(57)【要約】【課題】１種類の基板で並列ＰＡＭ制御方式と簡易ＰＡＭ制御方式を実現すること。【解決手段】コンバータ回路は、第１インダクタンスＬ１と第１ダイオートＤ１とを直列に接続する第１配線パターン１１ａと、第２インダクタンスＬ２と第２ダイオードＤ２とを直列に接続するための第２配線パターン１１ｂと、それらに接続されるスイッチング素子ＩＧＢＴ１，ＩＧＢＴ２と、制御部１２とによって構成され、グランドパターンＧＮＤは共通のランドで接続され、第１配線パターン１１ａ及び第２配線パターン１１ｂは、略同じ幅に形成され、第１配線パターン１１ａが所定間隔空くよう分割され、第２配線パターン１１ｂが所定間隔空くよう分割され、それぞれ分割された所定間隔の領域にグランドパターンＧＮＤが配置され、分割された第１配線パターン１１ａ同士と、第２配線パターン１１ｂ同士がジャンパー線１３ａ，１３ｂで接続される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するインバータに適用されるコンバータ回路を備える回路基板であって、
前記コンバータ回路は、
第１のインダクタンスと第１のダイオートとを直列に接続するための第１の配線パターンと、第２のインダクタンスと第２のダイオードとを直列に接続するための第２の配線パターンと、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンにそれぞれ接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御手段とによって構成され、
グランド電位に接地されるグランドパターンは、共通のランドで接続され、
前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンは、略同じ幅に形成され、
前記第１の配線パターンが所定間隔空くよう分割され、前記第２の配線パターンが所定間隔空くよう分割され、それぞれ分割された前記所定間隔の領域に前記グランドパターンが配置され、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第１の配線パターン同士がジャンパー線で接続され、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第２の配線パターン同士がジャンパー線で接続される回路基板。
【請求項２】
前記第１のインダクタンス及び該第１のインダクタンスに接続される前記スイッチング素子を含む第１系統、または前記第２のインダクタンス及び該第２のインダクタンスに接続される前記スイッチング素子を含む第２系統のうち、少なくともどちらか一方の系統を未実装にする請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
モータを駆動するインバータに適用されるコンバータ回路を備える回路基板の回路基板形成装置であって、
前記コンバータ回路に、
第１のインダクタンスと第１のダイオートとを直列に接続するための第１の配線パターンと、第２のインダクタンスと第２のダイオードとを直列に接続するための第２の配線パターンと、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンにそれぞれ接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御手段とを設け、
グランド電位に接地されるグランドパターンは、共通のランドで接続し、
前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンは、略同じ幅に形成し、
前記第１の配線パターンが所定間隔空くよう分割させ、前記第２の配線パターンが所定間隔空くよう分割させ、それぞれ分割された前記所定間隔の領域に前記グランドパターンを配置し、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第１の配線パターン同士をジャンパー線で接続し、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第２の配線パターン同士をジャンパー線で接続する回路基板形成装置。
【請求項４】
モータを駆動するインバータに適用されるコンバータ回路を備える回路基板の回路基板形成方法であって、
前記コンバータ回路に、
第１のインダクタンスと第１のダイオートとを直列に接続するための第１の配線パターンと、第２のインダクタンスと第２のダイオードとを直列に接続するための第２の配線パターンと、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンにそれぞれ接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御手段とを設け、
グランド電位に接地されるグランドパターンは、共通のランドで接続し、
前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンは、略同じ幅に形成し、
前記第１の配線パターンが所定間隔空くよう分割させ、前記第２の配線パターンが所定間隔空くよう分割させ、それぞれ分割された前記所定間隔の領域に前記グランドパターンを配置し、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第１の配線パターン同士をジャンパー線で接続し、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第２の配線パターン同士をジャンパー線で接続する回路基板形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板及び回路基板形成装置並びに回路基板形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、家庭向けの空調設備では、機種容量に合わせてＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御方式や、部分スイッチングＰＡＭ（簡易ＰＡＭ）制御方式等のコンバータ回路が採用されている。
下記特許文献１では、整流器から出力される電流が基準電流よりも小さいか否かを判定する比較回路と、平滑コンデンサの両端電圧が基準電圧よりも大きいか否かを判定する比較回路と、これら二つの比較回路からの出力信号に応じてオンオフされる制御信号スイッチとを有しているコンバータ電源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３３４３９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、ＰＡＭ制御方式は、力率改善効果の高い方式であるが、スイッチング周波数が高く、これに起因する効率の低下や、電磁ノイズ発生を抑制するために多数の追加部品を必要とされる方式である。これに対し、部分スイッチングＰＡＭ制御方式は、短絡スイッチの開閉を少なくして、高頻度スイッチングによる損失及び発熱の増大を抑制し、力率改善や高調波電流の低減を図る方式である。
こうしたＰＡＭ制御方式と部分スイッチングＰＡＭ制御方式は、従来、それぞれの回路構成が異なっているため基板もそれぞれ必要だった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、１種類の基板で並列ＰＡＭ方式と簡易ＰＡＭ方式を実現できる回路基板及び回路基板形成装置並びに回路基板形成方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、モータを駆動するインバータに適用されるコンバータ回路を備える回路基板であって、前記コンバータ回路は、第１のインダクタンスと第１のダイオートとを直列に接続するための第１の配線パターンと、第２のインダクタンスと第２のダイオードとを直列に接続するための第２の配線パターンと、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンにそれぞれ接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御手段とによって構成され、グランド電位に接地されるグランドパターンは、共通のランドで接続され、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンは、略同じ幅に形成され、前記第１の配線パターンが所定間隔空くよう分割され、前記第２の配線パターンが所定間隔空くよう分割され、それぞれ分割された前記所定間隔の領域に前記グランドパターンが配置され、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第１の配線パターン同士がジャンパー線で接続され、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第２の配線パターン同士がジャンパー線で接続される回路基板を提供する。
【０００７】
本発明の構成によれば、第１のインダクタンスと第１のダイオードが第１の配線パターンにより直列接続され、第２のインダクタンスと第２のダイオードとが第２の配線パターンにより直列接続され、第１の配線パターン及び第２の配線パターンには、制御手段によって制御されるスイッチング素子がそれぞれ接続され、コンバータ回路が構成される。略同じ幅で形成される第１の配線パターンと第２の配線パターンはそれぞれ所定間隔を空けて分割され、所定間隔の領域にグランドパターンが配置されるが、第１の配線パターン同士及び第２の配線パターン同士はそれぞれジャンパー線で接続されるので、コンバータ回路は導電される。
【０００８】
このように、第１の配線パターンと第２の配線パターンとの幅を略同じにすることにより、インピーダンスが揃えられる。また、コンバータ回路のスイッチング素子に繋がる導電回路側（第１の配線パターン及び第２の配線パターン）は多少インピーダンスが高くても、グランドパターン側の影響と比較して電流の減衰は大きくないので、ジャンパー線で接続することによって、最短距離での接続が可能となる。また、グランドパターンを共通のランドで接続して構成することによって、配線パターンから受けるインピーダンスのばらつきが低減される。本発明によれば、直列に接続される第１のインダクタンス及び第１のダイオードと、直列に接続される第２のインダクタンス及び第２のダイオードとを並列に接続してＰＡＭ制御方式とする並列ＰＡＭ方式を簡便に構成することができる。
【０００９】
上記回路基板は、前記第１のインダクタンス及び該第１のインダクタンスに接続される前記スイッチング素子を含む第１系統、または前記第２のインダクタンス及び該第２のインダクタンスに接続される前記スイッチング素子を含む第２系統のうち、少なくともどちらか一方の系統を未実装にすることとしてもよい。
【００１０】
どちらか一方の系統を未実装にすることにより簡易ＰＡＭ方式となるので、実装する電子部品を適宜選択することにより、１つの回路基板によって並列ＰＡＭ制御方式と簡易ＰＡＭ制御方式とを構成できる。
【００１１】
本発明は、モータを駆動するインバータに適用されるコンバータ回路を備える回路基板の回路基板形成装置であって、前記コンバータ回路に、第１のインダクタンスと第１のダイオートとを直列に接続するための第１の配線パターンと、第２のインダクタンスと第２のダイオードとを直列に接続するための第２の配線パターンと、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンにそれぞれ接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御手段とを設け、グランド電位に接地されるグランドパターンは、共通のランドで接続し、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンは、略同じ幅に形成し、前記第１の配線パターンが所定間隔空くよう分割させ、前記第２の配線パターンが所定間隔空くよう分割させ、それぞれ分割された前記所定間隔の領域に前記グランドパターンを配置し、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第１の配線パターン同士をジャンパー線で接続し、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第２の配線パターン同士をジャンパー線で接続する回路基板形成装置を提供する。
【００１２】
本発明は、モータを駆動するインバータに適用されるコンバータ回路を備える回路基板の回路基板形成方法であって、前記コンバータ回路に、第１のインダクタンスと第１のダイオートとを直列に接続するための第１の配線パターンと、第２のインダクタンスと第２のダイオードとを直列に接続するための第２の配線パターンと、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンにそれぞれ接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御手段とを設け、グランド電位に接地されるグランドパターンは、共通のランドで接続し、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンは、略同じ幅に形成し、前記第１の配線パターンが所定間隔空くよう分割させ、前記第２の配線パターンが所定間隔空くよう分割させ、それぞれ分割された前記所定間隔の領域に前記グランドパターンを配置し、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第１の配線パターン同士をジャンパー線で接続し、前記グランドパターンを跨ぐように、分割された前記第２の配線パターン同士をジャンパー線で接続する回路基板形成方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、１種類の基板で並列ＰＡＭ方式と簡易ＰＡＭ方式を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る回路基板の上面概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る回路基板及び回路基板形成装置並びに回路基板形成方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
〔第１の実施形態〕
本実施形態で説明する回路基板は、空調設備の圧縮機モータを駆動するモータ駆動装置に適用される場合を例に挙げて説明する。
図１には、本実施形態に係るモータ駆動装置１の概略構成が示されている。
モータ駆動装置１は、交流電源２から入力される電圧をコンバータ回路１０により所定の大きさの直流電圧に変換し、その後平滑コンデンサ３で平滑化された直流電圧をインバータ回路４でスイッチングし、圧縮機モータ５に電圧を供給している。インバータ回路４は、制御部（制御手段）１２と、マイコンを用いた制御回路６とにより制御されている。
【００１７】
図２は、上述したモータ駆動装置１に適用されるコンバータ回路１０の付近を拡大して示した回路基板２０の上面概略図である。
図２に示されるように、回路基板２０には、交流電源からの交流電圧を所定の大きさの直流電圧に変換するコンバータ回路１０が備えられている。具体的には、コンバータ回路１０は、第１インダクタンス（第１のインダクタンス）Ｌ１と、第２インダクタンス（第２のインダクタンス）Ｌ２と、第１ダイオード（第１のダイオード）Ｄ１と、第２ダイオード（第２のダイオード）Ｄ２と、第１配線パターン（第１の配線パターン）１１ａと、第２配線パターン（第２の配線パターン）１１ｂと、第１スイッチング素子（第１のスイッチング素子）ＩＧＢＴ１と、第２スイッチング素子（第２のスイッチング素子）ＩＧＢＴ２と、グランド電位に接地されるグランドパターンＧＮＤと、第１スイッチング素子ＩＧＢＴ１及び第２スイッチング素子ＩＧＢＴ２を制御する制御部１２とを備えている。なお、本実施形態においては、２つのダイオード（第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２）が１つの領域に配置される形式のダイオードを用いているが、本発明はこれに限定されない。
【００１８】
第１配線パターン１１ａは、第１インダクタンスＬ１と第１ダイオートＤ１とを直列に接続するための配線パターンであり、第２配線パターン１１ｂは、第２インダクタンスＬ２と第２ダイオードＤ２とを直列に接続するための配線パターンである。
グランドパターンＧＮＤは、基板上の共通のランドで接続され、グランド電位に接続される。グランドパターンＧＮＤは基板上に形成することによって、配線パターンから受けるインピーダンスのばらつきを低減させることができる。また、グランド電位が不安定となると、ノイズの影響が大きくなるが、本実施形態のように基板上にグランドパターンＧＮＤを形成し、共通のランドで接続することによって、ノイズの影響を低減することができる。
【００１９】
第１配線パターン１１ａ及び第２配線パターン１１ｂは、略同じ幅に形成されている。第１配線パターン１１ａが所定間隔空くよう分割され、第２配線パターンが所定間隔空くよう分割され、それぞれ分割された所定間隔の領域にグランドパターンＧＮＤが配置される。また、グランドパターンＧＮＤを跨ぐように、分割された第１配線パターン１１ａ同士がジャンパー線１３ａで接続され、グランドパターンＧＮＤを跨ぐように、分割された第２配線パターン１１ｂ同士がジャンパー線１３ｂで接続される。なお、所定間隔で分割された第１配線パターン１１ａ同士と、所定間隔で分割された第２配線パターン１１ｂ同士をジャンパー線１３ａ，１３ｂで接続することによって、最短距離での接続が可能となっている。
このように回路基板２０を構成することによって、モータを駆動するインバータに入力する電圧を調整する並列ＰＡＭ制御方式のコンバータ回路１０を構成することができる。並列ＰＡＭ制御方式は、空調設備の機種容量が５．０〔ｋＷ〕以上の高調波規格クリアに効果的である。
【００２０】
以下に、本実施形態に係る回路基板２０を回路基板形成装置によって形成する場合について説明する。
ベースとなる基材において、コンバータ回路１０として第１インダクタンスＬ１と、第２インダクタンスＬ２と、第１ダイオードＤ１と、第２ダイオードＤ２と、第１スイッチング素子ＩＧＢＴ１と、第２スイッチング素子ＩＧＢＴ２とが配置される。
グランド電位に接地されるグランドパターンＧＮＤは、第１インダクタンスＬ１と第１ダイオードＤ１とを接続する経路に交差するように、かつ、第２インダクタンスＬ２と第２ダイオードＤ２とを接続する経路に交差するように配置される。
【００２１】
幅（例えば、図２では紙面横方向の配線パターンの太さ）が略等しい第１配線パターン１１ａと第２配線パターン１１ｂとを配置する。このとき、それぞれ経路上にあるグランドパターンＧＮＤの領域には配線パターンは配置せず、グランドパターンＧＮＤ分の所定間隔を空けて（つまり、第１配線パターン１１ａと第２配線パターン１１ｂを分割して）配置する。
【００２２】
第１配線パターン１１ａは、グランドパターンＧＮＤが配置されている所定間隔の部分で２つに分割されるが、グランドパターンＧＮＤを跨ぐように、分割された第１配線パターン１１ａをジャンパー線１３ａで接続させ、第１インダクタンスＬ１と第１ダイオードＤ１とを直列接続する。第２配線パターン１１ｂは、グランドパターンＧＮＤが配置されている所定間隔の部分で２つに分割されるが、グランドパターンＧＮＤを跨ぐように、分割された第２配線パターン１１ｂをジャンパー線１３ｂで接続させることにより、第２インダクタンスＬ２と第２ダイオードＤ２とを直列接続する。
【００２３】
第１配線パターン１１ａには第１スイッチング素子ＩＧＢＴ１を接続し、第２配線パターン１１ｂには第２スイッチング素子ＩＧＢＴ２を接続する。なお、制御部１２から、第１スイッチング素子ＩＧＢＴ１及び第２スイッチング素子ＩＧＢＴ２を制御する制御信号をそれぞれのスイッチング素子に入力されるようにする。
【００２４】
以上説明してきたように、本実施形態に係る回路基板２０及び回路基板形成装置並びに回路基板形成方法によれば、第１配線パターン１１ａと第２配線パターン１１ｂの幅を略同じに形成することにより、各配線パターンの動きを揃えることができ、インピーダンスが揃えられる。
また、ノイズは電流の減衰の程度に応じて変動するが、例えば、本実施形態のようにＰＡＭ制御方式を構成して、約１０〔Ａ〕の電流が流れる場合には、第１配線パターン１１ａ及び第２配線パターン１１ｂの抵抗による電流の減衰は比較的大きいものでない。逆に基準（グランド電位側）がふらつくと電流の減衰が大きくなり、ノイズの影響が大きくなる。
【００２５】
こうしたことを勘案し、本発明では、コンバータ回路１０のスイッチング素子に繋がる導電回路側（第１の配線パターン及び第２の配線パターン）は、グランドパターンＧＮＤ側の影響と比較して、多少インピーダンスが高くても電流の減衰は大きくならないので、ジャンパー線１３ａ，１３ｂで接続する。また、分割された配線パターン間をジャンパー線１３ａ，１３ｂで接続することによって最短距離での接続が可能となる。
また、グランドパターンＧＮＤを共通のランドで接続して構成することによって、第１配線パターン１１ａ及び第２配線パターン１１ｂから受けるインピーダンスのばらつきが低減される。
本実施形態のように回路基板２０を構成することによって、直列に接続されたインダクタンスとダイオードを、並列接続した並列ＰＡＭ制御方式を簡便に構成することができる。
【００２６】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図２及び図３を用いて説明する。本実施形態に係る回路基板は、第１インダクタンスＬ１及び第１インダクタンスＬ１に接続されるスイッチング素子ＩＧＢＴ１を含む第１系統、または第２インダクタンスＬ２及び該第２インダクタンスＬ２に接続されるスイッチング素子ＩＧＢＴ２を含む第２系統のうち、少なくともどちらか一方の系統を未実装にする点で、上述した第１の実施形態と異なる。以下、本実施形態の回路基板について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００２７】
図３は、本実施形態に係るモータ駆動装置１の概略構成が示されている。本実施形態では、図２における第１系統を残し、第２系統として用いていた部品を未実装にしている。
つまり、図３のコンバータ回路１０´は、第１インダクタンスＬ１と、第１ダイオードと、第１スイッチング素子ＩＧＢＴ１と、制御部１２とを備えている。本実施形態のコンバータ回路１０´では、簡易ＰＡＭ制御が可能な方式である。
このような回路基板を回路基板形成装置によって形成するには、未実装にする電子部品（例えば、図２において第２系統を未実装にするには、第２インダクタンスＬ２と第２スイッチング素子ＩＧＢＴ２）を回路基板から取り除く。すなわち、並列ＰＡＭ制御方式（第１の実施形態）で用いていた回路基板２０から、簡易ＰＡＭ制御方式で不要な電子部品を取り除くことによって、簡便に簡易ＰＡＭ（部分スイッチング）制御方式に切り替えることができる。
【００２８】
本実施形態に係る回路基板２０及び回路基板形成装置及び回路基板形成方法によれば、直列接続したインダクタンスとダイオード（第１系統と第２系統）とを並列に設けることによって並列ＰＡＭ制御方式としていた回路基板２０から、どちらか一方の系統を未実装にすることにより、容易に簡易ＰＡＭ制御方式を形成することができる。なお、未実装にする１系統は、どちらの系統であってもよい。
なお、一般に簡易ＰＡＭ制御方式は、機種容量が５．０〔ｋＷ〕より小さい空調設備に用いられる。並列ＰＡＭ制御方式と簡易ＰＡＭ制御方式のいずれを選択するかは、導入する空調設備の機種容量の大きさによって、空調設備が導入される時点で選定されることであるが、一般用空調設備（ＲＡＣ：ルームエアコンディショナー）の全ての機種容量に対して、１種類の回路基板で対応が可能となるので、回路基板を共通化したことによりコストダウンが見込める。
【００２９】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  モータ駆動装置
５  圧縮機モータ
１０  コンバータ回路
１１ａ  第１配線パターン
１１ｂ  第２配線パターン
１３ａ  第１ジャンパー線
１３ｂ  第２ジャンパー線
２０  回路基板
Ｌ１  第１インダクタンス
Ｌ２  第２インダクタンス
Ｄ１  第１ダイオード
Ｄ２  第２ダイオード
ＩＧＢＴ１  第１スイッチング素子
ＩＧＢＴ２  第２スイッチング素子
ＧＮＤ  グランドパターン
【図１】
2015133805.tif 000003
【図２】
2015133805.tif 000004
【図３】
2015133805.tif 000005