域間およびＮ電位領域−出力電位領域間は同程度の絶縁距離（例えば、３ｍｍ）を必要とするが、弱電領域−Ｐ電位領域間では、より大きな絶縁距離（例えば、５ｍｍ）を必要とする。
【００９７】
以上のように、本実施の形態では、低ノイズを図りつつ駆動回路基板２２の小型化を図ることをポイントとしている。図６に示したように、駆動回路基板２２の下側に配置されるパワーモジュール３００においては、回路基板２２と接続される制御端子３２０ＬＵ〜３２０ＬＷ，３２０ＵＵ〜３２０ＵＷがパワーモジュールケース３０２の外枠の部分に配置されている。従来は、フォトカプラを制御端子の外側の領域に配置することで、上下アーム実装領域に信号ラインが交差しないようにレイアウトするのが一般的であった。しかし、フォトカプラを制御端子の外側領域に配置するため、駆動回路基板２２が大きくなり、電力変換装置自体が大型化してしまうという欠点があった。
【００９８】
そこで、本実施の形態では、下アーム制御端子３２０ＬＵ〜３２０ＬＷと上アーム制御端子３２０ＵＵ〜３２０ＵＷとの間の領域に、弱電系を配置するようにした。その場合、図１１に示すように弱電系領域を一つの領域（弱電パターン領域２２８）にまとめ、その弱電系領域を高電位レベルとなる上アーム実装領域から離して配置した。
【００９９】
また、駆動回路基板２２の小型化を図るために、ドライバＩＣの数を少なくするとともに制御信号の配線を少なくすることを目的として、ハーフブリッジタイプのプリドライバＩＣ５Ｕ〜５Ｗを用いている。従来のように、上下のアーム毎にドライバＩＣを用いた場合には上下アームのそれぞれにフォトカプラが必要になる。一方、プリドライバＩＣ５Ｖには、制御信号の基準電位レベルを上アームレベルまでシフトするレベルシフト回路２４０が設けられているので、一相に対して信号絶縁用フォトカプラが１つで済む。その結果、フォトカプラの配置スペースや、信号配線を引き回すスペースを減少し、レイアウトの自由度が増すとともに、駆動回路基板２２の小型化を図ることができる。
【０１００】
ただし、プリドライバＩＣ５Ｕ〜５Ｗを用いて、図１１のように弱電系領域を制御端子間領域に配置した場合、弱電パターン領域２２８の周辺に設けられたフォトカプラ２２１Ｕ〜２１１Ｗから各相へと信号配線をレイアウトするのが難しくなる。従来は、出力電位レベルとなる上アーム実装領域の影響を避けるように、いったん制御端子間領域の外側に信号配線を引き回したり、上アーム実装領域間のスペースを大きく設定して、そこに信号配線を配置する必要があったが、本実施の形態では、そのような構成を必要としない配線構造を採用するようにした。すなわち、基板２２の下層（例えば、３，４層）を用いて信号配線を通すことで、制御信号ラインが下アーム実装領域を直線的に通過できるようにした。
【０１０１】
さらに、電源トランス２２０ａを上アーム実装領域２２７ＵＰ，２２７ＶＰと重なるように配置することで、上アーム実装領域２２７ＵＰ，２２７ＶＰとの間の電源配線を省略することができる。上アーム用の電源配線は出力電位レベルであるため、他の相の領域を横切ることが難しい。そのため、上アーム用の電源配線を省略できることにより、配線の困難性が非常に軽減される。また、上アーム用電源配線２２２Ｗを、プリドライバＩＣ５Ｖの絶縁領域の下層を通すことにより、配線の長さや配線スペースを大きくすることなく、上アーム実装領域２２７ＷＰへの電源配線２２２Ｗの接続が容易となる。なお、図１１に示す例では、電源トランス２２０ｂを上アーム実装領域２２７ＵＰ，２２７ＶＰの上方に重ねて配置したが、下アーム実装領域の上方に重ねて配置しても良い。
【０１０２】
図１７は、信号配線および電源配線が上下アーム実装領域と重ならないようなレイアウトの一例を示したものである。なお、図１７では、上述した実施の形態と同様にプリドライバＩＣ５Ｕ，５Ｖ，５Ｗを用いた場合について示した。配線が上下アーム実装領域と重ならないようにするためには、図１７に示すように、弱電系と電源トランス２２０ｂとを制御端子間領域の外側に配置するのが最も簡単である。図１７では、弱電系を制御端子間領域の図示下側に配置し、強電系である電源トランス２２０ｂ、電源回路２２０ａは反対側の外側領域に配置した。
【０１０３】
図１７のように配置すると、絶縁を確保しつつ配線をレイアウトするのが容易となるが、駆動回路基板２２が大型化してしまう。そのため、本実施の形態では、上述したような配線構造を採用することで、弱電系および電源系を制御端子間領域内に配置できるようにし、ノイズ対策を図りつつ基板の小型化を図っている。
【０１０４】
［変形例］
図１５は、上述した実施の形態の変形例を示す図である。なお、図１５は回路部品のレイアウトを説明するための図であって、図１１に示した回路部品の一部を簡略化して示すとともに、一部の図示を省略した。変形例では、多相出力電源部（電源回路２２０ａ、電源トランス２２０ｂ）を駆動回路基板２２の中央付近に配置するとともに、弱電パターン領域２２８も中部分に配置している。このようなレイアウトとすることにより、駆動回路基板２２の小型化を図ることができる。そして、このようなレイアウトを実現するために、以下のような構成を採用している。
【０１０５】
Ｖ相の上アーム実装領域２２７ＶＰの一部を電源トランス２２０ａの下部に配置することで、電源配線２２２Ｖを省略している。また。電源配線２２３Ｗについては、弱電パターン領域２２８を迂回するようにレイアウトし、図１３の電源配線２２２Ｗの場合と同様に、フォトカプラ２２１Ｗの下層（２，３，４層）を通して下アーム実装領域２２７ＷＮに接続するようにした。それにより、制御信号への影響を極力抑えるようにした。
【０１０６】
図１６はプリドライバＩＣ５Ｖの部分の断面図である。プリドライバＩＣ５Ｖの下を通るように、駆動回路基板２２の２〜４層に制御信号用のパターンＰ７〜Ｐ９を形成する。そして、図１５に示すように、これらのパターンＰ７〜Ｐ９と下アーム実装領域２２７ＶＮ，２２７ＷＮに設けられた回路パターンとをフォトカプラ２２１Ｖ，２２１Ｗで接続し、制御信号を下アーム実装領域２２７ＶＮ，２２７ＷＮへと伝達する。例えば、３，４層のパターンＰ７，Ｐ８を用いる。なお、フォトカプラ２２１Ｖ，２２１Ｗは基板表面に実装されているので、図１２の場合と同様に、３，４層から１層に貫通するパターンを形成してフォトカプラ２２１Ｖ，２２１Ｗの端子へ接続することになる。
【０１０７】
このような構成とすることにより、弱電電位にある制御信号ラインを、高電圧電位にある上下アームから絶縁を確保しつつ当該相まで配線することができる。また、弱電パターンをプリドライバＩＣ５Ｖの下の２〜４層を通してプリドライバＩＣ５Ｖからできるだけ距離を離すことにより、スイッチング時の上アームの電位変動に起因する電磁波の影響を低減することができる。もちろん、可能であれば、１層目のパターンに信号配線を形成しても良い。
【０１０８】
また、図１５に示すように弱電パターン領域２２８を基板中央部に配置したことで、フォトカプラ２２１Ｖ〜２２１Ｗの高圧側を下アームの実装領域２２７ＵＮ〜２２７ＷＮに重なるように配置することが可能となる。
【０１０９】
以上説明した実施の形態においては、以下のような作用効果を奏する。
本実施の形態においては、パワーモジュール３００の上アーム制御端子３２０ＵＵ〜３２０ＵＷが接続される接続部２２５ＵＰ〜２２５ＷＰは駆動回路基板２２の基板縁部に配置され、パワーモジュール３００の下アーム制御端子３２０ＬＵ〜３２０ＬＷが接続される接続部２２５ＵＮ〜２２５ＷＮは駆動回路基板２２の他方の基板縁部に配置されている。このような構成において、これらの基板縁部により挟まれた基板領域に、上アーム実装領域２２７ＵＰ〜２２７ＷＰと、実装される下アーム実装領域２２７ＵＮ〜２２７ＷＮと、制御信号を電気的に絶縁してドライバ回路に伝達するフォトカプラ２２１Ｕ〜２２１Ｗが実装される弱電パターン領域２２８とを形成する。
【０１１０】
（１）そして、図１２に示すように、フォトカプラ２２１Ｕから対応するドライバ回路が搭載された実装領域２２７ＵＮへ制御信号を伝達する信号配線４０Ｕは、下アーム実装領域２２７ＶＮにおいては、下アーム用ドライバ回路が実装される導体層Ｐ３，Ｐ４よりも下層の導体層Ｐ５，Ｐ６に形成するようにした。そのため、下アーム実装領域２２７ＶＮを横切るように信号配線４０Ｕをレイアウトすることが可能となり、フォトカプラや信号配線のレイアウトの自由度を上げつつ、下アーム間の電位を独立させることができる。その結果、駆動回路基板２２の大きさ（外形寸法）をパワーモジュール３００と同程度に小さくすることができ、電力変換装置の小型化を図ることができる。また、信号配線を３，４層に通すことにより、下アーム電位の変動によるノイズの影響を低減することができる。
【０１１１】
（２）また、図１１に示すように、上アーム用ドライバ回路および下アーム用ドライバ回路に電源電圧を供給する電源トランス２２０ｂを、上アーム実装領域２２７ＵＰ，２２７ＶＰの一部に重なるように配置することにより、電源トランス２２０ｂとドライバ回路との電源配線を省略することができ、駆動回路基板２２の小型化を図ることができる。
【０１１２】
（３）図１１に示すように、ハーフブリッジタイプのプリドライバＩＣ５Ｕ〜５Ｗを用いることにより、フォトカプラおよび信号配線を減らすことができ、駆動回路基板２２の小型化を図ることができる。また、電源配線２２２ＷをプリドライバＩＣ５Ｕの下を通るようにレイアウトすることにより、他相であるＶ相の上下アームとの絶縁を確保しつつ、比較的短い距離でＷ相の上アーム実装領域２２７ＷＰまで配線することが可能となり、電源配線のレイアウト自由度の向上が図れる。また、図１５，１６に示すように、電源配線に代えて、信号配線や弱電パターンをプリドライバＩＣの下に配置するようにしても良い。
【０１１３】
（４）また、図１５に示すように、フォトカプラ２２１Ｗの下に電源配線２２３Ｗを配置しても良い。それにより、電源配線２２２Ｗのレイアウトが容易となる。
【０１１４】
実施形態と変形例の一つ、もしくは複数を組み合わせることも可能である。変形例をどのように組み合わせることも可能である。
【０１１５】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。例えば、信号配線を下アームの下層を通すという構成は、上下アームごとにドライバＩＣを設ける従来の構成においても採用することができる、それにより、フォトカプラを上下アーム制御端子で挟まれる領域に配置することが可能となり、レイアウトの自由度の向上、駆動回路基板の小型化を図ることができる。また、上述した実施形態では、インバータ装置４３やパワーモジュール３００のインバータ回路を３相出力型として説明したが、３相に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。
【図２】インバータ装置の電気回路構成を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電力変換装置の外観斜視図である。
【図４】電力変換装置の内部構成を示す分解斜視図である。
【図５】電力変換装置の断面図である。
【図６】パワーモジュールを示す斜視図である。
【図７】パワーモジュールの断面図である。
【図８】Ｖ相の上下アーム直列回路を示す図である。
【図９】組み立て状態におけるコンデンサモジュール、直流側導体板およびパワーモジュールを示す図である。
【図１０】ドライバ回路の要部を示すブロック図である。
【図１１】駆動回路基板上における回路や配線の配置を示す図である。
【図１２】駆動回路基板の断面の模式図である。
【図１３】駆動回路基板の電源配線部分を示す断面図である。
【図１４】プリドライバＩＣの概略構成を示す回路図である。
【図１５】変形例を示す図である。
【図１６】変形例におけるプリドライバＩＣの部分の断面図である。
【図１７】信号配線および電源配線が上下アーム実装領域と重ならないようにレイアウトした場合の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
５ＶＮ，５ＶＰ：ブロック、５Ｕ〜５Ｗ：プリドライバＩＣ、７ＵＰ〜７ＷＰ，７ＵＮ〜７ＷＮ：駆動回路部、２０：制御回路基板、２２：駆動回路基板、４０Ｕ〜４０Ｗ：信号配線、４３，１４０，１４２：インバータ装置、１３６：バッテリ、１４４：インバータ回路、１５０Ｕ〜１５０Ｗ：上下アーム直列回路、１５６，１６６：ダイオード、１７２：制御回路、１７４：ドライバ回路、１９２，１９４：モータジェネレータ、２２０ａ：電力変換装置、２２０ｂ：電源トランス、２２１Ｕ〜２２１Ｗ：フォトカプラ、２２２Ｕ〜２２２Ｗ，２２３Ｕ〜２２３Ｗ：電源配線、２２５ＵＰ〜２２５ＷＰ，２２５ＵＮ〜２２５ＷＮ：端子部、２２７ＵＰ〜２２７ＷＰ：上アーム実装領域、２２７ＵＮ〜２２７ＷＮ：下アーム実装領域、２２８：弱電パターン領域、２４０：レベルシフト回路、３００：パワーモジュール、３０２：パワーモジュールケース、３２０Ｕ，３２０ＵＵ〜３２０ＵＷ：上アーム制御端子、３２０Ｌ，３２０ＵＬ〜ＷＬ：下アーム制御端子、３２８，３３０：ＩＧＢＴ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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