(57)【要約】【課題】複数の平滑キャパシタの間におけるリップル電流のばらつきに起因する平滑キャパシタの半田接合部の劣化を抑制する。【解決手段】複数の平滑キャパシタ２０の各々は、電源配線１１と接地配線１２とに半田接合されている。そして、複数の平滑キャパシタ２０の各々は、スイッチング回路部３０から電源配線１１を経由して平滑キャパシタ２０に至る電流経路６０におけるインピーダンスと平滑キャパシタ２０から接地配線１２を経由してスイッチング回路部３０に至る電流経路７０におけるインピーダンスとの合計が小さくなるほど平滑キャパシタ２０の静電容量値が小さくなるように構成されている。【選択図】図１
2018148657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源配線と、
接地配線と、
前記電源配線と前記接地配線との間に並列に半田接合される複数の平滑キャパシタと、
前記電源配線と前記接地配線とに接続されるスイッチング回路部とを備え、
前記複数の平滑キャパシタの各々は、前記スイッチング回路部から前記電源配線を経由して該平滑キャパシタに至る電流経路におけるインピーダンスと該平滑キャパシタから前記接地配線を経由して該スイッチング回路部に至る電流経路におけるインピーダンスとの合計が小さくなるほど該平滑キャパシタの静電容量値が小さくなるように構成されている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
請求項１において、
絶縁層を有する基板を備え、
前記絶縁層の一方面には、前記電源配線と前記接地配線と前記複数の平滑キャパシタと前記スイッチング回路部が設けられている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数の平滑キャパシタの各々は、前記電源配線と前記接地配線とに面実装されている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記基板は、前記絶縁層の他方面に設けられる放熱層を有している
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、スイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチング電源装置が知られている。例えば、特許文献１には、平滑回路とＩＧＢＴモジュールとを備えたインバータが開示されている。この平滑回路は、複数のコンデンサからなり、これらのコンデンサの容量は、コンデンサを流れるリップル電流の電流経路におけるインピーダンスが小さくてリップル電流が流れやすいコンデンサの容量が大きくなり、インピーダンスが大きくてリップル電流が流れにくいコンデンサの容量が小さくなるように設定されている。このような構成により、複数のコンデンサにおける熱ストレスを均一化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０９８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のインバータにおいて、ＩＧＢＴモジュール（スイッチング回路部）に接続される電源配線と接地配線に対して平滑回路を構成する複数のコンデンサ（平滑キャパシタ）を半田接合することが考えられる。しかしながら、本願発明者は、鋭意研究の結果、上記のような構成において次のような課題があることを見出した。すなわち、特許文献１のインバータでは、コンデンサを流れるリップル電流の電流経路におけるインピーダンス（正確にはＩＧＢＴモジュールから電源配線を経由してコンデンサに至る電流経路におけるインピーダンスとコンデンサから接地配線を経由してＩＧＢＴモジュールに至る電流経路におけるインピーダンスとの合計）が小さくなるほどコンデンサの容量が大きくなるように、複数のコンデンサの容量値が設定されている。なお、コンデンサの容量値が高くなるほど、コンデンサにおけるインピーダンスが低くなる傾向にある。したがって、特許文献１のインバータでは、コンデンサを流れるリップル電流の電流経路におけるインピーダンスが小さくなるほど、そのコンデンサのインピーダンスが小さく設定されるので、その電流経路とコンデンサとの合成インピーダンス（すなわちＩＧＢＴモジュールから電源配線とコンデンサと接地配線とを順に経由してＩＧＢＴモジュールに至る電流経路におけるインピーダンス）が小さくなる。一方、コンデンサを流れるリップル電流の電流経路におけるインピーダンスが大きくなるほど、そのコンデンサのインピーダンスが大きく設定されるので、その電流経路とコンデンサとの合成インピーダンスが大きくなる。このように、特許文献１のインバータでは、ＩＧＢＴモジュールから電源配線とコンデンサと接地配線とを順に経由してＩＧＢＴモジュールに至る電流経路（リップル電流の電流経路）におけるインピーダンスが複数のコンデンサの間において大幅にばらつき、その結果、コンデンサを流れるリップル電流（電流量）が複数のコンデンサの間において大幅にばらつくことになる。そのため、ＩＧＢＴモジュールに接続される電源配線と接地配線に対して複数のコンデンサが半田接合されている場合、複数のコンデンサのうち一部のコンデンサ（特にインピーダンスが比較的に低くなっているコンデンサ）の半田接合部にリップル電流が集中的に流れて、そのリップル電流に応じた発熱により半田接合部の劣化が早まるおそれがある。このように、複数のコンデンサの間におけるリップル電流のばらつき（リップル電流の偏り）に起因するコンデンサの半田接合部の劣化を抑制することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この開示によるスイッチング電源装置は、電源配線と、接地配線と、前記電源配線と前記接地配線との間に並列に半田接合される複数の平滑キャパシタと、前記電源配線と前記接地配線とに接続されるスイッチング回路部とを備え、前記複数の平滑キャパシタの各々は、前記スイッチング回路部から前記電源配線を経由して該平滑キャパシタに至る電流経路におけるインピーダンスと該平滑キャパシタから前記接地配線を経由して該スイッチング回路部に至る電流経路におけるインピーダンスとの合計が小さくなるほど該平滑キャパシタの静電容量値が小さくなるように構成されている。
【発明の効果】
【０００６】
この開示によれば、複数の平滑キャパシタの間におけるインピーダンス（スイッチング回路部から電源配線と平滑キャパシタと接地配線とを順に経由してスイッチング回路部に至る電流経路におけるインピーダンス）のばらつきを低減することができる。これにより、複数の平滑キャパシタの間におけるリップル電流のばらつき（リップル電流の偏り）を低減することができるので、複数のコンデンサの間におけるリップル電流のばらつきに起因するコンデンサの半田接合部の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態によるスイッチング電源装置の構成を例示する回路図である。
【図２】実施形態によるスイッチング電源装置の構造を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
【０００９】
（スイッチング電源装置）
図１は、実施形態によるスイッチング電源装置１の構成を例示している。スイッチング電源装置１は、電源２（この例では直流電源）から供給された電力をスイッチング動作により出力電力に変換して出力電力を負荷３（この例では三相交流モータ）に供給するように構成されている。この例では、スイッチング電源装置１は、直流電源からの直流電力を三相交流電力に変換して三相交流モータに供給するインバータを構成している。スイッチング電源装置１は、電源配線１１と、接地配線１２と、複数の平滑キャパシタ２０と、スイッチング回路部３０とを備えている。
【００１０】
〔電源配線と接続配線〕
電源配線１１と接地配線１２は、導電材料（例えば銅など）によって構成され、電力を伝送するために設けられている。電源配線１１には、電源２の一端（正極）が接続され、接地配線１２には、電源２の他端（負極）が接続されている。
【００１１】
〔平滑キャパシタ〕
複数の平滑キャパシタ２０は、電源配線１１と接地配線１２との間に並列に接続されている。具体的には、複数の平滑キャパシタ２０の各々は、電源配線１１と接地配線１２とに半田接合されている。例えば、平滑キャパシタ２０は、電解コンデンサやフィルムコンデンサによって構成されている。なお、図１には、代表例として３つの平滑キャパシタ（第１平滑キャパシタ２１と第２平滑キャパシタ２２と第３平滑キャパシタ２３）が図示されている。
【００１２】
〔スイッチング回路部〕
スイッチング回路部３０は、電源配線１１と接地配線１２とに接続され、電源２からの電力をスイッチング動作により所望の出力電力（この例では三相交流電力）に変換し、出力電力を負荷３に供給するように構成されている。例えば、スイッチング回路部３０は、電源配線１１と接地配線１２との間に直列に接続される２つのスイッチング素子からなるスイッチングレグを有している。この例では、スイッチング回路部３０は、負荷３である三相交流モータの三相（Ｕ相とＶ相とＷ相）にそれぞれ対応する３つのスイッチングレグを有し、３つのスイッチングレグの中間点（２つのスイッチング素子の接続点）が負荷３である三相交流モータの三相の端子にそれぞれ接続されている。なお、スイッチング素子は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）によって構成されている。
【００１３】
〔スイッチング電源装置の構造〕
図２は、実施形態によるスイッチング電源装置１の構造を例示している。スイッチング電源装置１は、基板４０を備えている。基板４０は、絶縁層４１と、放熱層４２とを有している。放熱層４２は、絶縁層４１の他方面に設けられている。なお、図２では、図示の簡略化のために、ハッチングを省略している。
【００１４】
〈絶縁層〉
絶縁層４１は、絶縁材料（例えば樹脂など）によって構成され、平板状に形成されている。例えば、絶縁層４１は、エポキシ樹脂シートによって構成されている。また、絶縁層４１の一方面（図２では上面）には、電源配線１１と接地配線１２と複数の平滑キャパシタ２０とスイッチング回路部３０が設けられている。例えば、電源配線１１と接地配線１２は、絶縁層４１の一方面に設けられた配線パターン（導電層）の一部を構成している。
【００１５】
〈放熱層〉
放熱層４２は、伝熱材料（例えばアルミニウムなど）によって構成され、絶縁層４１の他方面に設けられている。なお、放熱層４２には、水冷（冷却水による冷却）や油冷（冷却油による冷却）により冷却されるように構成された冷却部材（図示を省略）が接続されていてもよい。
【００１６】
例えば、絶縁層４１の厚みは、電源配線１１と接地配線１２とを含む配線パターン（導電層）および放熱層４２の各々の厚みよりも薄くなっている。放熱層４２の厚みは、配線パターンの厚みよりも厚くなっている。そして、絶縁層４１の熱伝導率は、配線パターンおよび放熱層４２の各々の熱伝導率よりも低くなっている。配線パターンの熱伝導率は、放熱層４２の熱伝導率よりも高くなっている。
【００１７】
〈平滑キャパシタの実装〉
また、この例では、複数の平滑キャパシタ２０の各々は、電源配線１１と接地配線１２とに面実装されている。具体的には、平滑キャパシタ２０は、その一端（正極）が平板状に形成されて半田により電源配線１１と接合され、その他端（負極）が平板状に形成されて半田により接地配線１２と接合されている。例えば、平滑キャパシタ２０は、面実装型の電解コンデンサや、面実装型のフィルムコンデンサによって構成されている。
【００１８】
〔平滑キャパシタにおける静電容量値の設定〕
次に、図１を参照して、平滑キャパシタ２０における静電容量値の設定について説明する。以下の説明では、スイッチング回路部３０から電源配線１１と平滑キャパシタ２０と接地配線１２とを順に経由してスイッチング回路部３０に至る電流経路（リップル電流の電流経路）を「電流経路５０」と記載する。また、スイッチング回路部３０から電源配線１１を経由して平滑キャパシタ２０に至る電流経路を「電源側経路６０」と記載し、平滑キャパシタ２０から接地配線１２を経由してスイッチング回路部３０に至る電流経路を「接地側経路７０」と記載する。すなわち、平滑キャパシタ２０の電流経路５０は、電源側経路６０と平滑キャパシタ２０と接地側経路７０とによって構成されている。
【００１９】
複数の平滑キャパシタ２０の各々は、電源側経路６０におけるインピーダンスと接地側経路７０におけるインピーダンスとの合計が小さくなるほど平滑キャパシタ２０の静電容量値が小さくなるように構成されている。
【００２０】
なお、電源側経路６０におけるインピーダンスは、その電源側経路６０の長さに依存している。すなわち、電源側経路６０が長くなるほど、その電源側経路６０におけるインピーダンスが高くなる傾向にある。これと同様に、接地側経路７０におけるインピーダンスは、その接地側経路７０の長さに依存している。すなわち、接地側経路７０が長くなるほど、その接地側経路７０におけるインピーダンスが高くなる傾向にある。
【００２１】
また、平滑キャパシタ２０におけるインピーダンスは、その平滑キャパシタ２０の静電容量値に依存している。すなわち、平滑キャパシタ２０の静電容量値が高くなるほど、その平滑キャパシタ２０におけるインピーダンスが低くなる傾向にある。
【００２２】
したがって、電源側経路６０におけるインピーダンスと接地側経路７０におけるインピーダンスとの合計が小さくなるほど平滑キャパシタ２０の静電容量値が小さくなるように複数の平滑キャパシタ２０の各々を構成することにより、複数の平滑キャパシタ２０の間における電流経路５０のインピーダンスのばらつきを低減することができる。
【００２３】
〔平滑キャパシタにおける静電容量値の設定の具体例〕
次に、図１の第１平滑キャパシタ２１と第２平滑キャパシタ２２と第３平滑キャパシタ２３を例に挙げて、平滑キャパシタ２０における静電容量値の設定について詳しく説明する。
【００２４】
図１の例では、スイッチング回路部３０に対して遠い側から近い側へ向けて第１平滑キャパシタ２１と第２平滑キャパシタ２２と第３平滑キャパシタ２３とが順に配置されている。そして、第１平滑キャパシタ２１の電源側経路６１および接地側経路７１が第２平滑キャパシタ２２の電源側経路６２および接地側経路７２よりもそれぞれ長く、第２平滑キャパシタ２２の電源側経路６２および接地側経路７２が第３平滑キャパシタ２３の電源側経路６３および接地側経路７３よりもそれぞれ長くなっている。すなわち、図１の例では、第１平滑キャパシタ２１の電源側経路６１および接地側経路７１におけるインピーダンスの合計が最も高く、第２平滑キャパシタ２２の電源側経路６２および接地側経路７２におけるインピーダンスの合計が２番目に高く、第３平滑キャパシタ２３の電源側経路６３および接地側経路７３におけるインピーダンスの合計が最も低くなっている。
【００２５】
したがって、図１の例では、第１平滑キャパシタ２１の静電容量値が第２平滑キャパシタ２２の静電容量値よりも高く、第２平滑キャパシタ２２の静電容量値が第３平滑キャパシタ２３の静電容量値よりも高くなるように、第１平滑キャパシタ２１と第２平滑キャパシタ２２と第３平滑キャパシタ２３とが構成される。これにより、第１平滑キャパシタ２１におけるインピーダンスが第２平滑キャパシタ２２におけるインピーダンスよりも低くなり、第２平滑キャパシタ２２におけるインピーダンスが第３平滑キャパシタ２３におけるインピーダンスよりも低くなる。その結果、第１平滑キャパシタ２１の電流経路５１におけるインピーダンスと第２平滑キャパシタ２２の電流経路５２におけるインピーダンスとの差が小さくなり、第２平滑キャパシタ２２の電流経路５２におけるインピーダンスと第３平滑キャパシタ２３の電流経路５３におけるインピーダンスとの差が小さくなる。すなわち、第１平滑キャパシタ２１と第２平滑キャパシタ２２と第３平滑キャパシタ２３との間における電流経路５０のインピーダンスのばらつきを低減することができる。
【００２６】
〔電流ばらつきに起因する半田接合部の劣化〕
スイッチング回路部３０から電源配線１１と平滑キャパシタ２０と接地配線１２とを順に経由してスイッチング回路部３０に至る電流経路５０（リップル電流の電流経路）におけるインピーダンスが複数の平滑キャパシタ２０の間において大幅にばらついている場合、平滑キャパシタ２０を流れるリップル電流（電流量）が複数の平滑キャパシタ２０の間において大幅にばらつくことになる。そのため、複数の平滑キャパシタ２０のうち一部の平滑キャパシタ２０（特に電流経路５０のインピーダンスが比較的に低くなっている平滑キャパシタ２０）の半田接合部にリップル電流が集中的に流れて、そのリップル電流に応じた発熱により半田接合部の劣化が早まるおそれがある。
【００２７】
〔実施形態による効果〕
この実施形態によるスイッチング電源装置１では、複数の平滑キャパシタ２０の間におけるインピーダンス（スイッチング回路部３０から電源配線１１と平滑キャパシタ２０と接地配線１２とを順に経由してスイッチング回路部３０に至る電流経路５０におけるインピーダンス）のばらつきを低減することができる。これにより、複数の平滑キャパシタ２０の間におけるリップル電流のばらつき（リップル電流の偏り）を低減することができるので、複数の平滑キャパシタ２０の間におけるリップル電流のばらつきに起因する平滑キャパシタ２０の半田接合部の劣化を抑制することができる。
【００２８】
また、複数の平滑キャパシタ２０とスイッチング回路部３０とを１つの基板４０（具体的には基板４０の絶縁層４１の一方面）に設けることにより、複数の平滑キャパシタ２０とスイッチング回路部３０との間の距離を短くすることができる。これにより、複数の平滑キャパシタ２０の各々の電流経路５０（スイッチング回路部３０から電源配線１１と平滑キャパシタ２０と接地配線１２とを順に経由してスイッチング回路部３０に至る電流経路５０）を短くすることができるので、複数の平滑キャパシタ２０の間における電流経路５０のインピーダンスのばらつきをさらに低減することができる。これにより、複数の平滑キャパシタ２０の間におけるリップル電流のばらつきに起因する平滑キャパシタ２０の半田接合部の劣化をさらに抑制することができる。
【００２９】
また、複数の平滑キャパシタ２０の各々を電源配線１１と接地配線１２とに面実装することにより、複数の平滑キャパシタ２０によって構成される平滑回路を小型化することができる。これにより、スイッチング電源装置１を小型化することができる。すなわち、複数の平滑キャパシタ２０の間におけるリップル電流のばらつきに起因する平滑キャパシタ２０の半田接合部の劣化（例えば面実装部における半田クラックの発生）を抑制しつつ、スイッチング電源装置１を小型化することができる。
【００３０】
また、絶縁層４１の他方面に放熱層４２を設けることにより、平滑キャパシタ２０において発生した熱（リップル電流に応じて発生した熱）を、絶縁層４１を経由して放熱層４２に伝達させることができる。これにより、リップル電流による平滑キャパシタ２０の温度上昇を抑制することができるので、平滑キャパシタ２０の熱ストレスを低減することができる。
【００３１】
（その他の実施形態）
また、以上の実施形態を適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、ここに開示する技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上説明したように、この開示は、スイッチング電源装置として有用である。
【符号の説明】
【００３３】
１          スイッチング電源装置
２          電源
３          負荷
１１        電源配線
１２        接地配線
２０        平滑キャパシタ
２１        第１平滑キャパシタ
２２        第２平滑キャパシタ
２３        第３平滑キャパシタ
３０        スイッチング回路部
４０        基板
４１        絶縁層
４２        放熱層
５０        電流経路
６０        電源側経路
７０        接地側経路
【図１】
2018148657.tif 000003
【図２】
2018148657.tif 000004