(57)【要約】プリント回路基板（５０又は１５０）の表面に各々搭載される第１スイッチング・デバイス（Ｓ１又はＳ２）、第２スイッチング・デバイス（Ｓ３又はＳ４）、第３スイッチング・デバイス（Ｓ５又はＳ６）、及び共通ソース・ノード（２６又は１６６）を有するプリント回路基板。プリント回路基板は、更に、少なくとも、第１層における第１組の導電経路、第２層における第２組の導電経路、及び第１層を第２層に接続する複数のビアを含む。第１組の導電経路は、共通ソース・ノード、第１スイッチング・デバイス、第２スイッチング・デバイス、及び第３スイッチング・デバイスの間を電気的に導通させる。第２層における第２組の導電経路は、共通ソース・ノード、第１スイッチング・デバイス、及び第３スイッチング・デバイスの間を電気的に導通させる。第１低圧側スイッチング・デバイスと共通ソース・ノードとの間の物理的距離及び第３低圧側スイッチング・デバイスと共通ソース・ノードとの間の距離は、第２低圧側スイッチング・デバイスと共通ソース・ノードとの間の距離よりも大きい。
2007527684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相パワー・デバイス用プリント回路基板であって、少なくとも、第１スイッチング・デバイス、第２スイッチング・デバイス、第３スイッチング・デバイス、及び共通ソース・ノードが、前記プリント回路基板の表面に各々搭載され、前記プリント回路基板は、
前記共通ソース・ノード、前記第１スイッチング・デバイス、前記第２スイッチング・デバイス、及び前記第３スイッチング・デバイスの間を電気的に導通させる前記プリント回路基板の第１層における第１組の導電経路と、
前記共通ソース・ノード、前記第１スイッチング・デバイス、及び前記第３スイッチング・デバイスの間を電気的に導通させる前記プリント回路基板の第２層における第２組の導電経路と、
前記プリント回路基板の前記第１層を前記プリント回路基板の前記第２層に接続する複数のビアと、
を備え、前記共通ソース・ノードと前記第１スイッチング・デバイスとの間の距離及び前記共通ソース・ノードと前記第３スイッチング・デバイスとの間の距離は、前記共通ソース・ノードと前記第２スイッチング・デバイスとの間の距離よりも大きい、プリント回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載のプリント回路基板であって、更に、
前記第１スイッチング・デバイスと前記第３スイッチング・デバイスとの間を電気的に導通させる前記プリント回路基板の第３層における第３組の導電経路と、
前記プリント回路基板の前記第１層を前記プリント回路基板の前記第３層に接続する第２複数のビアと、
を備えるプリント回路基板。
【請求項３】
請求項２に記載のプリント回路基板において、前記第２複数のビアの一部は、前記第１複数のビアと同じである、プリント回路基板。
【請求項４】
請求項１に記載のプリント回路基板において、
前記第１スイッチング・デバイスは、第１低圧側スイッチング・デバイスであり、前記第２スイッチング・デバイスは、第２低圧側スイッチング・デバイスであり、前記第３スイッチング・デバイスは、第３低圧側スイッチング・デバイスである、プリント回路基板。
【請求項５】
請求項４に記載のプリント回路基板において、前記共通ソース・ノードは電流センサを含む、プリント回路基板。
【請求項６】
請求項４に記載のプリント回路基板であって、更に、少なくとも、第１高圧側スイッチング・デバイス、第２高圧側スイッチング・デバイス、及び第３高圧側スイッチング・デバイスが、前記プリント回路基板の表面に各々搭載され、前記プリント回路基板は、更に、
前記第１高圧側スイッチング・デバイスと前記第１低圧側スイッチング・デバイスとの間に接続された第１端子であって、前記三相パワー・デバイスの第１相巻線に電源を供給する第１端子と、
前記第２高圧側スイッチング・デバイスと前記第２低圧側スイッチング・デバイスとの間に接続された第２端子であって、前記三相パワー・デバイスの第２相巻線に電源を供給する第２端子と、
前記第３高圧側スイッチング・デバイスと前記第３低圧側スイッチング・デバイスとの間に接続された第３端子であって、前記三相パワー・デバイスの第３相巻線に電源を供給する第３端子と、
を備えるプリント回路基板。
【請求項７】
請求項１に記載のプリント回路基板において、前記第１スイッチング・デバイスは、第１高圧側スイッチング・デバイスであり、前記第２スイッチング・デバイスは、第２高圧側スイッチング・デバイスであり、前記第３スイッチング・デバイスは、第３高圧側スイッチング・デバイスである、プリント回路基板。
【請求項８】
請求項７に記載のプリント回路基板において、前記共通ソース・ノードは電源ノードを含む、プリント回路基板。
【請求項９】
請求項７に記載のプリント回路基板であって、更に、少なくとも、第１低圧側スイッチング・デバイス、第２低圧側スイッチング・デバイス、及び第３低圧側スイッチング・デバイスが、前記プリント回路基板の表面に各々搭載され、前記プリント回路基板は、更に、
前記第１高圧側スイッチング・デバイスと前記第１低圧側スイッチング・デバイスとの間に接続された第１端子であって、前記三相パワー・デバイスの第１相巻線に電源を供給する第１端子と、
前記第２高圧側スイッチング・デバイスと前記第２低圧側スイッチング・デバイスとの間に接続された第２端子であって、前記三相パワー・デバイスの第２相巻線に電源を供給する第２端子と、
前記第３高圧側スイッチング・デバイスと前記第３低圧側スイッチング・デバイスとの間に接続された第３端子であって、前記三相パワー・デバイスの第３相巻線に電源を供給する第３端子と、
を備えるプリント回路基板。
【請求項１０】
請求項１に記載のプリント回路基板において、前記共通ソース・ノードと前記第１スイッチング・デバイスとの間の距離は、前記共通ソース・ノードと前記第２スイッチング・デバイスとの間の距離の約２倍である、プリント回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、三相パワー・デバイス（三相モータ等）に関し、特に、埋め込み式方向性インピーダンス制御チャネルを有するプリント回路基板上に搭載されたスイッチング回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
三相モータ（永久磁石同期モータ及び誘導モータ等）は、パワー・ステアリング・システム等の車両用途に用いられる。パルス幅変調信号を用いた三相モータの相巻線の制御は周知である。パルス幅変調信号は、インバータに、即ち、モータの相巻線を車両バッテリの正又は負（接地）端子のいずれかに接続する一連のスイッチング・デバイスに印加される。
【０００３】
特に、一連のスイッチング・デバイスは、通常、三相モータを駆動するスイッチング回路の一部である。電流センサが、モータの各相巻線に印加される電圧の決定や追跡の支援に用いられる。従来、スイッチング回路及び電流センサは、セラミック基板上に搭載されていた。一連のワイヤ・ボンドが、スイッチング・デバイスと構成要素とを相互接続するために用いられる。しかしながら、ワイヤ・ボンド及びセラミック基板を用いると高価であるため廉価な材料及び設計に対するニーズが存在する。
【０００４】
スイッチング・デバイスを搭載し相互接続するために、ＦＲ４として知られているエポキシ・ガラス製プリント回路基板等のプリント回路基板を用いると有利である。これにより、製造業者は、表面実装パワー・デバイスの形態で電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor ）を用いることができる。また、ワイヤ・ボンドの必要性を排除すると有利である。これにより、従来のワイヤ・ボンドの方法に関連するサイクル・タイム、工場自動化設備、及び保守コストを削減することによって、システム実現のコストが低減される。
【０００５】
しかしながら、システムをプリント回路基板に適用すると、問題が生じることが分かってきた。例えば、正弦波駆動信号を三相モータに印加するシステムは、トルク・リップルとして知られている現象を受けやすい。トルク・リップルは、位相間の電圧損失が平衡化されていない場合に生成される正弦波モータ駆動電圧における高調波（ひずみ）として特徴付けられる。これらのトルク・リップル高調波は、望ましくない問題を生じる。例えば、車両のパワー・ステアリング用途に用いられる三相モータについて考える。車両の運転者は、ハンドルを回している間、小さいが反復性の振動の形態で何らかのトルク・リップル高調波を感じる。これは、車両運転者にとって望ましくない状態であるためトルク・リップル高調波の影響の排除又は少なくとも実質的な低減に対するニーズが存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、三相制御システムを実現するコストを低減し、しかもトルク・リップル高調波に関連する他の問題の解決に対するニーズが存在する。本発明は、このニーズを解決するための方法に対処する。特に、本発明は、プリント回路基板レイアウトにおいて三相モータ制御回路を適用する際、トルク・リップル高調波の問題を解決する。このことは、プリント回路基板レイアウトにおいて三相モータ制御回路を適用する際に発生する抵抗性及びリアクタンス性インピーダンスを最適化もしくは均衡化する機構を提供することによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
説明される内容は、プリント回路基板上に三相パワー・デバイス用スイッチング回路を実現するための構成である。本発明は、埋め込み式方向性インピーダンス制御チャネルを用い、プリント回路基板用途にスイッチング回路を利用する際に発生する抵抗性及びリアクタンス性インピーダンスを平衡化する。例示及び説明のために、車両用途用三相モータのための適用例を用いる。永久磁石同期モータ等の三相モータは、車両におけるパワー・ステアリング・システムの一部として用い得る。しかしながら、本発明は、車両用三相モータに限定されず、他の三相デバイスに適用可能である。
【０００８】
この目的のために、一般的に、三相パワー・デバイス用プリント回路基板が存在する。プリント回路基板は、第１スイッチング・デバイス、第２スイッチング・デバイス、第３スイッチング・デバイス、及び共通ソース・ノードを有し、これらは、プリント回路基板の表面に各々搭載される。更に、プリント回路基板には、少なくとも、第１層における第１組の導電経路、第２層における第２組の導電経路、及び第１層を第２層に接続する複数のビアが含まれる。第１組の導電経路は、共通ソース・ノード、第１スイッチング・デバイス、第２スイッチング・デバイス、及び第３スイッチング・デバイスの間を電気的に導通する。第２層における第２組の導電経路は、共通ソース・ノード、第１スイッチング・デバイス、及び第３スイッチング・デバイスの間を電気的に導通する。本実施形態において、第１低圧側スイッチング・デバイスと共通ソース・ノードとの間の物理的距離及び第３低圧側スイッチング・デバイスと共通ソース・ノードとの間の距離は、第２低圧側スイッチング・デバイスと共通ソース・ノードとの間の距離よりも大きい。
【０００９】
本発明は、一組の低圧側スイッチング・デバイス及び／又は一組の高圧側スイッチング・デバイスに適用され得る。従って、一実施形態において、スイッチング・デバイスは、低圧側スイッチング・デバイスであり、共通ソース・ノードは、電流センサを含み得る。他の実施形態において、スイッチング・デバイスは、高圧側スイッチング・デバイスであり、共通ソース・ノードは、電源ノードを含み得る。
【００１０】
更に他の実施形態は、少なくとも、第１低圧側スイッチング・デバイス、第２低圧側スイッチング・デバイス、第３低圧側スイッチング・デバイス、及び電流センサが、プリント回路基板の表面に各々搭載される三相パワー・デバイス用プリント回路基板である。プリント回路は、一実施形態において、第１層における第１組の導電経路、第２層における第２組の導電経路、及び複数のビアを有する。プリント回路基板の第１層における第１組の導電経路は、低圧側スイッチング・デバイスと電流センサとの間を電気的に導通させる。プリント回路基板の第２層における第２組の導電経路は、第１低圧側スイッチング・デバイス、第３低圧側スイッチング・デバイス、及び電流センサの間を電気的に導通させる。複数のビアは、第１層をプリント回路基板の第２層に接続する。本実施形態において、第１低圧側スイッチング・デバイスと電流センサとの間の物理的距離及び第３低圧側スイッチング・デバイスと電流センサとの間の距離は、第２低圧側スイッチング・デバイスと電流センサとの間の距離よりも大きい。更に、本プリント回路基板は、第３層における第３組の導電経路及び第２複数のビアを有し得る。第３層における第３組の導電経路は、第１低圧側スイッチング・デバイスと第３低圧側スイッチング・デバイスとの間を電気的に導通させる。
【００１１】
他の実施形態は、スイッチング回路及び電流センサが、プリント回路基板の表面上に搭載された三相パワー・デバイス用プリント回路基板である。スイッチング回路は、３組のスイッチング・デバイスを有し、各組には、高圧側スイッチング・デバイス及び低圧側スイッチング・デバイスが含まれる。プリント回路基板には、第１層における第１組の導電経路、第２層における第２組の導電経路、及び複数のビアが含まれる。プリント回路基板の第１層における第１組の導電経路は、スイッチング回路における各低圧側スイッチング・デバイスと電流センサとの間を電気的に導通させる。プリント回路基板の第２層における第２組の導電経路は、スイッチング回路の少なくとも２つの低圧側スイッチング・デバイスと電流センサとの間を電気的に導通させる。複数のビアは、プリント回路基板の第１層をプリント回路基板の第２層に接続する。第２導電経路によって、スイッチング回路の低圧側スイッチング・デバイスと電流センサとの間のインピーダンスの実質的平衡化が促進される。更に、プリント回路基板は、第３層における第３組の導電経路及び第２複数のビアを有し得る。第３層における第３組の導電経路は、スイッチング回路の少なくとも２つの低圧側スイッチング・デバイスの間を電気的に導通させる。
【００１２】
また、少なくとも、第１低圧側スイッチング・デバイス、第２低圧側スイッチング・デバイス、第３低圧側スイッチング・デバイス、及び電流センサが、プリント回路基板の表面に各々搭載された三相パワー・デバイス用プリント回路基板が存在する。ここで、本プリント回路基板には、第１層における第１組の導電経路、第２層における第２組の導電経路、第３層における第３組の導電経路、及び第１及び第２組のビアが含まれる。プリント回路基板の第１層における第１組の導電経路は、低圧側スイッチング・デバイスと電流センサとの間を電気的に導通させる。プリント回路基板の第２層における第２組の導電経路は、第１低圧側スイッチング・デバイス、第３低圧側スイッチング・デバイス及び電流センサの間を電気的に導通させる。プリント回路基板の第３層における第３組の導電経路は、第１低圧側スイッチング・デバイスと第３低圧側スイッチング・デバイスとの間を電気的に導通させる。第１組のビアは、プリント回路基板の第１層をプリント回路基板の第２層に接続する。第２組のビアは、プリント回路基板の第１層をプリント回路基板の第３層に接続する。
【００１３】
更に他の実施形態は、電源ノード、第１高圧側スイッチング・デバイス、第２高圧側スイッチング・デバイス、及び第３高圧側スイッチング・デバイスが、プリント回路基板上に各々搭載されたプリント回路基板である。更に、プリント回路基板には、少なくとも、第１層における第１組の導電経路、第２層における第２組の導電経路、及び第１層を第２層に接続する複数のビアが含まれる。ここで、第１層における第１組の導電経路は、電源ノード、第１高圧側スイッチング・デバイス、第２高圧側スイッチング・デバイス、及び第３高圧側スイッチング・デバイスの間を電気的に導通させる。第２層における第２組の導電経路は、電源ノード、第１高圧側スイッチング・デバイス、及び第３高圧側スイッチング・デバイスの間を電気的に導通させる。電源ノードと第１高圧側スイッチング・デバイスとの間の物理的距離及び電源ノードと第３高圧側スイッチング・デバイスとの間の距離は、電源ノードと第２高圧側スイッチング・デバイスとの間の距離よりも大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、様々な修正及び代替の形態を許すが、図面において、具体的な実施形態を一例として示し、本明細書において詳述する。しかしながら、本発明は、開示された特定の形態に限定されることを意図するものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、添付の請求項によって規定される本発明の技術思想及び範囲にある全ての修正、均等物、及び代替を網羅するものである。
【００１５】
以下、図面を参照して、車両用途において三相モータ用のシステムを用いる例について説明する。図１において、電源２２、インバータ即ちスイッチング回路２４、電流センサ２６、及びモータ２８を有するシステム２０を示す。車両用途の場合、電源２２は、正端子３０及び負端子３２を有する車両ＤＣバッテリであればよい。負端子３２は、接地接続であってもよい。モータ２８は、星型接続の三相巻線Ａ、Ｂ、Ｃを有するモータであればよいが、デルタ接続モータ等の他の接続タイプも用い得る。例えば、このようなモータとして、永久磁石同期モータ又は誘導モータが挙げられる。
【００１６】
インバータ即ちスイッチング回路２４及び電流センサは、以下に詳述するように、プリント回路基板の表面に搭載し得る。インバータ即ちスイッチング回路２４には、３組のスイッチング・デバイスが含まれ、１つの組が、モータ２８の各相巻線用である。第１組のスイッチング・デバイスＳ１、Ｓ２は、第１相巻線に第１電圧Ｖａを提供することができる。第２組のスイッチング・デバイスＳ３、Ｓ４は、第２相巻線Ｂに第２電圧Ｖｂを提供することができる。第３組のスイッチング・デバイスＳ５、Ｓ６は、第３相巻線Ｃに第３電圧Ｖｃを提供することができる。
【００１７】
一実施形態において、スイッチング・デバイスの各組は、電源２２の正端子３０に接続された１つの高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５と、電源２２の負端子３２（又は接地接続）に接続された１つの低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６を有する。１つの組内の各スイッチング・デバイスは、同じ組内の他のスイッチと相補関係にある。例えば、第１組のスイッチング・デバイスＳ１、Ｓ２のうちの高圧側スイッチング・デバイスＳ１が閉じると、第１組のスイッチング・デバイスＳ１、Ｓ２のうちの対応する低圧側スイッチング・デバイスＳ２が開く。同様に、第１組のスイッチング・デバイスＳ１、Ｓ２のうちの高圧側スイッチング・デバイスＳ１が開くと、第１組のスイッチング・デバイスＳ１、Ｓ２のうちの対応する低圧側スイッチング・デバイスＳ２が閉じる。
【００１８】
相補型スイッチング・デバイスを有することによって、各組内のスイッチング・デバイスを開閉すると、モータ２８の各相巻線Ａ、Ｂ、Ｃが、電源２２の正端子３０又は負端子３２（もしくは接地）に接続される。これによって、電圧Ｖａ、Ｖｂ、又はＶｃが、モータ２８の対応する相巻線Ａ、Ｂ、又はＣにそれぞれ印加される。各相巻線Ａ、Ｂ又はＣを流れる電流は、図１において、対応する変数ｉ＿ａ、ｉ＿ｂ、又はｉ＿ｃによってそれぞれ表される。
【００１９】
以下に詳述するように、一実施形態において、スイッチング・デバイスＳ１−Ｓ６は、各々、ソース端子、ドレイン端子、及びゲート端子を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であればよい。ＦＥＴは、ゲート端子に印加される電圧をしきい値を上回る又は下回るように上げ下げすることによって、スイッチとして用い得る。しきい値を超える電圧を印加すると、電流がスイッチング・デバイスＳ１−Ｓ６を流れる。スイッチング・デバイスＳ１−Ｓ６用として、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、及びバイポーラのようなパワー・トランジスタ等、他の適切な種類のデバイスが存在する。
【００２０】
パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号は、スイッチング・デバイスＳ１−Ｓ６を制御するために用い得る。図２において、コントローラ３６は、各スイッチング・デバイスＳ１−Ｓ６へのＰＷＭ信号を生成するために用いられる。コントローラ３６は、電流センサ２６によって提供される電流測定値に基づき、ＰＷＭ信号を生成する。コントローラ３６には、デジタル・プロセッサ及び制御アルゴリズムを有するソフトウェアを記憶するメモリを含み得る。デジタル・プロセッサは、ソフトウェアに組み込まれた制御アルゴリズムに基づき、ＰＷＭ信号を供給する。適切なコントローラ３６には、ＤＳＰプロセッサ及びメモリ（図示せず）を含み得る。
【００２１】
図１を再度参照すると、モータ２８を適切に制御するために、変数ｉ＿ａ、ｉ＿ｂ、ｉ＿ｃの電流を測定又は何らかの方法で求める必要がある。一実施形態において、電流センサ２６は、電源２２とスイッチング回路２４との間のＤＣリンク上に配置される。特に、電流センサ２６は、スイッチング回路２４の低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６と電源２２の負端子３０との間に配置される。また、電流センサ２６は、スイッチング回路２４の低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６と接地接続との間に配置し得る。いずれの場合でも、電流センサ２６は、スイッチング回路２４の低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６に電気的に接続される。本発明は、スイッチング回路２４及び電流センサ２６が、プリント回路基板の表面に実装又は搭載される場合、この電気的接続における抵抗性及びリアクタンス性インピーダンスを平衡化することに関する。
【００２２】
電流センサ２６は、抵抗器の間の電圧降下を測定するセンサであればよい。電流センサ２６は、公知の方法に基づき、測定された電圧降下をＤＣリンクを介する電流（ｉ＿ｄｃ＿ｌｉｎｋによって表される）に変換することができればよい。他の選択肢として、センサ２６からの測定された電圧降下は、コントローラ３６に提供され、コントローラ３６は、検出された電圧降下を電流に変換し得る。
【００２３】
上述したように、一組のスイッチング・デバイスのうちの各スイッチング・デバイスは、他のスイッチング・デバイスと相補関係にある。三相モータ・システムの場合、これによって、８つの可能なスイッチング状態が生じる。図３に示す表は、８つの可能なスイッチング状態をベクトルＶ０−Ｖ７として反映する。表における第１列４０は、第１組のスイッチング・デバイスＳ１、Ｓ２の状態（開／閉）を表す。表における第２列４２は、第２組のスイッチング・デバイスＳ３、Ｓ４の状態（開／閉）を表す。表における第３列４４は、第３組のスイッチング・デバイスＳ５、Ｓ６の状態（開／閉）を表す。第４列４６は、ＤＣリンクを介する電流（ｉ＿ｄｃ＿ｌｉｎｋ）と様々な相巻線Ａ、Ｂ、及びＣを介する電流ｉ＿ａ、ｉ＿ｂ、及びｉ＿ｃとの間の関係を反映する。第５列４８は、８つのベクトル状態を反映する。８つの可能なスイッチング状態のうち、電流がＤＣリンクを介して流れる６つのアクティブなベクトル状態（Ｖ１−Ｖ６）と、電流がＤＣリンクを介して流れない２つのゼロベクトル状態（Ｖ０，Ｖ７）が存在する。
【００２４】
上述したように、正弦波駆動電圧をモータ等の三相パワー・デバイスに適用すると、トルク・リップル高調波を受けやすい。プリント回路基板レイアウトにスイッチング回路２４及び電流センサ２６を実装しようとする場合、トルク・リップル高調波の問題に対処する必要がある。抵抗性及びリアクタンス性インピーダンスが平衡化されていない場合、トルク・リップル高調波が生じることが分かっている。本発明は、トルク・リップル高調波の影響の排除又は少なくとも実質的な低減方法に対処する。
【００２５】
図４において、上述したモータ２８等の三相パワー・デバイス用のプリント回路基板５０を示す。プリント回路基板５０には、スイッチング回路２４及び電流センサ２６が、プリント回路基板５０の表面５２上に搭載される。スイッチング回路２４は、３組のスイッチング・デバイスを有する。スイッチング・デバイスの各組は、１つの高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５及び１つの低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６を有する。
【００２６】
本実施形態において、電源２２の正端子３０は、電源導電性パッド５４を介して、高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５に接続される。電源導電性パッド５４は、プリント回路基板における複数の層を介して、高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５にパワーを実際に供給し得る。このことは、三相パワー・デバイスを駆動するのに必要な電流が相対的に高い場合に重要である。複数の層は、ビア（図示せず）を介して、電気的に互いに接続し得る。
【００２７】
各組のスイッチング・デバイスは、一連の相互接続パッド５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃを介して、互いに接続される。例えば、第１相互接続パッド５６Ａにより、第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１と第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２との間が電気的に接触される。第２相互接続パッド５６Ｂによって、第２高圧側スイッチング・デバイスＳ３と第２低圧側スイッチング・デバイスＳ４との間が電気的に接触される。第３相互接続パッド５６Ｃによって、第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５と第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６との間が電気的に接触される。
【００２８】
一実施形態において、高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である場合、各デバイスは、ドレイン端子５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ、ソース端子６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、及びゲート端子６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃを含む３つの端子を有する。高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５のドレイン端子５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃは、電源導電性パッド５４に接続され得る。ソース端子６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃは、相互接続パッド５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃに接続され得る。また、ゲート端子６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃは、制御を行うためのコントローラ３８（図示せず）に電気的に接続され得る。
【００２９】
低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６は、共通導電性パッド６４を介して、一組の導電経路７６によって電流センサ２６に接続され得る。ここで、共通導電性パッド６４は、低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６と電流センサ２６との間のプリント回路基板５０の第１導電銅層７８の一部であればよい。低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である一実施形態において、各デバイスは、ドレイン端子６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、ソース端子７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、及びゲート端子７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃを含む３つの端子を有する。高圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６のドレイン端子６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃは、相互接続パッド５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃに接続され得る。ソース端子７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃは、共通導電性パッド６４に接続され得る。また、ゲート端子７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃは、制御を行うためのコントローラ３８（図示せず）に電気的に接続され得る。
【００３０】
（電流センサ２６を介した）低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６は、導電性パッド６６を介して、電源２２の負端子３２に接続され得る。他の選択肢として、電流センサ２６は、同じ導電性パッド６６を介して接地に接続され得る。負端子３２への接続即ち接地接続は、プリント回路基板における複数の層を介した貫通接続であればよい。再度、このことは、三相パワー・デバイスを駆動するのに必要な電流が相対的に高い場合に重要である。複数の層は、ビア（図示せず）を介して、電気的に互いに接続され得る。
【００３１】
１つの組内の各スイッチング・デバイスは、同じ組内の他のスイッチと相補関係にある。例えば、上述したように、第１組のスイッチング・デバイスＳ１、Ｓ２のうちの高圧側スイッチング・デバイスＳ１が閉じると、第１組のスイッチング・デバイスＳ１、Ｓ２のうちの対応する低圧側スイッチング・デバイスＳ２が開く。同様に、第１組のスイッチング・デバイスＳ１、Ｓ２のうちの高圧側スイッチング・デバイスＳ１が開くと、第１組のスイッチング・デバイスＳ１、Ｓ２のうちの対応する低圧側スイッチング・デバイスＳ２が閉じる。
【００３２】
相補型スイッチング・デバイスを有することによって、各組内のスイッチング・デバイスを開閉すると、モータ２８の各相巻線Ａ、Ｂ、Ｃが、電源２２の正端子３０又は負端子３２（もしくは接地）に接続される。このことは、第１端子７４Ａを第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１と第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２との間に、第２端子７４Ｂを第２高圧側スイッチング・デバイスＳ３と第２低圧側スイッチング・デバイスＳ４との間に、第３端子７４Ｃを第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５と第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６との間に接続することによって達成される。端子７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃによって、電圧Ｖａ、Ｖｂ、又はＶｃが、モータ２８の対応する相巻線Ａ、Ｂ、又はＣにそれぞれ印加される。各相巻線Ａ、Ｂ又はＣを流れる電流は、図１において、対応する変数ｉ＿ａ、ｉ＿ｂ、又はｉ＿ｃによってそれぞれ表される。
【００３３】
電源２２の正端子３０と高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５との間の接続、及び電流センサ２６と電源２２の負端子３２（即ち接地）との間の接続のレイアウトは、物理的且つ電気的に、高度に対称であり、また、平衡であるべきである。しかしながら、プリント回路基板レイアウトにおいて、低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６と電流センサ２６との間の接続を形状的に対称にすることは不可能である。更に、低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６自体の間の接続は、形状的に対称ではない。本発明の１つの側面は、更に後述するように、トルク・リップル高調波に関連する問題を回避するために、これらの接続を電気的に対称及び平衡化する際のメカニズムに関する。
【００３４】
図４に示す構成レイアウトにおいて、第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２のソース端子７０Ａと電流センサ２６との間の物理的距離は、第２低圧側スイッチング・デバイスＳ４のソース端子７０Ｂと電流センサ２６との間の物理的距離より大きい。また、第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６のソース端子７０Ｃと電流センサ２６との間の物理的距離は、第２低圧側スイッチング・デバイスＳ４のソース端子７０Ｂと電流センサ２６との間の物理的距離より大きい。電気的接続部材として共通導電性パッド６４だけが残った状態で、許容不可能なトルク・リップル高調波が、三相パワー・デバイスの動作時に発生することが分かった。
【００３５】
この問題を解決するために、一実施形態において、（図５に示すように）プリント回路基板５０の埋め込まれた第２導電銅層８８における第１組のビア８０及び第２組の導電経路８６が、構成に追加される。更に、第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２のソース端子７０Ａと電流センサ２６との間の距離は、第２低圧側スイッチング・デバイスＳ４のソース端子７０Ｂと電流センサ２６との間の距離の約２倍に設定される。更に、第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２のソース端子７０Ａと電流センサ２６との間の距離は、第２低圧側スイッチング・デバイスＳ４のソース端子７０Ｂと電流センサ２６との間の距離の約２倍に設定される。
【００３６】
低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６と電流センサ２６との間の物理的距離は、回路抵抗及びインピーダンスに正比例する。図４のプリント回路基板レイアウトにおいて、共通導電性パッド６４だけの場合、第２低圧側スイッチング・デバイスＳ４に関連する電圧損失は、第１及び第３低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ６に関連する損失より小さい。（図５に示すように）プリント回路基板５０の第２層８８に第１組のビア８０及び第２導電経路８６を追加すると、低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６と電流センサ２６との間に更に平衡化された組の電気経路が提供される。第１組のビア８０は、第１層７８を第２層８８に縫い合わせるか、あるいは何らかの方法で接続される。第１組のビア８０は、図４乃至５に示すように、固有の点又は領域に配置するべきである。これらの点又は領域は、第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２、第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６、及び電流センサ２６に近接する。
【００３７】
図５において、事実上、第１組のビア８０を用いると、第２並列電流経路が、第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２と電流センサ２６との間に、また、第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６と電流センサ２６との間に追加される。この構成により、トルク・リップル高調波の影響の排除又は少なくとも実質的な低減が促進される。
【００３８】
図６の構成レイアウトにおいて、共通導電性パッド６４は、電流が低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６自体の間に供給される時、プリント回路基板５０の第１層７８に第１組の導電経路７７も提供する。第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２のソース端子７０Ａと第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６のソース端子７０Ｃとの間の物理的距離は、第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２のソース端子７０Ａと第２低圧側スイッチング・デバイスＳ４のソース端子７０Ｂとの間の物理的距離より大きいことに留意されたい。また、第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６のソース端子７０Ｃと第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２のソース端子７０Ａとの間の物理的距離は、第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６のソース端子７０Ｃと第２低圧側スイッチング・デバイスＳ４のソース端子７０Ｂとの間の物理的距離より大きい。また、電気的接続部材として共通導電性パッド６４だけが残った状態で、許容不可能なトルク・リップル高調波が、三相パワー・デバイスの動作時に発生することが分かった。
【００３９】
この問題を解決するために、一実施形態において、（図７に示すように）プリント回路基板５０の埋め込まれた第３導電銅層９８における第２組のビア９０及び第３組の導電経路９７が、構成に追加される。更に、第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２のソース端子７０Ａと第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６のソース端子７０Ｃとの間の距離は、第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２のソース端子７０Ａと第２低圧側スイッチング・デバイスＳ４のソース端子７０Ｂとの間の距離の約２倍に設定される。更に、第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６のソース端子７０Ｃと第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２のソース端子７０Ａとの間の距離は、第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６のソース端子７０Ｃと第２低圧側スイッチング・デバイスＳ４のソース端子７０Ｂとの間の距離の約２倍に設定される。
【００４０】
低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６の間の物理的距離は、回路抵抗及びインピーダンスに正比例する。図６のプリント回路基板レイアウトにおいて、共通導電性パッド６４だけの場合、幾つかのスイッチング・デバイス間の電流に関連する電圧損失は、他のスイッチング・デバイス間に関連した損失より小さい。（図７に示すように）プリント回路基板５０の第３層９８に第２組のビア９０及び第３導電経路９７を追加すると、低圧側スイッチング・デバイスＳ２、Ｓ４、Ｓ６の間に更に平衡化された組の電気経路が提供される。第２組のビア９０は、第３層９８の第１層７８を縫い合わせるか、あるいは何らかの方法で接続される。第２組のビア９０は、図６乃至７に示すように、固有の点又は領域に配置しなければならない。これらの点又は領域は、第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２及び第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６に近接する。
【００４１】
図７において、事実上、第２組のビア９０を用いると、第２並列電流経路が、第１低圧側スイッチング・デバイスＳ２と第３低圧側スイッチング・デバイスＳ６との間に追加される。この構成により、トルク・リップル高調波の影響の排除又は少なくとも実質的な低減が促進される。
【００４２】
図８は、本発明が高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５に適用される他の実施形態を示す。この実施形態は、電流が１つの電源ノードから均一に出て来るための、また更に、スイッチング・デバイスの任意の２つの間で再循環する電流が存在する場合、互いに均一に接続するための潜在的ニーズに対処する。従って、図８は、接続が形状的に対称ではない場合における電源２２の正端子３０と電源ノード１６６を介した高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５との間の接続のレイアウトを示す。本発明の側面は、更に後述するように、トルク・リップル高調波に関連する問題を回避するために、これらの接続を電気的に対称化及び平衡化する際のメカニズムに関する。
【００４３】
図８に示す構成レイアウトにおいて、電源ノード１６６と第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１との間の物理的距離は、電源ノード１６６と第２高圧側スイッチング・デバイスＳ３との間の物理的距離より大きい。また、電源ノード１６６と第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５との間の物理的距離は、電源ノード１６６と第２高圧側スイッチング・デバイスＳ３との間の物理的距離より大きい。電気的接続部材として共通導電性パッド１５４だけが残った状態で、許容不可能なトルク・リップル高調波が、三相パワー・デバイスの動作時に発生することが分かった。
【００４４】
この問題を解決するために、一実施形態において、（図９に示すように）プリント回路基板１５０の埋め込まれた第２導電銅層１８８における第１組のビア１８０及び第２組の導電経路１８６が、構成に追加される。更に、ソース・ノード１６６と第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１との間の距離は、ソース・ノード１６６と第２高圧側スイッチング・デバイスＳ３との間の距離の約２倍に設定される。更に、ソース・ノード１６６と第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５との間の距離は、ソース・ノード１６６と第２高圧側スイッチング・デバイスＳ３との間の距離の約２倍に設定される。
【００４５】
ソース・ノード１６６と高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５との間の物理的距離は、回路抵抗及びインピーダンスに正比例する。図８のプリント回路基板レイアウトにおいて、共通導電性パッド１５４だけの場合、第２高圧側スイッチング・デバイスＳ３に関連する電圧損失は、第１及び第３高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ５に関連する損失より小さい。（図９に示すように）プリント回路基板１５０の第２層１８８に第１組のビア１８０及び第２導電経路１８６を追加すると、ソース・ノード１６６と高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５との間に更に平衡化された組の電気経路が提供される。第１組のビア１８０は、第１層１７８を第２層１８８に縫い合わせるか、あるいは何らかの方法で接続される。第１組のビア１８０は、図８乃至９に示すように、固有の点又は領域に配置すべきである。これらの点又は領域は、第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１、第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５、及びソース・ノード１６６に近接する。
【００４６】
図９において、事実上、第１組のビア１８０を用いると、ソース・ノード１６６と第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１との間に、また、ソース・ノード１６６と第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５との間に、第２並列電流経路が追加される。この構成により、トルク・リップル高調波の影響の排除又は少なくとも実質的な低減が促進される。
【００４７】
図１０における構成レイアウトにおいて、共通導電性パッド１５４は、また、電流が高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５自体の間に供給される時、プリント回路基板１５０の第１層１７８に第１組の導電経路１７７を提供する。第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１のドレイン端子５８Ａと第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５のドレイン端子５８Ｃとの間の物理的距離は、第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１のドレイン端子５８Ａと第２高圧側スイッチング・デバイスＳ３のドレイン端子５８Ｂとの間の物理的距離より大きいことに留意されたい。また、第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５のドレイン端子５８Ｃと第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１のドレイン端子５８Ａとの間の物理的距離は、第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５のドレイン端子５８Ｃと第２高圧側スイッチング・デバイスＳ３のドレイン端子５８Ｂとの間の物理的距離より大きい。再度、電気的接続部材として共通導電性パッド１５４だけが残った状態で、許容不可能なトルク・リップル高調波が、三相パワー・デバイスの動作時に発生することがある。
【００４８】
この問題を解決するために、一実施形態において、（図１１に示すように）プリント回路基板１５０の埋め込まれた第３導電銅層１９８における第２組のビア１９０及び第３組の導電経路１９７が、構成に追加される。更に、第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１のドレイン端子５８Ａと第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５のドレイン端子５８Ｃとの間の距離は、第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１のドレイン端子５８Ａと第２高圧側スイッチング・デバイスＳ３のドレイン端子５８Ｂとの間の距離の約２倍に設定される。更に、第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５のドレイン端子５８Ｃと第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１のドレイン端子５８Ａとの間の距離は、第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５のドレイン端子５８Ｃと第２高圧側スイッチング・デバイスＳ３のドレイン端子５８Ｂとの間の距離の約２倍に設定される。
【００４９】
高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５の間の物理的距離は、回路抵抗及びインピーダンスに正比例する。図１０のプリント回路基板レイアウトにおいて、共通導電性パッド１５４だけの場合、幾つかのスイッチング・デバイス間の電流に関連する電圧損失は、他のスイッチング・デバイス間に関連した損失より小さい。（図１１に示すように）プリント回路基板１５０の第３層１９８に第２組のビア１９０及び第３導電経路１９７を追加すると、高圧側スイッチング・デバイスＳ１、Ｓ３、Ｓ５の間に、更に平衡化された組の電気経路が提供される。第２組のビア１９０は、第１層１７８を第３層１９８に縫い合わせるか、あるいは何らかの方法で接続される。第２組のビア１９０は、図１０乃至１１に示すように、固有の点又は領域に配置しなければならない。これらの点又は領域は、第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１及び第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５に近接する。
【００５０】
図１１において、事実上、第２組のビア１９０を用いると、第２並列電流経路が、第１高圧側スイッチング・デバイスＳ１と第３高圧側スイッチング・デバイスＳ５との間に追加される。この構成により、トルク・リップル高調波の影響の排除又は少なくとも実質的な低減が促進される。
【００５１】
以上説明した内容は、三相パワー・デバイス用プリント回路基板上にスイッチング回路及び電流センサを実現するための手順である。上述したシステムは、システムにおける抵抗性及びリアクタンス性インピーダンスを最適化もしくは平衡化する方法を提供する。特に、プリント回路基板は、方向性インピーダンス制御チャネルとして機能する埋め込まれた層に複数の導電経路を有する。この平衡化により、トルク・リップル高調波の影響の排除又は実質的な低減が促進される。この構成は、特に、平衡化されたシステムが、パワー・ステアリング用の三相モータにパワーを供給するために必要な車両用途において重要である。本発明は、運転者がハンドルを回している際に発生し得る望ましくない振動を解決する。
【００５２】
本発明の上記説明は、例示のみであり、本願から生じる如何なる特許の範囲をも限定するものではない。例えば、本説明では、車両用途用の三相モータを用いた。本発明は、パルス幅変調が用いられる他の三相デバイスにも適用可能である。本発明は、請求項の範囲及び技術思想によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態を利用し得るシステムであって、電源、インバータ即ちスイッチング回路、及び三相モータを有するシステムを示す図。
【図２】複数のスイッチング・デバイスへの信号を生成するための図１におけるシステム用のコントローラを示す図。
【図３】三相パワー・デバイス用の８つの可能なスイッチング状態を反映する表。
【図４】プリント回路基板上に搭載されたスイッチング回路及び電流センサの一実施形態の平面図。
【図５】図４におけるプリント回路基板の埋め込まれた第２層の一実施形態を示す平面図。
【図６】プリント回路基板上に搭載されたスイッチング回路及び電流センサの一実施形態を示す平面図。
【図７】図６におけるプリント回路基板の埋め込まれた第３層の一実施形態を示す平面図。
【図８】プリント回路基板上に搭載されたスイッチング回路及び電流センサの他の実施形態を示す平面図。
【図９】図８におけるプリント回路基板の埋め込まれた第２層の他の実施形態を示す平面図。
【図１０】プリント回路基板上に搭載されたスイッチング回路及び電流センサの他の実施形態を示す平面図。
【図１１】図１０におけるプリント回路基板の埋め込まれた第３層の他の実施形態を示す平面図。
【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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【国際調査報告】
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