(57)【要約】【課題】短絡が発生する場合においても、ＰＷ素子の急激な異常昇温を少数のＴ素子で確実かつ迅速に検出できる、小型・低コストの電力変換装置を提供する。【解決手段】２個以上のＰＷ素子１〜４が、Ｂ＋端子側の上流群ＵとＢ−端子側の下流群Ｌに分類されてなり、上流群Ｕと下流群Ｌに、それぞれ、１個のＴ素子Ｔｕ，Ｔｌが配置されてなり、上流群ＵのＴ素子Ｔｕと下流群ＬのＴ素子Ｔｌの温度差を検出して、ＰＷ素子１〜４の異常昇温を検出するように構成されてなる電力変換装置１００とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と負荷の間に挿入され、前記直流電源からの電圧および電流を変換して、前記負荷に電力を供給する電力変換装置であって、
前記直流電源の高電位側に接続する高電位電源端子（以下、Ｂ＋端子と記載）、前記直流電源の低電位側に接続する低電位電源端子（以下、Ｂ−端子と記載）、前記負荷の高電位側に接続する高電位負荷端子（以下、Ｍ＋端子と記載）、および前記負荷の低電位側に接続する低電位負荷端子（以下、Ｍ−端子と記載）を有してなり、
前記Ｂ＋端子から前記Ｍ＋端子へ至る電流経路と前記Ｍ−端子から前記Ｂ−端子へ至る電流経路の間に、直列に、２個以上のパワー半導体素子（以下、ＰＷ素子と記載）が挿入されてなる電力変換装置において、
前記２個以上のＰＷ素子が、前記Ｂ＋端子側の上流群と前記Ｂ−端子側の下流群に分類されてなり、
前記上流群と前記下流群に、それぞれ、１個の温度検出素子（以下、Ｔ素子と記載）が配置されてなり、
前記上流群のＴ素子と前記下流群のＴ素子の温度差を検出して、前記ＰＷ素子の異常昇温を検出するように構成されてなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記温度差の傾きを検出して、前記ＰＷ素子の異常昇温を検出するように構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記上流群に分類されるＰＷ素子および前記下流群に分類されるＰＷ素子のうち、少なくとも一方が、複数個であることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記上流群に分類されるＰＷ素子が、前記Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路の間に挿入されてなり、
前記下流群に分類されるＰＷ素子が、前記Ｍ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の間に挿入されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記下流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個が、所定の制御信号に基づいて前記負荷に制御電力を出力するためのスイッチング素子であり、
前記上流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個が、前記Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路を断続するためのスイッチ素子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記ＰＷ素子が、樹脂でモールドされたパッケージ部品であり、
前記Ｔ素子が、チップ部品であり、
前記ＰＷ素子と前記Ｔ素子が、絶縁基体に配線が形成された一枚の回路基板に搭載されてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記ＰＷ素子と前記Ｔ素子が、前記回路基板の第１面上に搭載されてなり、
前記ＰＷ素子と前記Ｔ素子とが、
前記配線と別体とされ、前記絶縁基体よりも熱伝導性に優れる伝熱部により、熱的に接続されてなることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記伝熱部が、
電気絶縁性を有する伝熱ゲル、および前記配線と同じ構成要素の金属層とビアで構成されてなることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記ビアが、スルーホールビアであり、
前記金属層には、前記回路基板の第２面上に形成される金属層が含まれてなることを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記電力変換装置が、車載用であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して負荷に電力を供給する、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して負荷に電力を供給する電力変換装置が、例えば、特開２００６−４１４０７号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のパワー半導体素子（以下、ＰＷ素子と記載）は、動作中のスイッチング損失に起因する発熱を伴うため、許容温度を越えた場合、熱劣化するおそれがある。また、大きな電流を処理する電力変換装置では、短絡（ショート）が発生した場合においても、特定のＰＷ素子に過大な電流が流れて発熱し、熱劣化するおそれがある。このため、一般的に、従来の電力変換装置では各ＰＷ素子の近くに温度検出素子（以下、Ｔ素子と記載）を１個ずつ配置して、ＰＷ素子の異常昇温をそれぞれのＴ素子で検出し、ＰＷ素子を熱劣化から保護するようにしている。
【０００４】
一方、上記した各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する従来の構成では、ＰＷ素子の数と同じ数だけＴ素子が必要であり、電力変換装置が大型化すると共に高コストとなってしまう。このため、特許文献１の電力変換装置では、３相インバータを構成する６個のＰＷ素子のうち特定のＰＷ素子の近くに１個だけＴ素子を配置する、次のような構成を採用している。該電力変換装置では、垂直に取り付けられる冷却フィンに対して、上アームと下アームの６個のＰＷ素子が、横方向に３個、縦方向に２段に並べて配置されている。そして、冷却フィンと対向する回路基板上において、上段中央に配置される上アームのＰＷ素子のエミッタ端子またはコレクタ端子が接続される回路パターンに接して、１個のＴ素子を配置するようにしている。該電力変換装置の構成は、温度が最も高くなると考えられる特定配置にあるＰＷ素子の特定端子近くに、１個のＴ素子を配置する構成である。従って、６個のＰＷ素子に対してＴ素子をそれぞれ１個ずつ配置する従来の構成に較べて、電力変換装置を小型化かつ低コスト化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４１４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する従来の構成では、上記した大型化・高コスト化の問題以外にも、次のような問題点がある。前述した電力変換装置で短絡が発生する場合においては、特定のＰＷ素子で急激な異常昇温が起きるため、該ＰＷ素子の熱劣化を防止するためには、この短絡による異常昇温を直ちに検出して通電を停止する必要がある。しかしながら、部品配置が高密度化・複雑化している近年の回路基板においては、周りの部品や配線の配置によってはＴ素子をＰＷ素子の近くに配置できず、ＰＷ素子の発熱がＴ素子まで効率的に伝わらない場合がある。このような場合には、短絡によるＰＷ素子の急激な異常昇温を、Ｔ素子で確実かつ迅速に検出することができない。
【０００７】
一方、特許文献１の電力変換装置の構成では、次のような問題点がある。該電力変換装置の構成は、垂直に取り付けられる特別な配置状態にある回路基板とＰＷ素子を前提としたものであり、任意の配置状態にある電力変換装置に適用することはできない。例えば、回路基板とＰＷ素子が水平に取り付けられる場合には、遠くにあるＰＷ素子の発熱は、複数個のＰＷ素子に対して１個だけ配置されるＴ素子まで効率的に伝わらない。従って、該電力変換装置において、短絡が発生する場合には、各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する従来の構成に較べて、さらにＰＷ素子の短絡による異常昇温の検出が遅れることになる。
【０００８】
そこで、本発明は、直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して負荷に電力を供給する、任意の配置状態にある電力変換装置を対象としている。そして、短絡が発生する場合においても、ＰＷ素子の急激な異常昇温を少数のＴ素子で確実かつ迅速に検出できる、小型・低コストの電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電力変換装置は、直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して、負荷に電力を供給する電力変換装置である。入力側には、直流電源の高電位側に接続する高電位電源端子（以下、Ｂ＋端子と記載）、および直流電源の低電位側に接続する低電位電源端子（以下、Ｂ−端子と記載）を有している。出力側には、負荷の高電位側に接続する高電位負荷端子（以下、Ｍ＋端子と記載）、および負荷の低電位側に接続する低電位負荷端子（以下、Ｍ−端子と記載）を有している。また、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路とＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の間には、直列に、２個以上のパワー半導体素子（以下、ＰＷ素子と記載）が挿入されている。
【００１０】
そして、上記電力変換装置において、直列に挿入されている前記した２個以上のＰＷ素子が、Ｂ＋端子側の上流群とＢ−端子側の下流群に分類されている。また、上流群と下流群には、それぞれ、１個の温度検出素子（以下、Ｔ素子と記載）が配置される。そして、上流群のＴ素子と下流群のＴ素子の温度差を検出して、前記した２個以上のＰＷ素子の異常昇温を検出するように構成されている。
【００１１】
上記電力変換装置は、Ｂ＋端子からＭ＋端子およびＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の間に直列に挿入されている２個以上のＰＷ素子が、上流群と下流群に分類され、該上流群と下流群にそれぞれ１個のＴ素子が配置される構成である。上流群および下流群に分類されるＰＷ素子の数は、それぞれ１個であってもよいが、任意の複数個であってよい。従って、複数個のＰＷ素子で上流群または下流群が構成される場合には、それら複数個のＰＷ素子に対して、１個のＴ素子が配置されることになる。このため、上記電力変換装置の構成は、前述した従来の各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する構成に較べて、小型化かつ低コスト化が可能である。
【００１２】
尚、上記電力変換装置において、それぞれ１個のＴ素子が配置される上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、電気回路構成上の上流と下流の関係だけで決められるものである。従って、例えば特許文献１に記載された電力変換装置のように、特別な配置状態にある回路基板とＰＷ素子を前提としたものではない。言い換えれば、上記電力変換装置における上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、回路基板やＰＷ素子の配置とは無関係に、任意の配置状態をとる電力変換装置において行うことができる。
【００１３】
上記電力変換装置においては、短絡による急激な異常昇温を確実かつ迅速に検出するため、従来の電力変換装置とは異なる、次の構成が採用されている。すなわち、上記電力変換装置においては、上流群と下流群にそれぞれ１個ずつ配置されるＴ素子によって各温度が検出されるだけでなく、その温度差も検出するようにしている。
【００１４】
短絡によるＰＷ素子の異常昇温は急激であるため、例えば従来構成のように各ＰＷ素子に対して１個ずつ配置されているＴ素子であっても、異常昇温の検出とそれによる通電停止が間に合わず、ＰＷ素子が熱劣化してしまう場合がある。この事情は、特許文献１に記載された電力変換装置ではさらに厳しくなり、特定の配置関係にある複数個のＰＷ素子に対して１個だけ配置されるＴ素子では、短絡による異常昇温の検出がさらに遅れる。
【００１５】
これに対して、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差を検出する上記電力変換装置は、以下のように機能する。上記電力変換装置において、通常動作時にＢ＋端子からＭ＋端子およびＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の途中で短絡が発生した場合、上流群と下流群をそれぞれ構成しているＰＷ素子は、昇温に対する逆の挙動を示すことになる。すなわち、短絡経路が並列接続される上流群または下流群のいずれか一方の群に属するＰＷ素子は、電流がほとんど流れなくなって、通常動作時よりも昇温が遅くなったり、昇温が停止したりする。これに対して、もう一方の群に属するＰＷ素子のほうには大電流が流れて、通常動作時よりも急激な昇温が起きる。
【００１６】
上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の検出は、短絡が発生した場合の上記した昇温に対する逆の挙動を利用して、短絡による急激な異常昇温をより敏感に検出するものである。すなわち、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の測定値は、各Ｔ素子の温度の測定値に較べて絶対値が小さいものの、前述した短絡に伴う上流群と下流群をそれぞれ構成するＰＷ素子の昇温に対する逆の挙動が含まれている。従って、この温度差を精密に測定することによって、従来の温度の測定だけではできなかった短絡による急激な異常昇温の検出を、少数のＴ素子で、確実かつ迅速に行うことができる。
【００１７】
例えば、通常動作時においては、全てのＰＷ素子が昇温するため、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の測定値には、上流群と下流群で顕著な差は表れない。しかしながら、短絡が発生した場合、上流群と下流群に分類されたＰＷ素子のうち、短絡経路が並列接続される群に属するＰＷ素子には電流が流れなくなって、昇温速度が小さくなる。逆に、もう一方の群に属するＰＷ素子のほうには大電流が流れて、通常動作時よりも昇温速度が大きくなる。このため、上流群と下流群に配置された各Ｔ素子の温度差の測定値には、短絡が発生した瞬間から通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになる。これによって、従来の温度の測定だけではできなかった短絡による急激な異常昇温の迅速な検出が可能となる。そして、この短絡による異常昇温を素早く検出して、通電を直ちに停止することで、短絡による各ＰＷ素子の熱劣化を確実に防止できるようになる。
【００１８】
以上のようにして、上記電力変換装置は、短絡が発生する場合においても、ＰＷ素子の急激な異常昇温を少数のＴ素子で確実かつ迅速に検出可能な、小型・低コストの電力変換装置とすることができる。
【００１９】
上記電力変換装置においては、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差だけでなく、温度差の傾き（微分値）を検出して、ＰＷ素子の異常昇温を検出することが好ましい。上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の傾きの変化を検出することで、前述した短絡が発生した場合の通常動作時から昇温速度の変化を、より迅速かつ確実に検出することが可能である。
【００２０】
上記電力変換装置は、例えば、上流群に分類されるＰＷ素子および下流群に分類されるＰＷ素子のうち、少なくとも一方が、複数個であってもよい。上流群および下流群に分類されるＰＷ素子の数は、前述したように任意の複数個であってよく、同じ群に属するＰＷ素子の数が多くなるほど、各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する従来の構成に較べて、小型化かつ低コスト化が可能である。
【００２１】
上記電力変換装置は、例えば、上流群に分類されるＰＷ素子が、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路の間に挿入されてなり、下流群に分類されるＰＷ素子が、Ｍ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の間に挿入されてなる構成とすることができる。しかしながらこれに限らず、上流群と下流群に分類されるＰＷ素子が、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路またはＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路のどちらか一方の電流経路に挿入されてなる構成であってもよい。
【００２２】
上記電力変換装置は、例えば、下流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個を、所定の制御信号に基づいて負荷に制御電力を出力するためのスイッチング素子（以下、ＳＷ素子と略記）とすることができる。また、上流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個を、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路を断続するためのスイッチ素子とすることができる。しかしながらこれに限らず、例えば、上流群に分類されるＰＷ素子を、インバータ回路における上アームのＳＷ素子とし、下流群に分類されるＰＷ素子を、下アームのＳＷ素子としてもよい。
【００２３】
上記電力変換装置は、例えば、ＰＷ素子が、樹脂でモールドされたパッケージ部品であり、Ｔ素子が、チップ部品であり、ＰＷ素子とＴ素子が、絶縁基体に配線が形成された一枚の回路基板に搭載されてなる構成であってよい。
【００２４】
この場合において、例えばＰＷ素子とＴ素子が回路基板の同じ第１面上に搭載されてなる場合には、ＰＷ素子とＴ素子とが、配線と別体とされ、絶縁基体よりも熱伝導性に優れる伝熱部により、熱的に接続されてなる構成とすることが好ましい。
【００２５】
上記した電力変換装置における上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、前述したように電気回路構成上の上流と下流の関係だけで決められるものであり、特別な配置状態にある回路基板とＰＷ素子を前提としたものではない。一方、同じ群に属する複数個のＰＷ素子を１個のＴ素子で温度測定し、上流群と下流群の温度差で短絡による異常を検出する上記電力変換装置は、短絡によるＰＷ素子の異常昇温を素早くＴ素子に伝える必要がある。この２つの要件を両立させるため、上記構成では、電気回路を構成する回路基板の配線とは別体の伝熱部により、ＰＷ素子とＴ素子の間を伝熱させるようにしている。これによれば、例えば、ＰＷ素子の電極に印加される電位に制限されることなく、Ｔ素子とＰＷ素子との間を熱的に接続することができる。また、伝熱部は、ＰＷ素子やＴ素子およびそれらに接続する配線が配置される回路基板の第１面を避けて、回路基板の内部やもう一方の第２面に形成することも可能である。従って、該伝熱部によれば、ＰＷ素子とＴ素子を近接して配置する場合に限らず、回路基板の第１面の任意の位置に配置する場合であっても、ＰＷ素子からＴ素子への良好な熱伝達を担保することができる。
【００２６】
該伝熱部は、例えば、電気絶縁性を有する伝熱ゲル、および配線と同じ構成要素の金属層とビアで構成することができる。
【００２７】
この場合、例えば、前記ビアが、スルーホールビアであり、前記金属層には、回路基板のＰＷ素子とＴ素子が搭載される第１面と反対の第２面上に形成される金属層が含まれてなる構成であってよい。
【００２８】
以上のようにして、上記電力変換装置は、直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して負荷に電力を供給する電力変換装置であって、短絡が発生する場合においても、ＰＷ素子の急激な異常昇温を少数のＴ素子で確実かつ迅速に検出できる、小型・低コストの電力変換装置とすることができる。
【００２９】
従って、上記電力変換装置は、小型・低コストが要求され、種々の環境下で使用されて
短絡が発生した場合においても確実かつ迅速な検出が必要とされる、車載用の電力変換装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る電力変換装置の一例を示す図で、電力変換装置１００の主な構成要素を示したブロック図である。
【図２】電力変換装置１０１の通常動作時の動作状態で、（ａ）は、回路図上で電流経路を示した図であり、（ｂ）は、通電直後において検出される各部の代表的な温度上昇例を示した図である。
【図３】電力変換装置１０１のＭ＋端子とＢ−端子の間で短絡が発生した時の動作状態で、（ａ）は、回路図上で電流経路を示した図であり、（ｂ）は、通電直後において検出される各部の代表的な温度上昇例を示した図である。
【図４】電力変換装置１０１のＢ＋端子とＭ−端子の間で短絡が発生した時の動作状態で、（ａ）は、回路図上で電流経路を示した図であり、（ｂ）は、通電直後において検出される各部の代表的な温度上昇例を示した図である。
【図５】図１に示した電力変換装置１００の変形例で、電力変換装置１１０の主な構成要素を示したブロック図である。
【図６】図１に示した電力変換装置１００の別の変形例で、電力変換装置１２０の主な構成要素を示したブロック図である。
【図７】同じ群Ｇに分類されたＰＷ素子ＰＷ１，２とＴ素子Ｔｇについて、回路基板Ｋへの好ましい実装構造を示す図で、（ａ）は回路基板Ｋの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）における一点鎖線Ａ−Ａでの断面図である。
【図８】図７に示した実装構造を用いて、図２（ａ）の電力変換装置１０１の上流群Ｕと下流群Ｌを構成した図で、（ａ）は、回路基板Ｋの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）における一点鎖線Ｂ−Ｂでの断面図である。
【図９】別の実装構造を用いて、図２（ａ）の電力変換装置１０１の上流群Ｕと下流群Ｌを構成した回路基板Ｋの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための形態を、図に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明に係る電力変換装置の一例を示す図で、電力変換装置１００の主な構成要素を示したブロック図である。
【００３３】
図１において一点鎖線で囲って示した電力変換装置１００は、直流電源１０と負荷２０の間に挿入され、直流電源１０からの電圧および電流を変換して、負荷２０に電力を供給する電力変換装置である。電力変換装置１００の入力側には、直流電源１０の高電位側に接続する高電位電源端子（Ｂ＋端子）、および直流電源１０の低電位側に接続する低電位電源端子（Ｂ−端子）を有している。電力変換装置１００の出力側には、負荷２０の高電位側に接続する高電位負荷端子（Ｍ＋端子）、および負荷２０の低電位側に接続する低電位負荷端子（Ｍ−端子）を有している。図１の電力変換装置１００において、直流電源１０から流れ出る太線矢印で示した電流は、Ｂ＋端子に流れ込み、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路Ｋ１を通って、負荷２０に供給される。そして、負荷２０を流れ出る電流が、Ｍ−端子からＢ−端子へ至る電流経路Ｋ２を通って直流電源１０に戻る。
【００３４】
図１の電力変換装置１００において、電流経路Ｋ１と電流経路Ｋ２の間には、直列に、２個以上のパワー半導体素子（ＰＷ素子１〜４）が挿入されている。図１の例では、電流経路Ｋ１，Ｋ２の間に挿入されている４個のＰＷ素子１〜４の中で、ＰＷ素子１，２，３およびＰＷ素子１，２，４が、それぞれ、直列接続となっている。そして、直列に挿入されている上記４個のＰＷ素子１〜４が、破線で囲ったＢ＋端子側の上流群ＵとＢ−端子側の下流群Ｌに分類されている。図１の例では、ＰＷ素子１，２が上流群Ｕに分類され、ＰＷ素子３，４が下流群Ｌに分類されている。また、上流群Ｕと下流群Ｌには、それぞれ、１個の温度検出素子（Ｔ素子Ｔｕ，Ｔｌ）が配置されている。そして、制御部に設けられた温度差検出部ＤＴにおいて、上流群ＵのＴ素子Ｔｕと下流群ＬのＴ素子Ｔｌの温度差を検出して、４個のＰＷ素子１〜４の異常昇温を検出するように構成されている。
【００３５】
図１に例示した電力変換装置１００のように、本発明に係る電力変換装置は、以下の構成を有している。すなわち、Ｂ＋端子からＭ＋端子およびＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の間に直列に挿入されている２個以上のＰＷ素子が、上流群と下流群に分類され、該上流群と下流群にそれぞれ１個のＴ素子が配置される構成である。上流群および下流群に分類されるＰＷ素子の数は、それぞれ１個であってもよいが、任意の複数個であってよい。従って、複数個のＰＷ素子で上流群または下流群が構成される場合には、それら複数個のＰＷ素子に対して、１個のＴ素子が配置されることになる。このため、上記電力変換装置の構成は、従来の各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する構成に較べて、小型化かつ低コスト化が可能である。
【００３６】
尚、上記電力変換装置において、それぞれ１個のＴ素子が配置される上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、電気回路構成上の上流と下流の関係だけで決められるものである。従って、例えば先の特許文献１に記載された電力変換装置のように、特別な配置状態にある回路基板とＰＷ素子を前提としたものではない。言い換えれば、本発明の電力変換装置における上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、回路基板やＰＷ素子の配置とは無関係に、任意の配置状態をとる電力変換装置において行うことができる。
【００３７】
次に、上記電力変換装置の効果について、より具体的な構成例で説明する。
【００３８】
図２〜図４は、ブロック図で示した図１の電力変換装置１００の具体化例である電力変換装置１０１を用いて、通常動作時と短絡発生時における動作状態の違いを示した図である。図２は、通常動作時における動作状態を示している。図３は、Ｍ＋端子とＢ−端子の間で短絡が発生した時の動作状態を示している。また、図４は、Ｂ＋端子とＭ−端子の間で短絡が発生した時の動作状態を示している。尚、図２〜図４の各図において、（ａ）は、電力変換装置１０１の回路図上で、各動作状態での電流経路を示している。また、（ｂ）は、各動作状態での通電直後において、電力変換装置１０１で検出される各部の代表的な温度上昇例を示している。
【００３９】
図２（ａ）に示す電力変換装置１０１は、車載用のブロアモータの駆動装置で、直流電源１０は車のバッテリであり、負荷２０はモータコイルのインダクタンスＬである。尚、負荷２０の抵抗Ｒｉは、モータコイルの内部抵抗である。図２（ａ）の電力変換装置１０１において、電流経路Ｋ１，Ｋ２の間に挿入されている４個のＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳ１〜４）が、それぞれ、図１の電力変換装置１００における４個のＰＷ素子１〜４に対応する。また、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路Ｋ１に挿入された直列接続のＭＯＳ１とＭＯＳ２が、Ｂ＋端子側の上流群Ｕに分類され、Ｍ−端子からＢ−端子へ至る電流経路Ｋ２に挿入された並列接続のＭＯＳ３とＭＯＳ４が、Ｂ−端子側の下流群Ｌに分類される。上流群ＵにおけるＭＯＳ１は、バッテリの逆接続防止用のトランジスタであり、ＭＯＳ２は、異常時等においてＢ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路Ｋ１を断続するためのスイッチ素子である。また、下流群Ｌにおける並列接続のＭＯＳ３とＭＯＳ４は、所定の制御信号に基づいて負荷に制御電力を出力するためのＳＷ素子である。尚、ＭＯＳ３とＭＯＳ４の２個のＳＷ素子が並列接続されているのは、各ＳＷ素子での発熱を緩和するためである。
【００４０】
また、図２（ａ）に示す電力変換装置１０１の上流群Ｕと下流群Ｌには、それぞれ、サーミスタ（登録商標）からなる１個のＴ素子Ｔｕ，Ｔｌが配置されている。そして、電力変換装置１０１では、Ｔ素子Ｔｕ，Ｔｌで検出される温度だけでなく、制御部に設けられた温度差検出部ＤＴで上流群ＵのＴ素子Ｔｕと下流群ＬのＴ素子Ｔｌの温度差を検出して、ＭＯＳ１〜４の異常昇温を検出するようにしている。
【００４１】
図２（ａ）において太線矢印で示したように、通常動作時においては、バッテリの直流電源１０から流れ出た電流は、電流経路Ｋ１にある上流群ＵのＭＯＳ１とＭＯＳ２を通って、Ｍ＋端子から負荷２０のモータコイルに供給される。そして、モータコイルを流れ出た電流経路Ｋ２にある下流群ＬのＭＯＳ３とＭＯＳ４を通って、Ｂ−端子から直流電源１０に戻る。
【００４２】
図２（ａ）に示す電力変換装置１０１において、通常動作時の通電直後における各部の代表的な温度上昇は、図２（ｂ）のようになる。
【００４３】
図２（ｂ）において、細い実線で示したＴｕ（上流群）とＴｌ（下流群）は、それぞれ、上流群Ｕと下流群Ｌの各Ｔ素子Ｔｕ，Ｔｌで検出される検出温度の上昇である。また、太い実線で示した｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、温度差検出部ＤＴで検出される上記Ｔｕ（上流群）とＴｌ（下流群）の温度差の上昇である。尚、点線で示したＭＯＳ１，２（上流群）とＭＯＳ３，４（下流群）は、それぞれ、上流群Ｕと下流群Ｌの各ＭＯＳにおける実際の発熱温度の上昇である。また、各ＭＯＳが劣化する素子劣化温度（ＭＯＳ１〜４）を点線で、各Ｔ素子が異常発生と判断する異常設定温度１（Ｔｕ，Ｔｌ）を一点鎖線で、温度差検出部ＤＴが異常発生と判断する異常設定温度２（｜Ｔｕ−Ｔｌ｜）を二点鎖線で示してある。
【００４４】
図２（ｂ）のグラフに示すように、通常動作時の通電直後においては、各ＭＯＳの実際の発熱温度であるＭＯＳ１，２（上流群）とＭＯＳ３，４（下流群）は、点線で示したように、ほとんど同じ温度と勾配で上昇していく。また、上流群Ｕと下流群Ｌの各Ｔ素子の検出温度であるＴｕ（上流群）とＴｌ（下流群）についても、上記の各ＭＯＳの発熱温度の上昇から遅れて、細い実線で示したように、ほとんど同じ温度と勾配で上昇していく。一方、温度差検出部ＤＴで検出される温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜については、上記のＴｕ（上流群）とＴｌ（下流群）の温度上昇傾向がほとんど同じであり、その値と傾きは、太い実線で示したように、小さなものとなる。
【００４５】
通常動作時の通電直後においては、Ｔｕ（上流群）とＴｌ（下流群）および温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜が、それぞれ、図２（ｂ）に示すように上昇していく。しかしながら、これらの温度上昇は、ある程度の時間で飽和する。図２（ｂ）に示されている異常設定温度１（Ｔｕ，Ｔｌ）および異常設定温度２（｜Ｔｕ−Ｔｌ｜）は、それぞれ、Ｔｕ（上流群）とＴｌ（下流群）の上昇温度の飽和値および温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜の上昇温度の飽和値に合わせて、少し高い値に設定される。尚、二点鎖線で示した異常設定温度２（｜Ｔｕ−Ｔｌ｜）は、前述した通常動作時における温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜の小さな値に対応して、一点鎖線で示した異常設定温度１（Ｔｕ，Ｔｌ）に較べてかなり低い値に設定される。
【００４６】
次に、図３に示すＭ＋端子とＢ−端子の間で短絡が発生する場合には、図３（ａ）において太い点線で示した短絡経路ＳＫ２が生じる。このとき、バッテリの直流電源１０から流れ出た電流は、負荷２０と電流経路Ｋ２には流れず、電流経路Ｋ１にある上流群ＵのＭＯＳ１とＭＯＳ２を通って短絡経路ＳＫ２に流れ込み、Ｂ−端子から直流電源１０に戻ることになる。従って、上流群ＵのＭＯＳ１とＭＯＳ２には、通常動作時と異なる大電流が流れ、下流群ＬのＭＯＳ３とＭＯＳ４には、ほとんど電流が流れなくなる。このため、図３（ｂ）のグラフに示すように、Ｍ＋端子とＢ−端子間の短絡発生時には、上流群Ｕにおいて、大電流の流れるＭＯＳ１，２（上流群）の発熱温度が、急激に上昇する。また、Ｔｕ（上流群）の検出温度については、通常動作時より昇温速度が大きくなる。逆に、電流が流れなくなる下流群Ｌにおいては、ＭＯＳ３，４（下流群）の発熱温度とＴｌ（下流群）の検出温度は、通常動作時と較べて、昇温速度が小さくなる。このため、上流群Ｕと下流群Ｌに配置された各Ｔ素子の温度差の測定値には、短絡が発生した瞬間から通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになり、温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、通常動作時に較べて急速に立ち上がる。
【００４７】
短絡発生時に大電流が流れるＭＯＳ１，２（上流群）の温度上昇は非常に急激であり、図３（ｂ）に示す時刻ｔａで素子劣化温度（ＭＯＳ１〜４）を超えると、ＭＯＳ１，２が壊れてしまう。従って、ＭＯＳ１，２の劣化を防止するためには、Ｔｕ（上流群）による時刻ｔｂでの異常検出が、時刻ｔａより先になる必要がある。しかしながら、プリント基板等を介した熱（温度）の伝播遅れがあるため、Ｔｕ（上流群）が通常動作時の飽和値に合わせて設定された異常設定温度１（Ｔｕ，Ｔｌ）を超える時刻ｔｂは、図のように素子劣化が起きる時刻ｔａより遅れてしまう場合がある。従って、Ｔｕ（上流群）による検出温度だけでは、短絡発生時の素子劣化を防止することができない場合がある。
【００４８】
そこで、電力変換装置１０１では、制御部に設けられた温度差検出部ＤＴで、上流群ＵのＴ素子Ｔｕと下流群ＬのＴ素子Ｔｌの温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜を検出するようにしている。前述したように、温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、短絡が発生した瞬間から通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになり、通常動作時に較べて急速に立ち上がる。このため、通常動作時の飽和値に合わせて低く設定された異常設定温度２（｜Ｔｕ−Ｔｌ｜）を超える時刻ｔｃは、図３（ｂ）に示すように、素子劣化が起きる時刻ｔａよりかなり早くなる。この温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜による時刻ｔｃでの異常検出によって、スイッチ素子であるＭＯＳ２を制御部でＯＦＦし、素子劣化が起きる時刻ｔａより先に電流経路Ｋ１を遮断する。これによって、ＭＯＳ１，２の発熱を止めて温度の上昇を抑えることで、ＭＯＳ１，２を熱劣化から防止することができる。
【００４９】
また、図４に示すＢ＋端子とＭ−端子の間で短絡が発生する場合には、図４（ａ）において太い点線で示した短絡経路ＳＫ１が生じる。このとき、バッテリの直流電源１０から流れ出た電流は、短絡経路ＳＫ１に流れ込み、電流経路Ｋ１と負荷２０にはほとんど流れず、Ｍ−端子から電流経路Ｋ２にある下流群ＬのＭＯＳ３またはＭＯＳ４を通って、直流電源１０に戻ることになる。従って、下流群ＬのＭＯＳ３とＭＯＳ４には、通常動作時と異なる大電流が流れ、上流群ＵのＭＯＳ１とＭＯＳ２には、ほとんど電流が流れなくなる。このため、図４（ｂ）のグラフに示すように、Ｂ＋端子とＭ−端子間の短絡発生時には、下流群Ｌにおいて、大電流の流れるＭＯＳ３，４（下流群）の発熱温度が、急激に上昇する。また、Ｔｌ（下流群）の検出温度については、通常動作時より昇温速度が大きくなる。逆に、電流が流れなくなる上流群Ｕにおいては、ＭＯＳ１，２（上流群）の発熱温度とＴｕ（上流群）の検出温度は、通常動作時と較べて、昇温速度が小さくなる。このため、上流群Ｕと下流群Ｌに配置された各Ｔ素子の温度差の測定値には、短絡が発生した瞬間から通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになり、温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、通常動作時に較べて急速に立ち上がる。
【００５０】
短絡発生時に大電流が流れるＭＯＳ３，４（下流群）の温度上昇は、非常に急激である。このため、図４（ｂ）に示すように、Ｔｌ（下流群）による時刻ｔｅでの異常検出が、プリント基板等を介した熱（温度）の伝播遅れで、ＭＯＳ３，４の素子劣化が起きる時刻ｔｄより遅れてしまう場合がある。しかしながら、温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、短絡が発生した瞬間から通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになり、通常動作時に較べて急速に立ち上がる。このため、通常動作時の飽和値に合わせて低く設定された異常設定温度２（｜Ｔｕ−Ｔｌ｜）を超える時刻ｔｆは、素子劣化が起きる時刻ｔｄよりかなり早くなる。この温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜による時刻ｔｆでの異常検出によって、ＭＯＳ３，４の通電を止めて温度上昇を抑えることで、ＭＯＳ３，４を熱劣化から防止することができる。
【００５１】
尚、図３のＭ＋端子とＢ−端子の間で短絡が発生する場合と図４のＢ＋端子とＭ−端子の間で短絡が発生する場合とで、異常発熱が起きる群は、上記したように上流群Ｕと下流群Ｌで逆転する。このため、絶対値である温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、図３（ｂ）と図４（ｂ）で同じような傾向であっても、符号は正と負で逆転する。従って、この符号から、上流群Ｕと下流群Ｌのどちらで異常発熱が起きているかを判別することができる。
【００５２】
以上、図１〜図４で例示した電力変換装置１００，１０１のように、上記電力変換装置においては、短絡による急激な異常昇温を確実かつ迅速に検出するため、従来の電力変換装置とは異なる次の構成が採用されている。すなわち、上流群と下流群にそれぞれ１個ずつ配置されるＴ素子によって各温度が検出されるだけでなく、その温度差も検出するようにしている。
【００５３】
短絡によるＰＷ素子の異常昇温は急激であるため、例えば従来構成のように各ＰＷ素子に対して１個ずつ配置されているＴ素子であっても、異常昇温の検出とそれによる通電停止が間に合わず、ＰＷ素子が熱劣化してしまう場合がある。この事情は、先の背景技術と課題欄で説明した特許文献１に記載された電力変換装置ではさらに厳しくなり、特定の配置関係にある複数個のＰＷ素子に対して１個だけ配置されるＴ素子では、短絡による異常昇温の検出がさらに遅れる。
【００５４】
これに対して、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差を検出する上記電力変換装置は、以下のように機能する。通常動作時にＢ＋端子からＭ＋端子およびＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の途中で短絡が発生した場合、上流群と下流群をそれぞれ構成しているＰＷ素子は、昇温に対する逆の挙動を示すことになる。すなわち、短絡経路が並列接続される上流群または下流群のいずれか一方の群に属するＰＷ素子は、電流がほとんど流れなくなって、通常動作時よりも昇温が遅くなったり、昇温が停止したりする。これに対して、もう一方の群に属するＰＷ素子のほうには大電流が流れて、通常動作時よりも急激な昇温が起きる。
【００５５】
上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の検出は、短絡が発生した場合の上記した昇温に対する逆の挙動を利用して、短絡による急激な異常昇温をより敏感に検出するものである。すなわち、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の測定値は、各Ｔ素子の温度の測定値に較べて絶対値が小さいものの、前述した短絡に伴う上流群と下流群をそれぞれ構成するＰＷ素子の昇温に対する逆の挙動が含まれている。従って、この温度差を精密に測定することによって、従来の温度の測定だけではできなかった短絡による急激な異常昇温の検出を、少数のＴ素子で、確実かつ迅速に行うことができる。
【００５６】
例えば、図２で例示したように、通常動作時においては、全てのＰＷ素子が昇温するため、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の測定値には、上流群と下流群で顕著な差は表れない。しかしながら、図３と図４で例示したように、短絡が発生した場合、上流群と下流群に分類されたＰＷ素子のうち、短絡経路が並列接続される群に属するＰＷ素子には電流が流れなくなって、昇温速度が小さくなる。逆に、もう一方の群に属するＰＷ素子のほうには大電流が流れて、通常動作時よりも昇温速度が大きくなる。このため、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の測定値には、短絡が発生した瞬間から、通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになる。これによって、従来の温度の測定だけではできなかった短絡による急激な異常昇温の迅速な検出が可能となる。そして、この短絡による異常昇温を素早く検出して、通電を直ちに停止することで、短絡による各ＰＷ素子の熱劣化を確実に防止できるようになる。
【００５７】
以上のようにして、上記電力変換装置は、短絡が発生する場合においても、ＰＷ素子の急激な異常昇温を少数のＴ素子で確実かつ迅速に検出可能な、小型・低コストの電力変換装置とすることができる。
【００５８】
尚、上記電力変換装置においては、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差だけでなく、温度差の傾き（微分値）を検出して、ＰＷ素子の異常昇温を検出することが好ましい。上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の傾きの変化を検出することで、前述した短絡が発生した場合の通常動作時から昇温速度の変化を、より迅速かつ確実に検出することが可能である。
【００５９】
次に、図１に例示した電力変換装置１００の変形例について説明する。
【００６０】
図１に例示した電力変換装置１００は、２個のＰＷ素子１，２が上流群Ｕに分類され、２個のＰＷ素子３，４が下流群Ｌに分類されていた。上記電力変換装置は、例えば、上流群に分類されるＰＷ素子および下流群に分類されるＰＷ素子のうち、少なくとも一方が、複数個であってもよい。上流群および下流群に分類されるＰＷ素子の数は、前述したように任意の複数個であってよく、同じ群に属するＰＷ素子の数が多くなるほど、各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する従来の構成に較べて、小型化かつ低コスト化が可能である。また、これに限らず、上流群に分類されるＰＷ素子と下流群に分類されるＰＷ素子は、それぞれ１個ずつであってもよい。
【００６１】
図５は、図１に示した電力変換装置１００の変形例で、ＰＷ素子２とＰＷ素子３がそれぞれ上流群Ｕと下流群Ｌに分類されている、電力変換装置１１０の主な構成要素を示したブロック図である。図５に示す電力変換装置１１０の具体化例としては、例えば図２（ａ）に示した電力変換装置１０１において、上流群ＵをＭＯＳ２のスイッチ素子だけとし、下流群ＬをＭＯＳ３のＳＷ素子だけとしたものである。
【００６２】
図１に例示した電力変換装置１００は、上流群Ｕに分類される２個のＰＷ素子１，２が、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路Ｋ１の間に挿入され、下流群Ｌに分類される２個のＰＷ素子３，４が、Ｍ−端子からＢ−端子へ至る電流経路Ｋ２の間に挿入されていた。しかしながらこれに限らず、例えば、上流群と下流群に分類されるＰＷ素子が、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路またはＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路のどちらか一方の電流経路に挿入されてなる構成であってもよい。
【００６３】
図６は、図１に示した電力変換装置１００の別の変形例で、上流群Ｕと下流群Ｌに分類されるＰＷ素子１〜４がＢ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路Ｋ１に挿入されている、電力変換装置１２０の主な構成要素を示したブロック図である。
【００６４】
図２に例示した電力変換装置１０１は、下流群Ｌに分類されるＰＷ素子のＭＯＳ３，４が、負荷２０に制御電力を出力するＳＷ素子であり、上流群Ｕに分類されるＰＷ素子のＭＯＳ２が、電流経路Ｋ１を断続するためのスイッチ素子であった。このように、上記電力変換装置は、例えば、下流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個を、所定の制御信号に基づいて負荷に制御電力を出力するためのＳＷ素子とすることができる。また、上流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個を、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路を断続するためのスイッチ素子とすることができる。しかしながら、このような構成に限らず、例えば、上流群に分類されるＰＷ素子をインバータ回路における上アームのＳＷ素子とし、下流群に分類されるＰＷ素子を下アームのＳＷ素子としてもよい。
【００６５】
次に、上記電力変換装置について、回路基板への実装構造の好ましい構成例を説明する。
【００６６】
上記電力変換装置は、例えば、ＰＷ素子が樹脂でモールドされたパッケージ部品であり、Ｔ素子がチップ部品であり、ＰＷ素子とＴ素子が絶縁基体に配線が形成されたプリント基板等の一枚の回路基板に搭載されてなる構成であってよい。この場合において、例えばＰＷ素子とＴ素子が回路基板の同じ第１面上に搭載される場合には、ＰＷ素子とＴ素子とが、配線と別体とされ絶縁基体よりも熱伝導性に優れる伝熱部により、熱的に接続される構成とすることが好ましい。
【００６７】
上記電力変換装置における上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、前述したように電気回路構成上の上流と下流の関係だけで決められるものであり、特別な配置状態にある回路基板とＰＷ素子を前提としたものではない。一方、同じ群に属する複数個のＰＷ素子を１個のＴ素子で温度測定し、上流群と下流群の温度差で短絡による異常を検出する上記電力変換装置は、短絡によるＰＷ素子の異常昇温を素早くＴ素子に伝える必要がある。この２つの要件を両立させるため、上記構成では、電気回路を構成する回路基板の配線とは別体の伝熱部により、ＰＷ素子とＴ素子の間を伝熱させるようにしている。これによれば、例えば、ＰＷ素子の電極に印加される電位に制限されることなく、Ｔ素子とＰＷ素子との間を熱的に接続することができる。また、上記伝熱部は、後述するように、ＰＷ素子やＴ素子およびそれらに接続する配線が配置される回路基板の第１面を避けて、回路基板の内部やもう一方の第２面に形成することも可能である。従って、該伝熱部によれば、ＰＷ素子とＴ素子を近接して配置する場合に限らず、回路基板の第１面の任意の位置に配置する場合であっても、ＰＷ素子からＴ素子への良好な熱伝達を担保することができる。
【００６８】
上記伝熱部は、例えば、電気絶縁性を有する伝熱ゲル、および配線と同じ構成要素の金属層とビアで構成することができる。この場合、例えば、前記ビアが、スルーホールビアであり、前記金属層には、回路基板のＰＷ素子とＴ素子が搭載される第１面と反対の第２面上に形成される金属層が含まれてなる構成であってよい。
【００６９】
図７は、上記伝熱部を用いた実装構造の一例を示す図で、同じ群Ｇに分類されたＰＷ素子ＰＷ１，２、およびそこに配置されるＴ素子Ｔｇについて、プリント基板からなる回路基板Ｋへの好ましい実装構造を示す図である。図７の（ａ）は、回路基板Ｋの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）における一点鎖線Ａ−Ａでの断面図である。
【００７０】
図７に示す群Ｇは、図１〜図６で例示した電力変換装置における上流群Ｕまたは下流群Ｌに相当し、ＰＷ素子であるＰＷ１，ＰＷ２が群Ｇに分類され、そこに１個のＴ素子であるＴｇが配置される。ＰＷ１，ＰＷ２は、ＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴからなる樹脂でモールドされたパッケージ部品であり、Ｔｇは、サーミスタ等からなるチップ部品である。ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇは、絶縁基体３０に配線３１が形成された回路基板Ｋの同じ第１面上に搭載されている。尚、図７における符号３２は、パッケージ部品ＰＷ１，ＰＷ２やチップ部品Ｔｇの電極である。また、図７（ｂ）に示す符号３０ａ，３０ｂは、絶縁性の表面保護膜であり、符号３３は、配線３１とパッケージ部品ＰＷ１，ＰＷ２やチップ部品Ｔｇの電極３２を接続する半田である。
【００７１】
図７に示す実装構造では、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇとが、配線３１と別体とされ、絶縁基体３０よりも熱伝導性に優れる伝熱部ＤＨにより、熱的に接続される構成としている。
【００７２】
図７（ｂ）の伝熱部ＤＨは、配線３１と同じ構成要素のパターニングされた金属層４１〜４３とビア４５，４６、および電気絶縁性を有する伝熱ゲル５１，５２で構成されている。ビア４５，４６はスルーホールビアであり、前記金属層には、回路基板ＫにおいてＰＷ１，ＰＷ２とＴｇが搭載される第１面と反対の第２面上に形成される金属層４２，４３が含まれている。また、熱伝導性を上げるため、電気絶縁性の伝熱ゲル５１，５２は、スルーホールビアビア４５，４６内にも充填されている。尚、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇの電気絶縁を確実にするため、図７の構造では、第２面の金属層４２，４３にわずかな隙間を設けている。しかしながら、第１面の伝熱ゲル５１，５２でＰＷ１，ＰＷ２とＴｇの確実な電気絶縁が得られるならば、該隙間をなくして、金属層４２，４３は一体であってよい。
【００７３】
図７の実装構造では、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇが搭載される第１面と反対の第２面を介して、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇを熱的に接続している。図７に示す回路基板Ｋの第１面には、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇを含めて多数の電子部品が搭載されるため、配線３１の取り回しの自由度が少なく、ＴｇをＰＷ１，ＰＷ２の近くに配置できない場合がある。しかしながら、図７の第２面を介して熱接続する実装構造によれば、ＴｇをＰＷ１，ＰＷ２から離れた位置に配置しても、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇを良好に熱接続することができる。
【００７４】
図８は、図７に示した実装構造を用いて、図２（ａ）の電力変換装置１０１の上流群Ｕと下流群Ｌを構成した図である。図８の（ａ）は、回路基板Ｋの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）における一点鎖線Ｂ−Ｂでの断面図である。
【００７５】
図８に示す上流群ＵのＴｕと下流群ＬのＴｌは、それぞれ、回路基板Ｋの第１面において配線の取り回しが可能な任意の位置に配置することができる。そして、回路基板Ｋの第２面に形成される金属層４２，４３（およびＭＯＳ１〜４とＴｕ，Ｔｌの直下に配置される伝熱ゲル、第１面の金属層、スルーホールビア等）を介して、Ｔｕ，Ｔｌは、それぞれ、ＭＯＳ１，２およびＭＯＳ３，４と熱接続されている。
【００７６】
図９は、別の実装構造を用いて、図２（ａ）の電力変換装置１０１の上流群Ｕと下流群Ｌを構成した回路基板Ｋの上面図である。
【００７７】
図９は、図７に示した実装構造を利用できない場合の実装構造の一例である。図９において、上流群ＵのＭＯＳ１，２とＴｕは、図８と同様で、回路基板Ｋの第２面に形成される金属層４２を介して熱接続されている。一方、下流群Ｌにおいては、配置関係等の理由によりＭＯＳ３，４とＴｌの熱接続に第２面の金属層を利用できないため、電流経路Ｋ２のＭ−端子近くにＴｌを配置して、電流経路Ｋ２の配線３１による熱伝達で、並列接続のＭＯＳ３，４の異常発熱を検出するようにしている。
【００７８】
以上のようにして、上記電力変換装置は、直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して負荷に電力を供給する電力変換装置であって、短絡が発生する場合においても、ＰＷ素子の急激な異常昇温を少数のＴ素子で確実かつ迅速に検出できる、小型・低コストの電力変換装置とすることができる。
【００７９】
従って、上記電力変換装置は、小型・低コストが要求され、種々の環境下で使用されて
短絡が発生した場合においても確実かつ迅速な検出が必要とされる、車載用の電力変換装置として好適である。
【符号の説明】
【００８０】
１００，１０１，１１０，１２０  電力変換装置
１０  直流電源
２０  負荷
Ｋ１，Ｋ２  電流経路
１〜４，ＰＷ１，ＰＷ２  パワー半導体素子（ＰＷ素子）
Ｕ  上流群
Ｌ  下流群
Ｔｕ，Ｔｌ  温度検出素子（Ｔ素子）
ＤＴ  温度差検出部
ＤＨ  伝熱部
【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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