(57)【要約】【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の絶縁トランスの一次側、二次側において、配線の損失を低減し、小型化、低コスト化を可能とする電力変換装置を提供する。【解決手段】多層配線基板３０１上に一次側、二次側スイッチング回路１０２、１０５と、一次側、二次側スイッチング回路１０２、１０５の間に設けた絶縁トランス１０４とを有し、一次側スイッチング回路１０２と絶縁トランス１０４とを接続する第一の配線２０１と、二次側スイッチング回路１０５と絶縁トランス１０４とを接続する第二の配線２０２とにおいて、第一、第二の配線２０１、２０２の内、長い方の配線はバスバー４０１で配線し、短い方の配線は基板配線２０２で配線する。【選択図】図２
2019187191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層配線基板上に
一次側スイッチング回路および二次側スイッチング回路と、
前記一次側スイッチング回路と前記二次側スイッチング回路との間に設けた絶縁トランスとを有し、
前記一次側スイッチング回路と前記絶縁トランスとを接続する第一の配線と、
前記二次側スイッチング回路と前記絶縁トランスとを接続する第二の配線とにおいて、
前記第一の配線および前記第二の配線の内、いずれか長い方の配線はバスバーで配線し、短い方の配線は前記多層配線基板の基板配線で配線する電力変換装置。
【請求項２】
前記基板配線は少なくとも１対あり、前記多層配線基板の平面視で、互いに離隔されて重ならない配置である請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記基板配線は前記多層配線基板上に隣り合い、且つ、電流が互いに相反する方向に流れるように配置されている請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記バスバーは少なくとも１対あり、その厚さ方向に比べて大きい幅方向で重ねて配置されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記バスバーは、前記多層配線基板、前記一次側スイッチング回路、前記二次側スイッチング回路、および前記絶縁トランスを収納する筐体とは絶縁されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記バスバーは少なくとも１対あり、その間隔は前記多層配線基板の隣り合う配線層の間隔よりも大きい請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記絶縁トランスの一次側の巻数をｎ１、二次側の巻数をｎ２として、
前記一次側の巻数ｎ１と前記二次側の巻数ｎ２との比が０．５＜ｎ２／ｎ１＜２である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第一の配線は、前記第二の配線よりも短く前記バスバーで配線し、
前記第二の配線は、前記第一の配線よりも長く前記基板配線で配線する請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記一次側スイッチング回路および前記二次側スイッチング回路のスイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドである請求項９に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を備えた電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置には、小型かつ高効率であることが求められるため、電子回路を実装した複数の配線層から成る多層配線基板において、低損失な基板パターンであることが重要である。このため、電力変換回路の多層基板の配線設計時に、配線同士は平面視で極力重ね、一つ一つの配線は配線インダクタンス及び寄生抵抗を無くすために極力太く配線することで、小型で高効率の電力変換装置を実現する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、文献１開示技術では、重ねて配置された配線間には浮遊容量が形成される。近年、ＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）およびＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）等のワイドギャップ半導体を適用した電力変換装置の高周波駆動化が進められており、浮遊容量での充放電が高頻度で行われるため、充放電電流による損失が著しくなっている。
この対策として、電圧が変動する配線間を基板に対して平面視で互いに並行にして重ならないように配置し、配線間の浮遊容量を削減する方法が考えられる。
【０００４】
しかし、この方法では、特にＤＣ／ＤＣコンバータ回路に絶縁トランスを使用した場合、絶縁トランスの一次側の配線２本、二次側の配線２本が各々並行して配置され、相反する方向に電流が流れる。このため、近接効果により、高周波での抵抗が増加し、配線が発熱し、効率が低下するという課題がある。
【０００５】
これに対して、絶縁トランスの一次側と二次側に接続される配線をバスバーで配線する手法が考えられる。バスバーで配線することで、基板配線に比較して、配線厚を厚くすること、および配線間隔を大きくすることが可能となり、高周波抵抗および浮遊容量を低減でき、配線での損失を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１１２５３０号公報（段落［００１６］−［００２２］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、絶縁トランスの一次側、二次側の配線にバスバーを用いると部品点数が増加し、バスバー自体の加工費が必要となり、コストアップの要因となる。また、バスバーを多層配線基板に実装するためのエリアが必要となり、装置が大型化するという問題がある。  このため、絶縁トランスの一次側、二次側の配線にバスバーを用いると、絶縁トランスの一次側及び二次側配線の損失低減と小型化および低コスト化の両立が困難であるという問題がある。
【０００８】
本願は、上記の問題を解決するためになされたものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の絶縁トランスの一次側及び二次側において、配線での損失を低減し、且つ、小型化、低コスト化することが可能な電力変換装置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】
【０００９】
本願に開示される電力変換装置は、多層配線基板上に一次側スイッチング回路および二次側スイッチング回路と、一次側スイッチング回路と二次側スイッチング回路との間に設けた絶縁トランスとを有し、一次側スイッチング回路と絶縁トランスとを接続する第一の配線と、二次側スイッチング回路と絶縁トランスとを接続する第二の配線とにおいて、第一の配線および第二の配線の内、いずれか長い方の配線はバスバーで配線し、短い方の配線は多層配線基板の基板配線で配線するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願に開示される電力変換装置は、一次側スイッチング回路と絶縁トランスとを接続する第一の配線と、二次側スイッチング回路と絶縁トランスとを接続する第二の配線とにおいて、第一の配線および第二の配線の内、いずれか長い方の配線はバスバーで配線し、短い方の配線は多層配線基板の基板配線で配線するものであるから、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の絶縁トランスの一次側及び二次側において、配線での損失を低減し、小型化、低コスト化することが可能な電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１による電力変換装置に係る回路図である。
【図２】実施の形態１による電力変換装置に係る絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ部の配線の説明図である。
【図３】実施の形態１による電力変換装置に係るバスバーの説明図である。
【図４】実施の形態１による電力変換装置に係る比較例のバスバーの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
実施の形態１は、多層配線基板上に一次側スイッチング回路と、二次側整流回路と、一次側、二次側間の絶縁トランスとを有し、一次側スイッチング回路と絶縁トランスとを接続する第一の配線と、二次側整流回路と絶縁トランスとを接続する第二の配線とにおいて、配線が長い方はバスバーで配線し、短い方は多層配線基板の基板配線で配線する電力変換装置に関するものである。
【００１３】
以下、実施の形態１に係る電力変換装置の構成および動作について、電力変換装置の回路図である図１、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ部の配線の説明図である図２、バスバーの説明図である図３、および比較例のバスバーの説明図で図４に基づいて説明する。
【００１４】
まず、実施の形態１の電力変換装置の回路図の一例を図１に基づいて説明する。
なお、直流電源と負荷は電力変換装置の構成要素ではないが、電力変換装置の動作上関連しているため、特に区別せずに説明する。
【００１５】
図１において、電力変換装置１は、絶縁型のフルブリッジＤＣ／ＤＣコンバータであり、大きく入力部、絶縁型変換部、および出力部とから構成される。
入力部は、直流電源である入力電源１００と入力コンデンサ１０１とを備える。
絶縁型変換部は、単相インバータ１０２と、整流回路１０５と、単相インバータ１０２と整流回路１０５との間を電気的に絶縁して接続する絶縁トランス１０４とを備える。
出力部は、出力平滑用リアクトル１０６と、出力コンデンサ１０７と、負荷１０８とを備える。
【００１６】
次に、電力変換装置１の各構成要素の接続関係、機能、および電力変換装置１の全体動作を説明する。
単相インバータ１０２は、入力電源１００および入力コンデンサ１０１とそれぞれに並列に接続され、入力電源１００の直流電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換するインバータである。
単相インバータ１０２は４つの半導体スイッチング素子１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄをフルブリッジ構成している。そして単相インバータ１０２の出力は、絶縁トランス１０４の一次側巻線１０４ａに接続されている。すなわち、単相インバータ１０２は、絶縁トランス１０４の一次側スイッチング回路である。
【００１７】
整流回路１０５は、４つのダイオード１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄのフルブリッジ構成である。
整流回路１０５は、絶縁トランス１０４の二次側巻線１０４ｂに接続されている。そして、整流回路１０５の出力側は、出力平滑用リアクトル１０６が直列に接続され、また整流回路１０５に並列に出力コンデンサ１０７が接続されている。この出力コンデンサ１０７の両端から負荷１０８へ直流電圧Ｖｏｕｔが出力されている。
なお、図１において、配線２０１ａ、２０１ｂは、単相インバータ１０２と絶縁トランス１０４の一次側とを接続する配線である。配線２０２ａ、２０２ｂは、整流回路１０５と絶縁トランス１０４の二次側とを接続する配線である。
【００１８】
次に、実施の形態１の電力変換装置１の絶縁型変換部の配線の構造を図２に基づいて説明する。
図２（ａ）は絶縁型変換部の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の矢視Ａ−Ａから見た断面図である。
図２では、絶縁型変換部の主要構成要素である単相インバータ１０２、絶縁トランス１０４、および整流回路１０５に加えて、多層配線基板３０１、バスバー４０１、および絶縁トランス１０４の二次側と整流回路１０５とを接続する配線２０２ａ、２０２ｂを基板配線としている。
なお、図２では、実施の形態１の構成を分かり易くするために、入力部（入力電源１００、入力コンデンサ１０１）および出力部（出力平滑用リアクトル１０６、出力コンデンサ１０７、負荷１０８）は省略している。
【００１９】
図２に示すように、多層配線基板３０１に単相インバータ１０２と、絶縁トランス１０４と、整流回路１０５とが実装されている。
ここで、絶縁トランス１０４が図２のように整流回路１０５に近い場所に実装されていると、単相インバータ１０２と絶縁トランス１０４を接続する配線が長くなり、絶縁トランス１０４と整流回路１０５を接続する配線は短くなる。
【００２０】
図２では、配線が長くなる単相インバータ１０２と絶縁トランス１０４とをバスバー４０１で接続している。また、配線が短くなる絶縁トランス１０４と整流回路１０５とを基板配線２０２ａ、２０２ｂで配線している。
なお、図２で記載している絶縁トランス１０４の形は一例で、一次側巻線と二次側巻線が同軸巻されていてもよく、またプレーナトランスでもよい。
【００２１】
次に、バスバー４０１の構成について、図３（ａ）、図３（ｂ）に基づいて説明する。
図３（ａ）は、バスバー４０１を上から見た平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の矢視Ａ−Ａから見た断面図である。なお、バスバー４０１は、バスバー４０１ａと４０１ｂから構成される。バスバー４０１ａと４０１ｂとを区別する必要がない場合は、バスバー４０１と記載する。
また、図３において、Ｗはバスバー４０１ａ、４０１ｂの幅であり、ｄはバスバー４０１ａとバスバー４０１ｂとの間隔である。
【００２２】
図３において、バスバー４０１ａおよびバスバー４０１ｂは、バスバーの幅Ｗの方向で重ねて配置されている。配線２０１ａ、２０１ｂは、それぞれバスバー４０１ａ、４０１ｂに対応している。
バスバー間の距離が浮遊容量の値に影響するため、バスバー４０１ａ、４０１ｂは、例えば樹脂で成型して、バスバー４０１ａ、４０１ｂ間の距離を一定に保っている。
【００２３】
次に、実施の形態１に係る電力変換装置１の構成の効果について説明する。
配線の高周波抵抗による損失は、配線の長さに比例して大きくなるため、絶縁トランス１０４の一次側と二次側に流れる電流がほぼ変わらない場合は、長い方の配線２０１ａ、２０１ｂでの損失の方が、短い方の配線２０２ａ，２０２ｂでの損失より大きくなる。このため、損失の大きい方の配線をバスバーにすることで、損失低減の効果は大きい。
【００２４】
短い方の配線もバスバーで配線することも考えられる。しかし、この場合、部品点数が増加し、バスバーの加工費および部材費の増加によるコスト増加、且つ、バスバー実装するための場所が必要となり、電力変換装置１が大型になる。
短い方の配線は、バスバーを使用せずに基板配線で配線することで、コスト増および電力変換装置１の大型化を抑えることができる。
【００２５】
なお、実施の形態１の説明では、図１において配線２０１ａ、２０１ｂの長さが、配線２０２ａ，２０２ｂの長さより長いために、配線２０１ａ、２０１ｂをバスバーで配線し、配線２０２ａ，２０２ｂを基板配線で配線した。
しかし、逆の場合、すなわち、配線２０２ａ、２０２ｂの長さが、配線２０１ａ、２０１ｂの長さより長い場合は、配線２０２ａ、２０２ｂをバスバーで配線し、配線２０１ａ，２０１ｂを基板配線で配線する。
【００２６】
次に、実施の形態１に係る電力変換装置１のバスバー４０１の配置方法の効果について、比較例である図４と対比して説明する。
図４は、２つのバスバーを平面視で重ならないように平行して配置した例である。
図４（ａ）は、バスバー４０２ｃ、４０２ｄを上から見た平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の矢視Ａ−Ａから見た断面図である。なお、バスバー４０２は、バスバー４０２ｃと４０２ｄから構成される。バスバー４０２ｃと４０２ｄとを区別する必要がない場合は、バスバー４０２と記載する。
また、図４において、Ｗはバスバー４０２ｃ、４０２ｄの幅であり、ｅはバスバー４０２ｃ、バスバー４０２ｄの厚さである。
【００２７】
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、実施の形態１によるバスバー４０１ａ、４０１ｂは、幅Ｗの方向で重ねて配置されている。
このようにバスバー４０１ａ、４０１ｂを幅Ｗの方向で重ねて近接して配置している。このため、相反する方向に電流が流れる場合は、配線同士の近接効果により、図３（ｂ）の斜線部分（表皮深さ×幅Ｗ）に電流が偏る。
【００２８】
対比例である図４のバスバー４０２の配置の場合を考える。バスバー４０２ｃ、４０２ｄにおいても、相反する方向に電流が流れると、近接に配置した配線同士の近接効果により、図４（ｂ）の斜線部分（表皮深さ×厚さｅ）に電流が偏る。
【００２９】
図３（ｂ）の斜線部分と図４（ｂ）の斜線部分の断面積を考えた場合、電流量が同じであれば表皮深さは同じになる。このため、幅Ｗ＞厚さｅであるから、図３のように幅Ｗの方向でバスバーを重ねて配置したほうが、電流の流れる断面積は大きくなる。
【００３０】
ここで、バスバーの導電率をρ、バスバーの長さをＬ、電流が流れる断面積をＳとすると、バスバーの抵抗値Ｒは式（１）で表せる。
【００３１】
Ｒ＝ρ・（Ｌ／Ｓ）      ・・・（１）
【００３２】
式（１）より断面積Ｓが大きいほど、抵抗値Ｒは小さくなる。抵抗値Ｒで消費される損失Ｐは式（２）で表せる。
【００３３】
Ｐ＝Ｒ・Ｉ２      ・・・（２）
【００３４】
抵抗値Ｒが小さいほど配線での損失は小さくなる。したがって、バスバーを幅Ｗの方向で重ねて配置した場合の方が損失は小さくなる。
以上説明したように、本実施の形態１の電力変換装置１の図３の構成、すなわちバスバーを幅Ｗの方向で重ねて配置することで、バスバーの高周波抵抗を低減でき、バスバーでの損失を低減することができる。
【００３５】
次に、実施の形態１に係る電力変換装置１のバスバー４０１と、電力変換装置１の多層配線基板３０１、単相インバータ１０２、整流回路１０５、および絶縁トランス１０４を収納する筐体（図示なし）との関係について説明する。
実施の形態１に係る電力変換装置１のバスバー４０１は、筐体が絶縁されている。この理由を以下に説明する。
【００３６】
電力変換装置１は、絶縁試験および雷サージのような高電圧が印加されても、絶縁を担保する必要がある。これは、電力変換装置１におけるバスバー４０１と電力変換装置１の筐体との間でも例外ではない。
そこで、絶縁距離を確保する必要があるが、絶縁トランス１０４の一次側と二次側の配線と筐体間の電圧が高い場合に、バスバー４０１と筐体の絶縁を担保しようとすると、バスバー４０１と筐体をある一定以上の距離を離隔する必要がある。このため、電力変換装置１は大型化する。
これを回避するため、バスバー４０１を樹脂で覆うことで、バスバー４０１と筐体間の絶縁を確保することができ、バスバー４０１を筐体に近接して配置することができる。
【００３７】
次に、実施の形態１に係る電力変換装置１のバスバー４０１の構造について説明する。
電力変換装置１のバスバー４０１は、その間隔は多層配線基板３０１の隣り合う配線層の間隔よりも大きく設定している。こうすることで、バスバー４０１ａ、４０１ｂ間の浮遊容量の値を多層配線基板３０１での基板配線間での浮遊容量の値よりも小さくすることができる。このため、浮遊容量に起因する損失を低減することができる。
【００３８】
以下に浮遊容量低減の原理を説明する。
バスバー４０１ａと４０１ｂと間の浮遊容量は式（３）で表せる。
ここで、真空の誘電率をε０、バスバーを覆う樹脂の比誘電率をεｒ、バスバー４０１ａおよび４０１ｂの距離をｄ、バスバー４０１ａと４０１ｂとの対向面積をＳ、バスバー４０１の浮遊容量をＣｂとしている。
【００３９】
Ｃｂ＝ε０・εｒ・（Ｓ／ｄ）      ・・・（３）
【００４０】
式（３）から分かるように、バスバー４０１ａと４０１ｂとの間の距離ｄに反比例して、バスバー４０１の浮遊容量は小さくなる。一般的に多層配線基板における層間で配線を配置した場合の配線間距離は数百μｍオーダーになる。
したがって、図３におけるバスバー４０１ａ、４０１ｂ間の距離ｄを数ｍｍオーダーにすることで、基板配線における配線間距離の数１０倍の距離を取ることができる。このため、式（３）から、バスバー４０１ａ、４０１ｂ間の浮遊容量の値は基板配線間での浮遊容量の数１０分の１の値にすることができる。浮遊容量の値を小さくすることで、浮遊容量に起因する損失を抑えることができる。
【００４１】
次に、実施の形態１に係る電力変換装置１の基板配線について説明する。
図１において、配線２０１ａ、２０１ｂと配線２０２ａ、２０２ｂとの内、配線２０２ａ、２０２ｂの方が配線２０１ａ、２０１ｂより短いとして説明する。
図２に示すように、配線２０２ａ、２０２ｂは多層配線基板３０１に対し平面視で、互いに並行または離隔されて重ならないように配置されている。具体的には、同一配線層に配線２０２ａ、２０２ｂを配置することで、平面視で重ならないように配置することが可能となる。
配線２０２ａ、２０２ｂが平面視で重ならないように配置することで、配線２０２ａ，２０２ｂによる浮遊容量を削減することができ、浮遊容量に起因する損失を抑えることができる。
【００４２】
次に、実施の形態１に係る電力変換装置１の絶縁トランス１０４の一次側および二次側の巻数比との関連について説明する。
実施の形態１に係る電力変換装置１においては、一次側および二次側の巻数比を式（４）の値を満たす絶縁トランス１０４を使用する場合を想定している。
ここで、一次側の巻数をｎ１、二次側の巻数をｎ２とする。
【００４３】
０．５＜（ｎ２／ｎ１）＜２      ・・・（４）
【００４４】
実施の形態１に係る電力変換装置１の効果を理解するために、例えば、絶縁トランスの巻き数が５：１である場合を考える。
この場合、絶縁トランス二次側の電流は一次側の電流に比べて５倍の大きさになる。したがって、損失低減のためには、絶縁トランス二次側と整流回路をバスバーで接続することは必須となる。さらに、もし一次側の配線が長い場合は、一次側にもバスバーを使用することとなる。このため、絶縁トランスの両側でバスバーを使用することになり、コスト増加および電力変換装置の大型化になる。
したがって、絶縁トランス一次側の配線を短くしなければならなくなる。このため、単相インバータと絶縁トランスを近づけて配置することが必須となり、部品レイアウトが制約され、電力変換装置は大型化する。
【００４５】
しかし、式（４）を満たす絶縁トランス１０４を使用することで、絶縁トランス１０４の一次側と二次側の電流値に差が少なくなる。したがって、どちらかをバスバーにしなければならないという制約はなくなる。配線を長くする側と配線を短くする側を自由に決めることができるため、部品レイアウトの自由度が増加する。したがって、電力変換装置１の小型化に繋がる。
【００４６】
次に、実施の形態１に係る電力変換装置１に一般的な巻数比の絶縁トランスを使用する場合について説明する。
電力変換装置において、絶縁トランスの巻線は一般的に式（５）で表せる。
【００４７】
１＜（ｎ２／ｎ１）＜２      ・・・（５）
【００４８】
式（５）の場合、絶縁トランス１０４の一次側と二次側に流れる電流は、一次側を流れる電流の方が大きくなる。電流値が大きいと、配線での高周波抵抗による損失が大きくなるため、電流値の大きい配線をバスバーにすることで、高周波抵抗を抑え、損失をより低減することができる。
【００４９】
実施の形態１に係る電力変換装置１では、図１における配線２０１ａ、２０１ｂと配線２０２ａ、２０２ｂの内、配線の長い方をバスバーで配線し、配線の短い方を基板配線で配線する。
式（５）の絶縁トランス１０４の場合、単相インバータ１０２へと接続される配線２０１ａ、２０１ｂをバスバーで接続し、整流回路１０５へと接続される配線２０２ａ，２０２ｂが基板配線とすることで、より一層損失を抑えることができる。
【００５０】
図１の単相インバータ１０２を構成するスイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）およびＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の自己消弧型半導体に限らず、高周波駆動可能なワイドギャップ半導体を使用しても良い。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドがある。
【００５１】
ワイドギャップ半導体を使用し高周波化した場合、スイッチング回数が増え、配線間の浮遊容量での充放電する回数が増加し、充放電電流による損失が増大する。また高周波になるほど、表皮及び近接効果により、高周波抵抗は増加し、発熱して損失が増加する。
すなわち、ワイドギャップ半導体を用いて、本実施の形態１の電力変換装置１を構成すれば、浮遊容量の充放電電流および高周波抵抗を低減できる。このため高周波において、スイッチング素子および基板配線の発熱を有効に低減させ、より電力変換装置の小型化、高効率化を実現できる。
【００５２】
ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ電力変換装置の小型化が可能となる。
また、ワイドバンドギャップ半導体は耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化、および水冷部の空冷化が可能であるので、電力変換装置の一層の小型化が可能になる。
更に電力損失が低いため、スイッチング素子の高効率化が可能であり、延いては電力変換装置の高効率化が可能になる。
【００５３】
本実施の形態１に係る電力変換装置１では、絶縁トランス１０４の二次側回路をダイオードのフルブリッジ構成の整流回路１０５としたが、スイッチング素子を用いたスイッチング回路、すなわち二次側スイッチング回路としても良い。
この場合、二次側スイッチング回路を構成するスイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴ等の自己消弧型半導体に限らず、高周波駆動可能なワイドギャップ半導体を使用してもよい。
【００５４】
本実施の形態１に係る電力変換装置１では、絶縁型のフルブリッジＤＣ／ＤＣコンバータ回路を用いて説明したが、この回路に限られるものではなく、例えば、絶縁型のハーフブリッジＤＣ／ＤＣコンバータ回路等に適宜変更可能である。
【００５５】
以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置は、多層配線基板上に一次側スイッチング回路と、二次側整流回路と、一次側、二次側間の絶縁トランスとを有し、一次側スイッチング回路と絶縁トランスとを接続する第一の配線と、二次側整流回路と絶縁トランスとを接続する第二の配線とにおいて、配線が長い方はバスバーで配線し、短い方は多層配線基板の基板配線で配線するものである。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の絶縁トランスの一次側および二次側において、配線での損失を低減し、且つ、小型化、低コスト化することが可能な電力変換装置を提供することができる。
【００５６】
本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５７】
１  電力変換装置、１００  入力電源、１０１  入力コンデンサ、
１０２  単相インバータ、１０４  絶縁トランス、１０４ａ  絶縁トランス一次側巻線、１０４ｂ  絶縁トランス二次側巻線、１０５  整流回路、
１０５ａ〜１０５ｄ  ダイオード、１０６  出力平滑用リアクトル、
１０７  出力コンデンサ、１０８  負荷、
２０１ａ，２０１ｂ  単相インバータと絶縁トランス一次側とを接続する配線、
２０２ａ，２０２ｂ  整流回路と絶縁トランス二次側とを接続する配線、
３０１  多層配線基板、４０１，４０１ａ，４０１ｂ，４０２ｃ，４０２ｄ  バスバー。
【図１】
2019187191.tif 000003
【図２】
2019187191.tif 000004
【図３】
2019187191.tif 000005
【図４】
2019187191.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月19日(2019.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層配線基板上に
一次側スイッチング回路および二次側スイッチング回路と、
前記一次側スイッチング回路と前記二次側スイッチング回路との間に設けた絶縁トランスとを有し、
前記一次側スイッチング回路と前記絶縁トランスとを接続する第一の配線と、
前記二次側スイッチング回路と前記絶縁トランスとを接続する第二の配線とにおいて、
前記第一の配線および前記第二の配線の内、いずれか長い方の配線はバスバーで配線し、短い方の配線は前記多層配線基板の基板配線で配線する電力変換装置。
【請求項２】
前記基板配線は少なくとも１対あり、前記多層配線基板の平面視で、互いに離隔されて重ならない配置である請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記基板配線は前記多層配線基板上に隣り合い、且つ、電流が互いに相反する方向に流れるように配置されている請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記バスバーは少なくとも１対あり、その厚さ方向に比べて大きい幅方向で重ねて配置されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記バスバーは、前記多層配線基板、前記一次側スイッチング回路、前記二次側スイッチング回路、および前記絶縁トランスを収納する筐体とは絶縁されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記バスバーは少なくとも１対あり、その間隔は前記多層配線基板の隣り合う配線層の間隔よりも大きい請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記絶縁トランスの一次側の巻数をｎ１、二次側の巻数をｎ２として、
前記一次側の巻数ｎ１と前記二次側の巻数ｎ２との比が０．５＜ｎ２／ｎ１＜２である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第一の配線は前記バスバーで配線し、
前記第二の配線は前記基板配線で配線する請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記一次側スイッチング回路および前記二次側スイッチング回路のスイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドである請求項９に記載の電力変換装置。