(57)【要約】      （修正有）【課題】装置の小型化を実現させるブロック型電力モジュール及び電力変換装置を提供する。【解決手段】ブロック型電力モジュールによると、制御基板４００と電力系統プリント基板とパワー素子基板との各々を独立させることにより、互いの基板が各々効果的に小型化される。そして、本実施の形態に係る電力変換装置１０００では、機能毎に独立したモジュール（制御基板、ＰＦＣ回路のブロック型電力モジュール１００、ＤＣ−ＤＣコンバータのブロック型電力モジュール２００）が構成されるので、かかるモジュールでは、其の構成が簡素な状態で完結され、全体として装置の小型化が図られる。【選択図】図１２
2011023633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子を実装させたパワー素子基板と、外周壁を形成するフレームの内部に前記パワー素子基板を収容させ前記フレームのうち少なくとも一辺の基板積層方向へ前記パワー半導体素子に導通された複数の端子を配列させたフレーム構造体と、前記パワー半導体素子に駆動信号を出力させるドライブ回路及び／又は電路を経由して前記パワー半導体素子に電力を供給させる電力供給回路を実装させた電力系統プリント基板とを備え、
前記電力系統プリント基板は、前記複数の端子に対応する端子用ホールが形成され、前記複数の端子を前記端子用ホールに挿通させつつ前記フレーム構造体へ積層され、前記ドライブ回路及び／又は前記電力供給回路が前記複数の端子を介して前記パワー半導体素子に導通されることを特徴とするブロック型電力モジュール。
【請求項２】
前記電力系統プリント基板の上層側に配置され前記ドライブ回路及び／又は前記電力供給回路を制御させる回路を実装させた制御基板を備えることを特徴とする請求項１に記載のブロック型電力モジュール。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のブロック型電力モジュールが、複数組み込まれて構成されることを特徴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、車載用のブロック型電力モジュール及び電力変換装置に関し、特に、装置の小型化を図る際に用いて好適のものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に係る種々の技術的要請を受け、プラグインハイブリッド自動車または電気自動車（以下、電気自動車等と呼ぶ）の技術開発が急速に進められている。かかる電気自動車等は、駆動輪の制御を行う動力用モータ、この他、燃料ポンプ又はパワーステアリング等の搭載装置に設けられる車載装置用モータ等を複数搭載させている。このうち、動力用モータには、大規模なバッテリユニット及びプラグイン充電装置が設けられる。そして、当該バッテリユニットは、プラグイン充電装置によって商用電力が充電電力に変換され、当該充電電力によって各々のユニットが蓄電される。尚、プラグイン充電装置は、車両にプラグインソケットが設けられ、当該プラグインソケットに家庭用コンセントが接続されることにより商用電力が入力される。一方、車載装置用モータ（パワーステアリング用モータ、パワーウィンドウ用モータ、フューエルモータ等）は、サブバッテリ及び降圧充電装置が設けられ、当該サブバッテリは、バッテリユニットの電力が降圧充電装置を介して蓄電される。これらの充電装置（特許請求の範囲における電力変換装置）は、入力された電力を変換させるパワースイッチング素子、パワースイッチング素子を駆動させるドライブ回路、入力電路を絶縁させるトランス回路を備え、当該トランス回路は、プラグイン充電装置の場合、家庭用コンセントと当該装置内の回路との絶縁が行われ、降圧用充電装置の場合、バッテリユニットと当該降圧用充電装置内の回路との絶縁が行われる。かかる充電装置は、人体に影響が出ないよう安全の確保のため確実な絶縁が要求される。また、プラグイン充電装置にあっては、近年、諸外国の安全規格などを準拠する為、絶縁規格に応じた回路構成が要求されている。
【０００３】
また、かかるＤＣ−ＤＣコンバータ充電装置は、上述の如く、ドライブ回路とパワースイッチング素子との間にスイッチングトランスを備え、当該スイッチングトランスを介して双方の絶縁が確保されている。パワースイッチング素子は、樹脂モールドでパッケージされたパワー素子パッケージが広く用いられ、当該パワー素子パッケージは、パッケージ内外において絶縁距離が確保されている。かかるパワー素子パッケージは、図２（ａ）に示す如く、各リードによって内蔵されるパワースイッチング素子との導通を取り、リードを介して所定のプリント基板と接続される。パワースイッチは、スイッチング時に於ける導通又は遷移損失により発熱を伴う為、電源装置を構成するケース側ヒートシンクに固定され、発生した熱量をケース側ヒートシンクへ放熱させる。当該ケース側ヒートシンクは、放熱効果の高いアルミの鋳造加工で製作され、更に放熱効果を高める為、冷却流体との接触面積を拡大するフィン構造等の工夫が施されている。
【０００４】
車載用の充電装置には、更に、ＰＦＣ回路が構成され、当該ＰＦＣ回路は、商用電源から供給される交流電力を直流電力へとへと変換させる。かかる回路は、交流電力をダイオードブリッジで全波整流し、フライバックコンバータにより電流入射角を拡大させ力率を改善し、これにより、直流変換を行なう。かかるＰＦＣ回路も先に述べたように、ケース側ヒートシンクに設置された回路であり、全波整流ダイオード、フライバックコンバータのパワースイッチング素子も同様に絶縁処理が必要となっている為、当該パワースイッチング素子の制御回路は、パワースイッチング素子から絶縁された回路構成が採用される。
【０００５】
車載用の充電装置は、パワースイッチング素子の入力端子（ドレイン端子）には入力電源とほぼ同電位の電圧（例えばＤＣ３００Ｖ〜１００Ｖ程度）が加わり、ソース端子には入力電源のマイナス側と同電位となっている。このため、プラグイン端子との接続端子における感電事故を防ぐため、適宜な絶縁処理が必要とされる。また、製品組立工程中または完成後に安全性の確認として耐圧試験が設けられている。併せて、交流電源は各国での安全規格（例えば北米であればＵＬ）に準拠した絶縁距離や安全回路の設置などが各々要求される。
【０００６】
これに対し、特開２００８−２３５４１７号公報（特許文献１）では、パワー素子パッケージの替わりにパワースイッチング素子を直接実装させたパワーモジュール（特許請求の範囲における電力変換装置）が紹介されている。当該パワーモジュールは、電源・制御モジュールとパワー主回路モジュールとから構成される。このうち、電源・制御モジュールは、発振回路又はＭＯＳＦＥＴ等の微弱電力で駆動される実装領域と、電源トランス又は駆動回路等の比較的大電力を必要とする実装領域を具備している。一方、パワー主回路モジュールは、パワースイッチング素子と、パワースイッチング素子を実装させるプリント配線を積層させたベース基板と、所定の端子を具備するケース部材とをから構成され、ケース部材に配列された複数の端子は、電源・制御モジュールと異なる他の外部回路へと接続される。一方、ベース基板は、更に、所定数の端子を直立固定させる端子部が複数設けられ、当該端子の一端がプリント配線またはパワースイッチング素子に導通され、直立する他端が電源・制御モジュールの基板に形成された端子用ホールに挿通され、半田接続によって導通される。
【０００７】
かかる構成によれば、パワースイッチング素子がベース基板上のプリント配線に直接実装されるので、当該ベース基板の実装密度が向上され、パワーモジュールの小型化が図られるとされている。
【０００８】
また、特開２０００−３０７０５６号公報（特許文献２）では、車載用半導体装置（特許請求の範囲における電力変換装置）が紹介されている。当該車載用半導体装置は、金属ベースと、金属ベースに積層されたパワーチップ基板と、パワーチップ基板に積層されたパワースイッチング素子と、外囲ケースと、外囲ケースに設けられた複数の端子と、制御基板とから構成され、外囲ケースに設けられた複数の端子は、各々、一端がパワースイッチング素子に導通され、他端が電源・制御モジュールの基板との導通部に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２３５４１７号公報
【特許文献２】特開２０００−３０７０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に係る技術では、発振回路又はＭＯＳＦＥＴ等の微弱電力で駆動される実装領域と、電源トランス又は駆動回路等の比較的大電力を必要とする実装領域とが同一の基板に実装されるため、当該基板の大型化を招き、パワーモジュールの大型化に繋がるとの問題が生じる。
【００１１】
また、ベース基板には複数の端子を配列させているので、ベース部の実装密度が低下し、パワーモジュールの大型化に繋がる。
【００１２】
一方、特許文献２に係る技術では、スイッチングトランスの配置位置が明らかにされておらず、車載用充電装置の構成が具体化されていないため、スイッチングトランスを具備する車載用充電装置に適用させ得るものとは認められない。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑み、装置の小型化を実現させるブロック型電力モジュール及び電力変換装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明では次のようなブロック型電力モジュールの構成とする。即ち、パワー半導体素子を実装させたパワー素子基板と、外周壁を形成するフレームの内部に前記パワー素子基板を収容させ前記フレームのうち少なくとも一辺の基板積層方向へ前記パワー半導体素子に導通された複数の端子を配列させたフレーム構造体と、前記パワー半導体素子に駆動信号を出力させるドライブ回路及び／又は電路を経由して前記パワー半導体素子に電力を供給させる電力供給回路を実装させた電力系統プリント基板とを備え、前記電力系統プリント基板は、前記複数の端子に対応する端子用ホールが形成され、前記複数の端子を前記端子用ホールに挿通させつつ前記フレーム構造体へ積層され、前記ドライブ回路及び／又は前記電力供給回路が前記複数の端子を介して前記パワー半導体素子に導通されることとする。
【００１５】
好ましくは、前記電力系統プリント基板の上層側に配置され前記ドライブ回路及び／又は前記電力供給回路を制御させる回路を実装させた制御基板を備えることとする。
【００１６】
また、本発明では次のような電力変換装置の構成とする。即ち、上述した何れかの発明に記載のブロック型電力モジュールが、複数組み込まれて構成されることとする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るブロック型電力モジュールによると、制御基板と電力系統プリント基板とパワー素子基板との各々を独立させることにより、互いの基板が各々効果的に小型化される。加えて、パワー素子基板では、不要な端子が排除されるので、当該パワー素子基板の実装密度が向上し、装置の小型化が図られる。
【００１８】
また、本発明に係る電力変換装置によると、機能毎に独立したモジュール（制御基板、ＰＦＣ回路のブロック型電力モジュール、ＤＣ−ＤＣコンバータのブロック型電力モジュール）が構成されるので、かかるモジュールでは、其の構成が簡素な状態で完結され、全体として装置の小型化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態に係るフレーム構造体の構成を示す図。
【図２】パワー素子パッケージとプリント配線に実装されたパワー半導体素子との配置の比較を示す図。
【図３】パワー素子パッケージのリード端子とフレームの端子との比較を示す図。
【図４】ＰＦＣユニットの電力系統プリント基板の構成を示す図。
【図５】ＰＦＣユニットのブロック型電力モジュールの構成を示す図。
【図６】パワー素子パッケージを採用した場合のプリント配線と本実施例に係るプリント配線との比較を示す図。
【図７】パワー素子パッケージを採用した場合の端子用ホールと本実施例に係る端子用ホールとのレイアウトの差異を示す図。
【図８】パワー素子パッケージを採用したＰＦＣユニットと本実施例に係るＰＦＣユニットとの断面構造の比較を示す図。
【図９】実施の形態に係るフレーム構造体の構成を示す図。
【図１０】ＤＣ−ＤＣ変換ユニットの電力系統プリント基板の構成を示す図。
【図１１】ＤＣ−ＤＣ変換ユニットのブロック型電力モジュールの構成を示す図。
【図１２】本実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１に示す如く、ＰＦＣ回路に係るフレーム構造体１１０は、複数のフレーム１１１によって構成され、当該フレーム１１１には、複数の端子１１２が配列されている。かかるフレーム構造体１１０は、図示の如く、複数のフレームによって空間１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃが形成され、空間１１１ａの内部には、パワー素子基板１１３が収容されている。
【００２１】
図示の如く、フレーム１１１は、当該フレーム１１１を構成する面のうち基板積層方向（図３ｂのＺ方向）へ対向する面（以下、基板当接面と呼ぶ）に複数の端子１１２ｂが配列される。複数の端子１１２ｂは、基板積層面に固定端を有し、当該固定端から基板積層方向へ直線的に延在支持されている。
【００２２】
複数の端子１１２ｂは、フレームのうち所定の第１のフレームに沿って直線状に１列配列されることとしても良い。これにより、図４で説明される電力系統プリント基板１２０を組付ける際、複数の端子１１２ｂが一列のみしか配列されてないので、当該電力系統プリント基板１２０を容易に組付けることが可能となる。また、かかる第１のフレームに沿って直線状に１列、且つ、当該第１のフレームに平行な第２のフレームへ沿って直線状に１列、配列されることとしても良い。かかる場合、１列目の端子１１１ｂを電力系統プリント基板へ挿入させた後、当該端子に曲げモーメントを与えることで２列目の端子１１１ｂが電力系統プリント基板１２０へ挿入され、当該組付け作業は容易に行なわれる。
【００２３】
この他、複数の端子１１２ｂは、図１に示す如く、フレームのうち所定の第１のフレームに沿って直線状に１列配列され、且つ、第１のフレームに平行な第２のフレームへ沿って直線状に１列配列され、且つ、第１のフレームに対して略直角に配置される第３フレームに沿って直線状に１列配列されることとしても良い。かかる場合にあっても、電力系統プリント基板１２０との組付け作業は容易に行なわれる。更に、パワー素子基板１１３の全周（４辺）に複数の端子１１２ｂを配列させても良い。これによっても、平行な端子の列が２列以内とされるので、電力系統プリント基板１２０との組付け作業は容易に行なわれる。
【００２４】
これらの複数の端子１１２ｂは、フレーム長の範囲で配置位置が自由に選択されるので、積層される電力系統プリント基板１２０との関係において、適宜なポジションにレイアウトすることが可能となり、また、互いの端子間の沿面距離を確保することが容易となる。また、沿面距離またはプリント配線の都合上、フレーム長の範囲内に配置できる端子数が飽和してしまうと、図１に示す如く、リード端子を延長させ、他のフレーム１１１に端子１１２ｂをレイアウトさせることも可能である。
【００２５】
更に、図１を参照すると、フレーム構造体１１０には、固定部１１１ｄが複数形成されている。かかる固定部１１１ｄは、本実施の形態の場合、ボルト穴とされ、図示されないボルト及び被固定体の雌ネジによって、フレーム構造体１１０が図示されない被固定体に固定されることとなる。即ち、当該フレーム構造体１１０は、被固定体と着脱自在に固定されることとなり、これにより、フレーム構造体１１０を構成要素とするブロック型電力モジュールも、被固定体と着脱自在に固定されることとなる。
【００２６】
パワー素子基板１１３は、図１に示す如く、アルミ基板（この他、アルミナ、窒化アルミ等であっても良い）上に絶縁層を形成させ、当該絶縁層の上層に銅箔等のプリント配線が積層されている。また、パワー素子基板１１３は、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体素子１１３ｂ、ダイオードブリッジを構成する半導体ダイオード１１３ａ、この他の整流素子１１３ｃを実装させている。これらの半導体素子は、通過電流に応じて発熱し、これによって発生した熱量がアルミ基板を介して被固定体へと放熱される。尚、パワー半導体素子１１３ｂをはじめとする電気的素子１１３ａ〜１１３ｃは、図示の如く、端子１１２の露出面１１２ａと適宜にワイヤーボンディングされている。
【００２７】
パワー素子パッケージでは、パッケージに所定数の端子が設けられているのに対し、かかるパワー素子基板では、パッケージの端子のような不要な端子が省略されるので、これに応じて、当該パワー素子基板の実装密度が向上し、装置の小型化が図られる。
【００２８】
図２には、アルミ基板等の放熱性基板に実装されたパワー素子パッケージと、放熱基板上のプリント配線に直接実装されたパワー半導体素子との実装密度の比較が示されている。図２（ａ）を参照して、パワー素子パッケージＰＷＰについて観察すると、当該パワー素子パッケージＰＷＰは、パッケージ側ヒートシンクＨＳと、パッケージ側ヒートシンクＨＳに積層された絶縁層と、当該絶縁層に積層されたパワー半導体素子ＰＷＴと、当該パワー半導体素子ＰＷＴを内部に収容させるパッケージＰＡＣと、当該パッケージＰＡＣに設けられた複数のリード端子ＲＤとから構成される。そして、パワー素子パッケージＰＷＰは、パワー半導体素子ＰＷＴとリード端子ＲＤとが内部でワイヤーボンディングされ、当該パッケージＰＡＣの内部に絶縁樹脂が含浸されている。
【００２９】
かかるパワー素子パッケージＰＷＰは、リード端子ＲＤを互いに向き合わせて配置させる場合、端子間の絶縁距離Ｄ１とすると、パッケージＰＡＣに内蔵されるパワー半導体素子ＰＷＴ同士の距離がＤ２とされる。
【００３０】
一方、図２（ｂ）を参照して、パワー素子パッケージＰＷＴについて観察すると、直接プリント配線ＰＲに実装されたパワー半導体素子ＰＷＴは、絶縁距離Ｄ１を必要とされるものの、パワー素子パッケージＰＷＰにおけるワイヤーボンディング及びリード端子ＲＤの水平方向の端子の構成が排除されるので、パワー半導体素子ＰＷＴ同士の距離Ｄ３は、パワー素子パッケージＰＷＰの場合の距離Ｄ２と比較して格段に短縮される。即ち、パワー素子基板１１３は、パワー半導体素子ＰＷＴを直接実装させる方が、上述の如く実装密度が高くなる。
【００３１】
また、本実施の形態の場合、パワー素子基板１１３には、特開２００８−２３５４１７号公報のような内部の直立端子を設けていないので、これによっても、基板の実装密度が向上する。
【００３２】
図３には、アルミ基板等の放熱性基板に実装されたパワー素子パッケージと、放熱基板上のプリント配線に直接実装されたパワー半導体素子との端子の寸法誤差の比較が示されている。図３（ａ）に示す如く、パワー素子パッケージＰＷＰのリード端子ＲＤの場合、当該端子ＲＤがＬ字型を成しているので、Ｐ１を支点とする誤差Ａ（Ａ＝Ｌ１×θ１）と、Ｐ２を支点とする誤差Ｂ（Ｂ＝Ｌ２×θ２）とが生じる。このため、リード端子ＲＤの端部に基板の端子用ホールを挿入させようとすると、これらの誤差Ａ，Ｂによって、基板の穴位置とリード端子ＲＤの端部の位置とが一致できず、フレーム構造体１１０に基板１２０を組付けることが困難となる。また、かかるリード端子ＲＤに外力が加わると、これらの支点Ｐ１，Ｐ２にて曲げモーメントによる変形が生じ、これによっても、基板の穴位置とリード端子ＲＤの端部の位置とが一致できず、フレーム構造体１１０に基板１２０を組付けることが困難となる。
【００３３】
一方、図３（ｂ）に示す如く、本実施の形態に係る複数の端子１１２ｂでは、フレーム１１１によって支持される固定端が１箇所のみとされるので、当該端子１１２ｂの端部の位置に関する誤差が少なくなる。また、当該端子１１２ｂは、パッケージの規格として予め決定されているリード端子ＲＤと異なり、板厚を自由に設定できるので、当該板厚を適宜に厚くすることにより、当該端子１１２ｂの端部の位置に関する誤差が少なくなる。更に、上述したフレーム１１１は、図示の如く、複数の端子１１２の一端を露出させパワー素子基板にワイヤーボンディングさせるパワー素子側面Ｓｐと、上述した固定端を有しパワー素子側面Ｓｐのレベルより高い基板積層方向Ｚに形成された電力系統側面Ｓｑとが形成されている。そして、複数の端子１１２は、電力系統側面Ｓｑを固定端とした状態にてフレーム１１１に配列されるので、固定端から端子１１２の端部迄の距離が短くなり、これによっても、当該端子１１２ｂの端部の位置に関する誤差が少なくなる。
【００３４】
図４には、ＰＦＣ回路に係る電力系統プリント基板の構成が示されている。かかる電力系統プリント基板１２０は、電路を経由してパワー半導体素子１１３ｂに電力を供給させる電力供給回路を実装させている。具体的に説明すると、電力系統プリント基板１２０は、プリント配線を適宜に積層させた回路基板１２１と、コイル１２２〜１２４と、リレー装置１２５と、各部に電気的に接続される端子１２６ａ〜１２６ｅと、過電流発生時に回路を遮断させるヒューズ１２７と、適宜なコンデンサ１２８ａ〜１２８ｅと、サーミスタ１２９とから構成されている。そして、当該電力系統プリント基板１２０は、プリント配線によって電路を形成させ、パワー素子基板１１３に実装されるパワー半導体素子１１３ｂ等と協働して、ＰＦＣ回路を構成させている。更に、
【００３５】
電力系統プリント基板１２０は、複数の端子１１２に対応する端子用ホールＨｐが形成され、当該端子用ホールＨｐには、複数の端子１１２と導通される半田ランドが形成されている。そして、電力系統プリント基板１２０は、図５に示す如く、複数の端子１１２を端子用ホールＨｐに挿通させつつフレーム構造体１１０へ積層され、回路基板１２１にあってはビス止めされ、端子用ホールＨｐは複数の端子１１２と半田接続され、これにより、上述した構成の電力供給回路が複数の端子１１２を介してパワー半導体素子１１３ｂに導通されている。以下、フレーム構造体１１０と電力系統プリント基板１２０とから成る構成を、ＰＦＣ回路のブロック型電力モジュール１００と呼ぶ。
【００３６】
図６（ａ）には、パワー素子パッケージを用いた場合のプリント配線が示されている。以下、電力系統プリント基板１２０に回路Ｃ１〜Ｃ４が実装され、パワー素子パッケージに配されたリード端子ＲＤが各々回路Ｃ１〜Ｃ３に接続される場面について説明する。かかる場合、パワー素子パッケージＰＷＰは、パワー素子基板１１３の中心寄りにレイアウトされるので、３本のリード端子ＲＤもこれに応じて回路基板１２１の中心寄りにレイアウトされる。この時、リード端子ＲＤは、各々の端子が近接した状態で連続して配列されているので、全てのリード端子ＲＤが回路Ｃ１〜Ｃ３に各々接続されることとすると、図示の如く、リード端子ＲＤから各々の回路に至るプリント配線が必要となり、回路素子の実装密度の低い配線領域ＡＲが形成されてしまう。また、リード端子ＲＤとの接続が不要な回路Ｃ４が配線領域ＡＲに存在すると、当該配線領域ＡＲは、プリント配線ＰＲＬ２が回路Ｃ４を迂回する様に配線されるため、更に、其の面積を拡大させ、基板の実装密度を低下させてしまう。
【００３７】
図６（ｂ）には、本実施の形態に係るプリント配線が示されている。かかる場合にあっても、回路Ｃ１〜Ｃ３は、図６（ａ）と同位置にレイアウトされている。図を参照すると、フレーム１１１に配列された端子１１２は、フレームに沿った適宜な位置に設けられ、導通されるべき回路の近傍にレイアウトされている。即ち、端子１１２は、接続されるべき回路の直近に配置されるように、当該配置が最適化されている。これにより、図示の如く、所定の回路と端子１１２とは最短距離で導通され、プリント配線の長さが最小限に抑えられる。従って、かかる基板１２１では、不要なプリント配線が排除され、当該基板１２１の実装密度を向上させることが可能となる。また、リード端子ＲＤとの接続が不要な回路Ｃ４が配線領域ＡＲに存在していたとしても、導通されるべき所定の回路と端子１１２とは直近にレイアウトされるので、回路Ｃ４を迂回させるプリント配線を必要とせず、当該プリント配線の簡素化が図られ、基板１２１の実装密度を向上させることが可能となる。
【００３８】
図７（ａ）には、パワー素子パッケージを用いた場合の回路基板が示されている。かかる場合、パワー素子パッケージＰＷＰがパワー素子基板に３列以上配列されると、図示の如く、端子用ホールＨｐによって構成される穴の列が３列以上形成されてしまう。従って、フレーム構造体１１０に電力系統プリント基板１２０を組付ける際、１列目の端子（Ａ１）を電力系統プリント基板１２０の端子用ホールへ挿入させた後、当該１列目の端子（Ａ１）に曲げモーメントを与えることで２列目の端子（Ａ２）を電力系統プリント基板１２０の端子用ホールへ挿入させることは可能であるが、その後、残りの全ての列の端子（Ａ３，Ａ４）を電力系統プリント基板１２０の端子用ホールへ挿入させることは困難である。
【００３９】
これに対し、本実施の形態に係るブロック型電力モジュールでは、図７（ｂ）に示す如く、端子１１２がフレーム１１１に配列されるので、当該端子１１２による端子の列（Ｂ１，Ｂ２）は、２列以内に抑えられる。従って、フレーム構造体１１０に電力系統プリント基板１２０を組付ける際、１列目の端子（Ｂ１）を電力系統プリント基板１２０の端子用ホールへ挿入させた後、当該１列目の端子（Ｂ１）に曲げモーメントを与えることで２列目の端子（Ｂ２）を電力系統プリント基板１２０の端子用ホールへの挿入が可能となり、これにより、組付け作業の容易化が図られる。また、図示の如く、端子の列Ｂ１とＢ２とに対して垂直に配される端子の列（Ｂ３）は、端子用ホールの径寸法を適宜に設定することで、回路基板１２１へ容易に組付けられる。
【００４０】
図８には、パワー素子パッケージを用いたブロック型電力モジュールの断面と、本実施の形態に係るブロック型モジュールの断面との比較が示されている。図８（ａ）に示す如く、パワー素子パッケージを用いた場合、パッケージの高さＨ０１が厚いので、ブロック型電力モジュールの内部空間の高さＨ０２も高くなり、更に、リード端子ＲＤの長さＨ０３も、これに応じて長くなる。この場合、直立する端子の長さＨ０３に比例して、電力系統プリント基板１２０と端子１１２との組付け作業は困難となる。
【００４１】
これに対し、本実施の形態に係るブロック型電力モジュールでは、パッケージＰＡＣが省略されているので、ブロック型電力モジュールの内部空間の高さＨ１２も低くなり、これに応じて、端子１１２の鉛直方向の長さが短くなる。また、上述の如く、フレーム１１１に電力系統側面Ｓｑが形成されているので、端子１１２の固定端から当該端子１１２の端部迄の長さも短縮される。そして、かかる如く、端子１１２の鉛直方向の長さが短縮されると、寸法誤差または外力の影響が少なくなるため、電力系統プリント基板１２０とフレーム構造体１１０との組付作業の簡素化が図られる。
【００４２】
図９には、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ回路に係るフレーム構造体２１０の構成が示されている。図示の如く、当該フレーム構造体２１０は、複数のフレーム２１１によって構成され、フレーム２１１には、複数の端子２１２が配列されている。かかるフレーム構造体２１０は、複数のフレームによって空間２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃが形成されている。このうち、空間２１１ａの内部には、Ｈブリッジ回路（パワー半導体素子によって構成される回路）を実装させたパワー素子基板１１３が収容され、空間２１１ｂの内部には、パワー半導体素子２１４ａ及び整流素子２１４ｂ及びスナバ回路を構成するパワー素子基板１１４が収容されている。尚、かかるフレーム構造体２１０の要素は、ＰＦＣコンバータのフレーム構造体１１０の要素と略同様であり、その説明を省略することとする。
【００４３】
図１０には、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路に係る電力系統プリント基板の構成が示されている。かかる電力系統プリント基板２２０は、パワー半導体素子に駆動信号を出力させるドライブ回路（以下、スイッチングトランスと呼ぶ）と、電路を経由してパワー半導体素子２１３ａ，２１４ａに電力を供給させる電力供給回路を実装させている。具体的に説明すると、電力系統プリント基板２２０は、プリント配線を適宜に積層させた回路基板２２１と、コイル２２３〜２２４と、各部に電気的に接続される端子２２６ａ〜２２６ｉと、適宜なコンデンサ２２８ａ〜２２８ｃと、スイッチングトランス２２５ａ〜２２５ｃとから構成されている。そして、当該電力系統プリント基板２２０は、プリント配線によって電路を形成させ、パワー素子基板１１３に実装されるパワー半導体素子１１３ｂ等と協働して、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を構成させている。また、スイッチングトランス２２５ａ〜２２５ｃを実装させ、当該スイッチングトランス２２５ａ〜２２５ｃから駆動信号が出力されることにより、Ｈブリッジ回路を適宜に駆動させる。尚、かかる電力系統プリント基板２２０の要素は、ＰＦＣのフレーム構造体２１０の要素と略同様であり、その説明を省略することとする。
【００４４】
電力系統プリント基板２２０は、複数の端子２１２に対応する端子用ホールＨｐが形成され、当該端子用ホールＨｐには、複数の端子２１２と導通される半田ランドが形成されている。そして、電力系統プリント基板２２０は、図１１に示す如く、複数の端子２１２を端子用ホールＨｐに挿通させつつフレーム構造体２１０へ積層され、回路基板２２１にあってはビス止めされ、端子用ホールＨｐは複数の端子２１２と半田接続され、これにより、上述した構成の電力供給回路が複数の端子２１２を介してパワー半導体素子２１３ａ，２１４ａに各々導通されている。以下、フレーム構造体２１０と電力系統プリント基板２２０とから成る構成を、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のブロック型電力モジュール２００と呼ぶ。
【００４５】
図１２には、本実施の形態に係る電力変換装置の構成が示されている。かかる電力変換装置１０００は、図示の如く、ＰＦＣ回路のブロック型電力モジュール１００と、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のブロック型電力モジュール２００と、筐体側ヒートシンク３００（特許請求の範囲における被固定体）と、制御基板４００と、トランス及び平滑コンデンサを具備する大型素子アセンブリ５００とから構成されている。尚、ＰＦＣ回路のブロック型電力モジュール１００及びＤＣ−ＤＣコンバータ回路のブロック型電力モジュール２００については、上述した構成とされる。
【００４６】
筐体側ヒートシンク３００は、アルミダイキャスト等の放熱性の高い材質から形成され、放熱面積を向上させるフィン３０１と、電力及び信号の入出力を行なう入出力端子３０２と、車体の所定箇所に固定させるブラケット３０３ａ〜３０３ｄと、図示されないケースを固定させるボルト穴３０４と、複数本の支柱３０５とが形成されている。このうち、入出力端子３０２は、信号及び電力を供給させる配線と接続され、ブロック型電力モジュール１００及びＤＣ−ＤＣコンバータ回路のブロック型電力モジュール２００の各々に、プラグイン端子を介して商用電力が供給させ、この他、ＥＣＵ等から適宜な信号を入力させる。また、筐体側ヒートシンク３００のうち、ブロック型電力モジュールを搭載させる面は、略水平面を呈しており、当該水平面に雌ネジが適宜に形成され、雄ネジ及びボルトを用いてケース構造体を固定させる。尚、かかる筐体側ヒートシンク３００は、グランドにアースされている。
【００４７】
シールド基板４０６は、複数の支柱３０５によって支持されている。かかるシール基板４０６は、筐体側ヒートシンク３００と供にグランドへアースされている。
【００４８】
制御基板４００は、電力系統プリント基板１２０の上層側に配置され、スイッチングトランス２２５ａ〜２２５ｄ又は上述した双方の基板１２１，２２１の電力供給回路を制御させる回路を実装させている。
【００４９】
ここで、入力電源から電力を変換するスイッチングトランス及びパワースイッチング素子は、出力が１ＫＷ以上の電源に関してはフルブリッジ回路が広く用いられる。フルブリッジ回路は、一般的にＰＷＭ制御でパワースイッチを駆動する為、スイッチングを行う専用ＩＣやＣＰＵで制御が行われる。このパワースイッチング素子を制御する制御基板４００は、商用電源よりも電圧値の低い車載バッテリから電力が供給される。そのため、パワースイッチング素子の信号入力端子（ゲート端子）は、スイッチングトランスによって制御基板と絶縁されている。そして、本実施の形態に係る制御基板４００にあっては、著しく発熱はせず、また、近年部品の小型化が進み、片面プリント基板または両面プリント基板に実装させることが可能とされる。即ち、かかる制御基板４００は、ブロック型電力モジュールの電力系統プリント基板から独立させた方が、より効果的に小型化を実現させることが可能となる。また、ブロック型電力モジュールの電力系統プリント基板にあっても、制御基板４００に実装される回路を排除させた方が、ＣＰＵ等を電気的に保護する対策（例えば、沿面距離の確保等）を施す必要が無くなるので、基板の小型化に寄与することとなる。
【００５０】
制御基板４００は、シールド基板４０６又は支柱３０５にビス止めされ、且つ、着脱可能なハーネスを介して電力系統プリント基板１１０，２１０に接続されているので、電力変換装置１０００からの着脱が可能とされる。かかるハーネスは、少なくとも一端が着脱可能な構造を有していれば足りる。
【００５１】
また、本実施の形態に係る電力変換装置１０００では、着脱可能なブロック型電力モジュール１００，２００が取付けられているので、半田接合部の取り外し作業又は接着層の剥がし作業を行なうことなく、当該電力変換装置１０００からブロック型電力モジュールを取り外すことが可能となる。
【００５２】
即ち、本実施の形態に係る電力変換装置１０００では、機能毎に独立したモジュール（制御基板、ＰＦＣ回路のブロック型電力モジュール、ＤＣ−ＤＣコンバータのブロック型電力モジュール）が構成され、当該独立したモジュールが各々着脱自在とされるので、故障又は不具合が発生した場合、其の故障等が生じたモジュールのみを交換することで、電力変換装置１０００を交換させることが可能となる。また、電力変換装置１０００を輸送させる際、モジュール毎に梱包させることにより、梱包全体の小型化が図られ、輸送コストの低減が図られる。
【００５３】
更に、本実施の形態に係る電力変換装置１０００では、機能毎に独立したモジュール（制御基板、ＰＦＣ回路のブロック型電力モジュール、ＤＣ−ＤＣコンバータのブロック型電力モジュール）が構成されるので、かかるモジュールでは、其の構成が簡素な状態で完結され、組立て作業の容易化が図られる。
【００５４】
加えて、本実施の形態に係るブロック型電力モジュールによると、制御基板と電力系統プリント基板とパワー素子基板との各々を独立させることにより、互いの基板が各々効果的に小型化される。そして、本実施の形態に係る電力変換装置１０００では、機能毎に独立したモジュール（制御基板、ＰＦＣ回路のブロック型電力モジュール、ＤＣ−ＤＣコンバータのブロック型電力モジュール）が構成されるので、かかるモジュールでは、其の構成が簡素な状態で完結され、全体として装置の小型化が図られる。
【符号の説明】
【００５５】
１０００    電力変換装置
１００  ＰＦＣ回路のブロック型電力モジュール
１１０  フレーム構造体
１１３  パワー素子基板
１２０  電力系プリント基板
２００  ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のブロック型電力モジュール
２１０  フレーム構造体
２１３  パワー素子基板
２２０  電力系プリント基板
３００  被固定体（筐体側ヒートシンク）
４００  制御基板
５００  大型素子アセンブリ
【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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