(57)【要約】【課題】電力変換ユニットの耐ノイズ性能を向上させる。【解決手段】複数のスイッチング素子を含むパワー素子モジュール１４，１６と、駆動信号を各スイッチング素子へ出力する駆動回路２０とが、異なるシールド用の筐体２４−１，２４−２内に別々に分離されて収納されている。これによって、駆動回路２０を構成する電子部品がパワー素子モジュール１４，１６内の各スイッチング素子にて発生するスイッチングノイズの影響を受けるのを抑止することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と、駆動信号をスイッチング素子へ出力することでスイッチング素子を駆動する駆動回路とがシールド用筐体内に収納されており、駆動信号によりスイッチング素子を駆動することで電力変換を行う電力変換ユニットであって、
スイッチング素子と駆動回路とが、異なるシールド用筐体内に別々に収納されていることを特徴とする電力変換ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換ユニットであって、
スイッチング素子が収納されたシールド用筐体と駆動回路が収納されたシールド用筐体とは、スイッチング素子が実装された面と駆動回路が実装された面との間に除熱手段を挟んだ状態で接合されていることを特徴とする電力変換ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換ユニットであって、
前記除熱手段として、スイッチング素子が実装された面と駆動回路が実装された面との間に冷媒が流れる冷媒流路が形成されていることを特徴とする電力変換ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の電力変換ユニットであって、
電力変換ユニットは、第１電源と負荷との間で電力変換を行い、
駆動回路は、第１電源と別に設けられた第２電源からの供給電力により動作することを特徴とする電力変換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換を行う電力変換ユニットに関し、特に、スイッチング素子と、スイッチング素子を駆動する駆動回路とが筐体内に収納されている電力変換ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電力変換ユニットの関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１においては、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を複数有するインバータ回路と、各スイッチング素子を駆動する駆動回路とが同一の筐体内に収納されている。スイッチング素子の冷却を行うための冷媒の流路は、スイッチング素子が搭載された絶縁基板の直下に設けられており、冷媒の流路の両端部で絶縁基板と筐体とが接合されている。これによって、スイッチング素子と冷媒との間における熱抵抗の低減を図っている。
【０００３】
その他の関連技術として、下記特許文献２の電気車の制御装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１５３５７号公報
【特許文献２】特開平６−１２１４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スイッチング素子の駆動の際には、スイッチングノイズが発生しやすい。特許文献１の電力変換ユニットにおいては、スイッチング素子と、このスイッチング素子を駆動する駆動回路とが同一の筐体内に収納されている。そのため、駆動回路を構成する電子部品がこのスイッチングノイズの影響を受けやすくなり、電力変換ユニットの耐ノイズ性能が低下してしまうという問題点がある。
【０００６】
本発明は、耐ノイズ性能を向上させることができる電力変換ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電力変換ユニットは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明に係る電力変換ユニットは、スイッチング素子と、駆動信号をスイッチング素子へ出力することでスイッチング素子を駆動する駆動回路とがシールド用筐体内に収納されており、駆動信号によりスイッチング素子を駆動することで電力変換を行う電力変換ユニットであって、スイッチング素子と駆動回路とが、異なるシールド用筐体内に別々に収納されていることを要旨とする。
【０００９】
本発明に係る電力変換ユニットにおいて、スイッチング素子が収納されたシールド用筐体と駆動回路が収納されたシールド用筐体とは、スイッチング素子が実装された面と駆動回路が実装された面との間に除熱手段を挟んだ状態で接合されているものとすることもできる。この本発明に係る電力変換ユニットにおいて、前記除熱手段として、スイッチング素子が実装された面と駆動回路が実装された面との間に冷媒が流れる冷媒流路が形成されているものとすることもできる。
【００１０】
本発明に係る電力変換ユニットにおいて、電力変換ユニットは、第１電源と負荷との間で電力変換を行い、駆動回路は、第１電源と別に設けられた第２電源からの供給電力により動作するものとすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、駆動回路を構成する電子部品がスイッチング素子にて発生するスイッチングノイズの影響を受けるのを抑止することができるので、電力変換ユニットの耐ノイズ性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１３】
図１〜３は、本発明の実施形態に係る電力変換ユニットの概略構成を示す図であり、図１は回路構成図を示し、図２は内部構成の概略図を示し、図３は分解斜視図を示す。本実施形態に係る電力変換ユニット１０においては、以下に説明するリアクトル１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ用のパワー素子モジュール１４、インバータ用のパワー素子モジュール１６、平滑コンデンサ１８、駆動回路２０、及び電子制御装置（ＥＣＵ）２２が筐体内に収納されている。なお、本実施形態に係る電力変換ユニット１０は、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載されるものである。
【００１４】
図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ用のパワー素子モジュール１４は、直列接続された２つのスイッチング素子１４−１，１４−２を含んでいる。リアクトル１２は、その一端がスイッチング素子１４−１，１４−２の直列接続点に接続されており、その他端が負荷駆動用電源として設けられた高圧バッテリ２６の正側端子に接続されている。各スイッチング素子１４−１，１４−２のスイッチング動作により、高圧バッテリ２６からの直流電圧を昇圧して平滑コンデンサ１８へ出力することができる。さらに、平滑コンデンサ１８の電荷を用いて高圧バッテリ２６を充電することもできる。このように、スイッチング素子１４−１，１４−２及びリアクトル１２により、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成することができる。
【００１５】
インバータ用のパワー素子モジュール１６は、６つのスイッチング素子１６−１〜１６−６を含んでおり、各スイッチング素子１６−１〜１６−６のスイッチング動作により、ＤＣ／ＤＣコンバータからの直流電流を交流電流（３相交流）に変換して負荷である電動機３０へ出力することができる。さらに、電動機３０の交流電流を直流電流に変換してＤＣ／ＤＣコンバータへ出力することもできる。
【００１６】
電子制御装置２２は、電動機３０の駆動制御を行うために、各スイッチング素子１４−１，１４−２，１６−１〜１６−６のスイッチング動作を制御する制御信号を駆動回路２０へ出力する。駆動回路２０は、電子制御装置２２からの制御信号に基づいて生成した駆動信号を各スイッチング素子１４−１，１４−２，１６−１〜１６−６へ出力することで、各スイッチング素子１４−１，１４−２，１６−１〜１６−６をスイッチング駆動する。例えば各スイッチング素子１４−１，１４−２，１６−１〜１６−６がＩＧＢＴである場合は、駆動回路２０は駆動信号を各ＩＧＢＴのゲートへ出力する。以上のように、本実施形態に係る電力変換ユニット１０においては、駆動回路２０からの駆動信号により各スイッチング素子１４−１，１４−２，１６−１〜１６−６をスイッチング駆動することで、高圧バッテリ２６と電動機３０との間で電力変換を行うことができる。
【００１７】
ここでの駆動回路２０及び電子制御装置２２は、高圧バッテリ２６と別に設けられ出力電圧が高圧バッテリ２６より低く設定された低圧バッテリ２８からの供給電力により動作する。そして、駆動回路２０から出力される駆動信号は、フォトカプラ等の電気的分離手段（図示せず）により低圧バッテリ２８に対して電気的に絶縁されている。これによって、高圧バッテリ２６と低圧バッテリ２８とが電気的に絶縁されている。
【００１８】
図２に示すように、リアクトル１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ用のパワー素子モジュール１４（スイッチング素子１４−１，１４−２）、インバータ用のパワー素子モジュール１６（スイッチング素子１６−１〜１６−６）、及び平滑コンデンサ１８は、筐体２４−１内に収納されている。リアクトル１２及びパワー素子モジュール１４，１６は、筐体２４−１内における第１実装面３４−１に実装されている。また、平滑コンデンサ１８は、第１実装面３４−１と対向配置された第２実装面３４−２に実装されている。高圧バッテリ２６に接続された配線３６は、筐体２４−１に形成された貫通孔を通ってリアクトル１２に接続されており、インバータ用のパワー素子モジュール１６に接続された配線３８は、筐体２４−１に形成された貫通孔を通って電動機３０に接続されている。
【００１９】
筐体２４−１内に収納された各スイッチング素子１４−１，１４−２，１６−１〜１６−６のスイッチング駆動の際には、スイッチングノイズが発生しやすい。駆動回路２０及び電子制御装置２２を筐体２４−１内に収納した場合は、駆動回路２０及び電子制御装置２２を構成する電子部品がこのスイッチングノイズの影響を受けやすくなる。
【００２０】
そこで、本実施形態においては、図２の内部構成図に示すように、駆動回路２０及び電子制御装置２２は、筐体２４−１と別に設けられた筐体２４−２内に収納されている。低圧バッテリ２８に接続されたワイヤーハーネス４０は、筐体２４−１に形成された貫通孔を通って電子制御装置２２に接続されていることで、低圧バッテリ２８からの電力が電子制御装置２２に供給される。さらに、低圧バッテリ２８からの電力は、駆動回路２０にも供給される。駆動回路２０及び電子制御装置２２は、筐体２４−２内における第３実装面３４−３に実装されており、筐体２４−１と筐体２４−２とが、第１実装面３４−１（リアクトル１２及びパワー素子モジュール１４，１６）と第３実装面３４−３（駆動回路２０及び電子制御装置２２）とを互いに背中合わせにした状態で接合されている。筐体２４−１と筐体２４−２との接合部には貫通孔が形成されており、筐体２４−１内のパワー素子モジュール１４，１６と筐体２４−２内の駆動回路２０とがこの貫通孔を通るワイヤーハーネス４２により接続されている。
【００２１】
さらに、本実施形態においては、図３の分解斜視図に示すように、筐体２４−１における第１実装面３４−１の裏面に、冷却水等の冷媒が流れる冷媒流路３２が形成されている。そして、筐体２４−１と筐体２４−２とが、第１実装面３４と第３実装面３４−３との間に冷媒流路３２を挟んだ状態で接合されている。これによって、筐体２４−１，２４−２内の各電子部品にて発生した熱を取り除く除熱手段としての冷媒流路３２が、第１実装面３４と第３実装面３４−３との間に形成される。なお、図３では、電気配線の図示を省略している。また、筐体２４−２における第３実装面３４−３の裏面の方に冷媒流路３２を形成してもよい。
【００２２】
図２，３では、駆動回路２０及び電子制御装置２２のそれぞれを基板の両面に構成することを想定して、駆動回路２０及び電子制御装置２２を第３実装面３４−３との間に空間を設けた状態で搭載している場合を示している。ただし、駆動回路２０及び電子制御装置２２のそれぞれを基板の片面に構成する場合は、駆動回路２０及び電子制御装置２２を第３実装面３４−３に密着させた状態で搭載することもできる。また、筐体２４−１，２４−２は、金属などの導電材料で構成されていることで、内部に収納した電子部品を外部に対してシールドするシールド用筐体の機能も果たしている。そして、ワイヤーハーネス４２が通る貫通孔の直径は、ノイズの漏洩を極力抑制するために小さく設定することが好ましく、例えば５０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態においては、スイッチング素子１４−１，１４−２，１６−１〜１６−６を含むパワー素子モジュール１４，１６と、駆動信号を各スイッチング素子１４−１，１４−２，１６−１〜１６−６へ出力する駆動回路２０とが、異なるシールド用の筐体２４−１，２４−２内に別々に分離されて収納されている。これによって、駆動回路２０を構成する電子部品が各スイッチング素子１４−１，１４−２，１６−１〜１６−６にて発生するスイッチングノイズの影響を受けるのを抑止することができる。さらに、パワー素子モジュール１４，１６と電子制御装置２２とが異なるシールド用の筐体２４−１，２４−２内に別々に分離されて収納されていることで、電子制御装置２２を構成する電子部品がスイッチングノイズの影響を受けるのを抑止することができる。したがって、本実施形態によれば、簡単な構成で電力変換ユニット１０の耐ノイズ性能を向上させることができる。
【００２４】
また、本実施形態においては、筐体２４−１の第１実装面３４と筐体２４−２の第３実装面３４−３との間に冷媒が流れる冷媒流路３２が形成されている。この冷媒流路３２によって、第１実装面３４−１に搭載されたパワー素子モジュール１４，１６及びリアクトル１２の冷却を行うだけでなく、第３実装面３４−３に搭載された駆動回路２０及び電子制御装置２２の冷却も行うことができる。したがって、別々の筐体２４−１，２４−２に分けられて収納された各電子部品の冷却を効率よく行うことができる。
【００２５】
なお、特許文献２には、インバータを含む強電装置とマイコン回路を含む弱電装置とを別筐体に分離して収納することが開示されている。しかし、特許文献２においては、駆動信号をインバータへ出力する駆動回路は、インバータが収納された筐体と同一の筐体に収納されている。したがって、パワー素子モジュール１４，１６と駆動回路２０とを別筐体２４−１，２４−２に分離して収納した本実施形態に係る電力変換ユニット１０は、特許文献２と構成が異なる。さらに、インバータと駆動回路とを同一筐体内に収納した特許文献２には、駆動回路を構成する電子部品が各スイッチング素子にて発生するスイッチングノイズの影響を受けるのを抑止しようとする思想についても開示されていない。
【００２６】
以上の本実施形態の説明においては、パワー素子モジュール１４を含むＤＣ／ＤＣコンバータ及びパワー素子モジュール１６を含むインバータの両方が電力変換ユニット１０（筐体２４−１）内に収納されている場合について説明した。ただし、本実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータのいずれか一方が電力変換ユニット１０内に収納されていてもよい。
【００２７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換ユニットの構成の概略を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電力変換ユニットの内部構成の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電力変換ユニットの構成の概略を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  電力変換ユニット、１２  リアクトル、１４，１６  パワー素子モジュール、１８  平滑コンデンサ、２０  駆動回路、２２  電子制御装置、２４−１，２４−２  筐体、２６  高圧バッテリ、２８  低圧バッテリ、３０  電動機、３２  冷媒流路。
【図１】
2006230064.tif 000003
【図２】
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【図３】
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