(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとを有するインバータ回路と、導体パターンが形成され、この半導体スイッチング素子が搭載された基板と、この基板が搭載され外郭を形成するケースと、前記平滑コンデンサが搭載され、導電性金属からなる配線パターンを成形樹脂でインサート成形され、前記平滑コンデンサを前記配線パターンに接続した成形基板と、前記ケースに設けられたタップを有する成形基板用端子とを備え、前記成形基板をネジで前記成形基板用端子のタップに固定することで前記成形基板を前記ケースに取付けると共に、電気的に接続されることで前記インバータ回路が構成されるパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば空気調和機等の直流ブラシレスモータを駆動するためのインバータブリッジ回路で構成したパワーモジュールに係り、特にパワーモジュール上部に回路成形基板を搭載した構成のパワーモジュールに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御とＰＡＭ(pulse Amplitude Modulation)制御を併用したインバータエアコンの一実施例が、例えば、特開平６−１０５５６３号に記載されている。ＰＡＭ制御は、昇圧回路又はこれに相当する回路を用いてコンプレッサーへの印加電圧を昇圧させ、昇圧幅によりコンプレッサーの回転数を制御するものである。一方、インバータエアコンの心臓部であるインバ−タには、従来から６ケのスイッチング素子とこのスイッチング素子に並列に接続された６ケのダイオ−ドから三相ブリッジ回路を構成して、これらを１つのパッケ−ジに収納した構成のパワ−モジュ−ルが広く使用されている。
【０００３】
前記パワーモジュ−ルは６ケのスイッチング素子を順次スイッチングすることによって、回転位相の電圧を三相電動機に印可し、回転磁界を与える物である。この転流パタ−ンとは別に一定乃至ある範囲内の周波数でスイッチングを行い、スイッチングの通流率を変化させることで電動機の回転数を制御する方式をＰＷＭ方式という。
【０００４】
インバータエアコンは、圧縮機モータの制御を比較的負荷の小さい低速回転領域をＰＷＭ制御で行い、負荷の大きい高速回転領域は直流電圧を昇圧させてＰＡＭ制御で行う。
【０００５】
ＰＡＭ制御の場合、圧縮機を高速で回転できるため特に低温時における暖房能力を大幅に向上することができる。さらに、昇圧回路の入力電流が正弦波に近似するように昇圧回路のスイッチング素子を制御することで電源力率が向上し、入力電力が最大限利用可能になった為エアコンの最大能力が向上する。また、正弦波近似により高調波電流が抑制されクリーンな電源を供給することことができる等の利点がある。ＰＡＭ制御を用いたインバータエアコンの従来例を図４および図５で説明する。
【０００６】
図４は従来のＰＡＭ制御の回路構成である。
【０００７】
図４において１は電源でブリッジダイオード２で整流されチョークコイル３を介して昇圧用スイッチング素子４に接続されている。ドライブ回路５、力率改善回路６、電流検出抵抗７は昇圧用スイッチング素子を制御するための回路素子である。該スイッチング素子の動作によりチョークコイルに蓄積された電力は逆流防止用のリカバリーダイオード８を介してコンデンサ９に電力変換される。１０はインバータスイッチング素子で並列に接続した還流ダイオード１１と一対で三相ブリッジ回路を構成している。該スイッチング素子１０はドライブ回路１３で動作される。１４は圧縮機用モータでＵＶＷ相の電圧を参照して磁極位置と回転数を得る位置検出回路１５でエアコンの室内機から送られる速度指令値との偏差をマイコン１６で演算して直流電圧指令を力率改善回路６に、ＰＷＭ信号をドライブ回路１３にそれぞれ転送する。
【０００８】
図５（a）、図５（b）は図４の一点鎖線内のパワー部をモジュール化した斜視図と断面図である。図中金属基板１７に絶縁層１８を介して導体パターン１９が形成され、その上部に昇圧素子２０、インバータ素子２１を搭載してはんだ２２で該導体パターン１９と接合する。力率改善回路６およびドライブ回路５．１３はハイブリットIc２３で高集積化したあとリード端子２４で金属基板１７の導体パターン１９と接合する。２５はケースでモジュールの外郭を形成してパワー端子２６をインサート成形で固定する。２７は周辺回路と電気的に接合する信号端子である。かかる構成のパワーモジュールをエアコンの室外機に組み込んでインバータエアコンを動作させた場合、回路が集積化されるため配線等の電力搬送ラインおよび信号転送ラインが短縮されるため高周波ノイズの低減および小形実装に有利になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図４の平滑コンデンサ９は大形部品であるためモジュールの外部に実装している。そのためコンデンサとモジュールは配線２８で接続する方式で行っていた。コンデンサ９のインプット電流には昇圧スイッチング素子４の周波数成分（２５ｋHz）とインバータスイッチング素子１１の周波数成分（３ｋHz）が重畳されるため配線１１にはノイズが多量に発生する。従って、ノイズ対策部品は多くなり実装上およびコスト的にも問題があった。
本発明は、かかる問題を解消するため手段を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題は、半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとを有するインバータ回路と、導体パターンが形成され、この半導体スイッチング素子が搭載された基板と、この基板が搭載され外郭を形成するケースと、前記平滑コンデンサが搭載され、導電性金属からなる配線パターンを成形樹脂でインサート成形され、前記平滑コンデンサを前記配線パターンに接続した成形基板と、前記ケースに設けられたタップを有する成形基板用端子とを備え、前記成形基板をネジで前記成形基板用端子のタップに固定することで前記成形基板を前記ケースに取付けると共に、電気的に接続されることで前記インバータ回路が構成されるパワーモジュールとすることにより解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
図中、従来例で示した同一符号は同一物を示す。
【００１３】
図１において、１は商用電源でブリッジダイオード２で整流されチョークコイル３を介して昇圧用スイッチング素子４に接続されている。ドライブ回路５、力率改善回路６、電流検出抵抗７は昇圧用スイッチング素子を制御するための回路素子である。該スイッチング素子の動作によりチョークコイルに蓄積された電力は逆流防止用のリカバリーダイオード８を介して平滑コンデンサ９に電力変換される。インバータ回路は６個の制御電極付半導体スイッチング素子を３相ブリッジ接続し、半導体スイッチング素子に並列接続した還流ダイオードとにより構成される。１０はインバータスイッチング素子で並列に接続した還流ダイオード１１と一対で三相ブリッジ回路を構成している。該スイッチング素子１０はドライブ回路１３で動作される。１４は圧縮機用モータでＵＶＷ相の電圧を参照して磁極位置と回転数を得る位置検出回路１５でエアコンの室内機から送られる速度指令値との偏差をマイコン１６で演算して直流電圧指令を力率改善回路６に、ＰＷＭ信号をドライブ回路１３にそれぞれ転送する。
【００１４】
図２は図１の一点鎖線内のパワー部をモジュール化した斜視図である。図中、金属基板１７に絶縁層を介して導体パターンが形成され、その上部に昇圧素子２０、インバータ素子２１を搭載してはんだで該導体パターンと接合する。力率改善回路６およびドライブ回路５,１３はハイブリットIc２３で高集積化したあとリード端子２４で金属基板１７の導体パターンと接合する。２５はケースでモジュールの外郭を形成してパワー端子２６をインサート成形で固定する。２７は周辺回路と電気的に接合する信号端子である。２８は成形基板用パワー端子で成形基板２９とネジ３０で固定できるように中央孔にタップを形成している。すなわち、パワーモジュールのケ−ス上面部にタップ部を設け、ネジで成形基板を固定し、かつ電気的に接続している。
【００１５】
該成形基板２９の構成を図３a、図３ｂで説明する。導電製金属からなる配線パターンを成形樹脂３２でインサート成形して平滑コンデンサ９および周辺回路３３等の大形部品を搭載してリード端子３４をはんだ３５で接合する。
【００１６】
３６は接合ランドで、パワーモジュールと電気的に接合させると同時にパワーモジュールのケース２５と安定に結合させるものである。
【００１７】
このパワーモジュールは、導電性回路パターンを内在した成形樹脂で構成された回路成形基板の上に、平滑コンデンサ等の周辺回路を構成する回路素子を備え、前記パワーモジュールに直接続した構成を有しており、パワーモジュールを制御信号に応じて、直流ブラシレスモータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御またはＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御により回転数制御を行う。このインバ−タシステムによって、空気調和機は、室内温度と設定温度の偏差に応じて直流ブラシレスモ−タの運転を行う。
【００１８】
以上の実施例では、モジュールの構成は昇圧回路とインバータ回路を同居させたパワーモジュールで説明したがモジュールの構成がインバータのみの場合、昇圧回路のみの場合、インバータとドライブ回路が同居した場合、それぞれ成形基板と組み合わせた構成で同様の効果を得るのはいうまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるパワーモジュールによれば、平滑コンデンサ９をパワーモジュールと密着した状態で実装でき、実装回路が集積化されるためコンデンサとモジュールの配線等２８の電力搬送ラインが短縮されるため高周波ノイズの低減および小形実装に有利になる。特にノイズを多量に発生する平滑コンデンサの配線部材を使用することなく実装できるためノイズの発生量が非常に小さく抑制することが可能となる他、ノイズ対策部品が大幅に削減できるのでコスト低減等も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインバータの回路構成を示す回路図である。
【図２】本発明によるパワーモジュールの一実施形態を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明による成形基板の一実施形態を示す平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】従来の実施例によるインバータの回路構成を示す回路図である。
【図５】（ａ）は本発明によるパワーモジュールの一実施形態を示す斜視図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
１…商用電源、２…整流回路、３…チョークコイル、４…昇圧回路の半導体スイッチング素子、５…ドライブ回路、６…力率改善回路、７…電源電流検出抵抗、８…リカバリーダイオード、９平滑コンデンサ、１０…インバータモジュール、１１…インバータスイッチング素子、１２…還流ダイオード、１３…インバータドライブ回路、１４…圧縮機モータ、１５…磁極位置検出回路、１６…マイクロコンピュータ、１７…パワー基板、１８…絶縁層、１９…導体パターン、２０…昇圧用スイッチング素子、２１…インバータ用スイッチング素子、２２…はんだ、２３…ハイブリッドIc、２４…リード端子、２５…ケース、２６…パワー端子、２７…信号端子、２８…パワーコネクター、２９…成形基板、３０…ネジ、３１…パターン、３２…成形樹脂、３３…周辺部品、３４…リード端子、３５…はんだ。
【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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