(57)【要約】【課題】産業用の電力変換装置は高圧の耐圧を有するパワーモジュールにおいて、組立の工数が増加するという問題や、ゲート側の導体基板やカソード側の導体基板と、パワーモジュールの主端子や放熱板の金属との空間絶縁距離や縁面絶縁距離を確保することが困難となる問題があった。【解決手段】高圧の主端子とグランドの主端子と駆動用のゲート制御端子とグランド制御端子を有するパワーモジュールと、電源端子とグランド端子を有するコンデンサと、パワーモジュールの主端子とコンデンサの端子を接続する主回路配線と、パワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を有する電力変換装置において、基板とゲート制御端子とグランド制御端子間に、絶縁シートを介して、ラミネート構造にしたゲート配線の導体板とグランド配線の導体板を有することを特徴とする。【選択図】図１
2015198545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧の主端子とグランド主端子と駆動用のゲート制御端子とグランド制御端子とを備えるパワーモジュールと、
電源端子とグランド端子を有するコンデンサと、
前記パワーモジュールの主端子と前記コンデンサの端子を接続する主回路配線と、
前記パワーモジュールを駆動するゲート駆動回路と、
を有する電力変換装置において、
前記ゲート駆動回路は、信号入力部と電源入力部とロジック部と保護回路部とゲート駆動部を搭載した第1の基板を有し、
前記第1の基板と、前記ゲート制御端子と前記グランド端子間に、絶縁手段を介して、ラミネート構造にしたゲート配線の導体板とグランド配線の導体板を有し、
前記ゲート配線の導体板と前記グランド配線の導体板の表面に絶縁手段を有すること
を特徴とした電力変換装置。
【請求項２】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記第1の基板と、前記ゲート制御端子と前記グランド端子間に、絶縁手段を介して、ラミネート構造にしたゲート配線の導体板とグランド配線の導体板を有し、
前記ゲート配線の導体板と前記グランド配線の導体板の表面に絶縁手段を有し、
前記ラミネート構造にしたゲート配線の導体板とグランド配線の導体板に、電子部品を有すること、
を特徴とした電力変換装置。
【請求項３】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記ゲート駆動回路は、電子部品を搭載した第2の基板を有し、
前記第1の基板と前記第２の基板との間に、絶縁手段を介して、ラミネート構造にした前記ゲート配線の導体板と前記グランド配線の導体板とを有し、
前記ゲート配線の導体板と前記グランド配線の導体板の表面に絶縁手段を有すること
を特徴とした電力変換装置。
を特徴とした電力変換装置。
【請求項４】
請求項2または請求項3に記載の電力変換装置において、
前記電子部品は、抵抗あるいはコンデンサあるいはツェナーダイオードであること
を特徴とした電力変換装置。
【請求項５】
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の電力変換装置において、
前記ゲート配線の導体板及び前記グランド配線の導体板の配線幅が3mm以上であること
を特徴した電力変換装置。
【請求項６】
高圧の主端子とグランド主端子と駆動用のゲート制御端子とグランド制御端子と高圧の検出端子を有するパワーモジュールと、
電源端子とグランド端子を有するコンデンサと、
前記パワーモジュールの主端子と前記コンデンサの端子を接続する主回路配線と、
前記パワーモジュールを駆動するゲート駆動回路と、
を有する電力変換装置において、
前記ゲート駆動回路が、信号入力部と電源入力部とロジック部と保護回路部とゲート駆動部を搭載する第１の基板を有し、
前記第１の基板と、前記ゲート制御端子と前記グランド制御端子と前記高圧の検出端子との間の各々に、絶縁手段を介して、ラミネート構造にしたゲート配線の導体板とグランド配線の導体板と高圧の検出配線の導体板を有し、
前記ラミネート構造にした導体板の表面に絶縁手段を有すること
を特徴とした電力変換装置。
【請求項７】
請求項6に記載の電力変換装置において、
前記第１の基板と、前記ゲート制御端子と前記グランド制御端子と前記高圧の検出端子との間の各々に、絶縁手段を介して、ラミネート構造にしたゲート配線の導体板とグランド配線の導体板と高圧の検出配線の導体板を有し、
前記ラミネート構造にした導体板に電子部品を搭載すること
を特徴とした電力変換装置。
【請求項８】
請求項6に記載の電力変換装置において、
前記ゲート駆動回路は、電子部品を搭載した第２の基板を有し、
前記第1の基板と第2の基板との間に、絶縁手段を介して、ラミネート構造にしたゲート配線の導体板とグランド配線の導体板と高圧の検出配線の導体板を有し、
ラミネート構造にした導体板の表面に絶縁手段を有すること
を特徴とした電力変換装置。
【請求項９】
請求項7または請求項8に記載の電力変換装置において、
前記電子部品は、抵抗、コンデンサ、ツェナーダイオードのいずれかであること
を特徴とした電力変換装置。
【請求項１０】
請求項6あるいは請求項９に記載の電力変換装置において、
前記ゲート配線の導体板と前記グランド配線の導体板の配線幅が3mm以上であること
を特徴した電力変換装置。
【請求項１１】
請求項6に記載の電力変換装置において、
前記ゲート駆動回路は、パワーデバイスのゲート抵抗と、入力コンデンサと、ツェナーダイオードと、高圧ダイオードと、出力バッファー回路とを搭載した第2の基板を有し、
絶縁手段を介して、ラミネート構造とした前記ゲート配線の導体板と、前記グランド配線の導体板と、前記高圧の検出配線の導体板と、更に1種類以上の制御用電源配線の導体板とを有し、各々の前記導体板の表面に絶縁手段を有すること
を特徴とした電力変換装置。
【請求項１２】
請求項1あるいは請求項2あるいは請求項3あるいは請求項6あるいは請求項7あるいは請求項8に記載の電力変換装置において、
複数相の前記導体板を一体化することを特徴とした電力変換装置。
【請求項１３】
請求項1あるいは請求項2あるいは請求項3に記載の電力変換装置において、
前記ゲート駆動回路が、前記第1の基板と、前記ゲート制御端子及び前記グランド制御端子との間にプリント基板を有し、
前記プリント基板を絶縁処理したこと
配線基板を有することを特徴とした電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載のパワーモジュールは、ＳｉＣダイオードあるいはＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴとを備えたこと
を特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の電力変換装置を搭載したことを特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置、およびそれを搭載した鉄道車両に関し、特に高電圧・大電流電力変換装置のパワーモジュールを駆動するゲート駆動回路の実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力を交流電力に変換するインバータや、交流電力を直流電力に変換するコンバータでは、ＩＧＢＴなどのパワーモジュールが広く使用されている。このパワーモジュールは、変換器の制御論理部に搭載されているマイコンなどからのＰＷＭ信号により、ゲート駆動回路を介して、オン、オフ信号により駆動される。このゲート駆動回路からパワーモジュールに信号を送る手段がゲート配線である。
【０００３】
このゲートの配線方式は、特開平６−４５５１８号公報（特許文献１）に記載されているように、パワーデバイスを下の階層に配置し、その上に制御基板を配置する２階建ての構造にして、ゲート配線をピン構造で繋ぐ方式がある。この方式は、１２００Ｖ以下の耐圧を有するパワーモジュールを用いる場合は、パワーモジュールの主端子は、パワーモジュールの端部に設けられているため構成し易い。
【０００４】
一方、鉄道用電力変換装置や鉄鋼用電力変換装置や風力用電力変換装置では、１．７ｋＶ以上の耐圧を有するパワーモジュールを用いている。１．７ｋＶ以上の耐圧を有するパワーモジュールでは、パワーモジュールの主端子は、端子間や放熱板の金属からの空間絶縁距離や縁面絶縁距離を確保するために、パワーモジュールの上面に均等な距離にて配置されている。このため、ゲート制御端子やグランド制御端子や高圧の検出端子は、モジュールの比較的端部の小さい領域に配置されている。一方で、パワーモジュールを駆動するゲート駆動回路は、信号入力部や電源入力部やロジック部や保護回路部やゲート抵抗などを搭載しているため、ゲート駆動回路の規模は大きく、モジュールの上部に配置することは難しい。
【０００５】
また、インバータを小型化するためには、３相分のパワーモジュールは近接配置するため、ゲート駆動回路は、パワーモジュールより離れた場所に配置している。このパワーモジュールを駆動するための配線方式としては、特開２００７−１８５０２６号公報（特許文献２）に記載されているように、絶縁被膜を有する配線を用いる方式がある。高圧用に絶縁被膜された配線を用いることによって、端子間やバスバーや放熱板からの絶縁信頼性を確保している。
【０００６】
また、パワーモジュールを駆動するための配線方式としては、特開昭６１−２２７６６１号公報（特許文献３）に記載されているように、ゲート側とカソード側の配線に導体基板を用い、導体基板間に、絶縁物を介して接続する方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−４５５１８号
【特許文献２】特開２００７−１８５０２６号
【特許文献３】特開昭６１−２２７６６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
鉄道用電力変換装置や、鉄鋼用電力変換装置や、風力用電力変換装置では、前記記載のように、１．７ｋＶ以上の耐圧を有するパワーモジュールを用いている。また、インバータの小型化を実現するため、パワーモジュールは近接配置し、特許文献２に記載のように、高圧用に絶縁被膜されたゲート配線を用いてきた。しかしながら、ゲート配線が長い場合、ゲートの配線インダクタンスが大きくなり、ゲートに所定電圧以上の過電圧を発生したり、主回路配線に流れる電流による電界の影響を受けたりする可能性がある。そのため、ゲートとエミッタを寄り線にすることで、インダクタンスを低減していたが、組立の工数が増加するという問題があった。
【０００９】
また、特許文献３に記載のゲート配線方式では、ゲート側とカソード側の配線に導体基板を用い、導体基板間に、絶縁物を介して接続する方式が提案されている。この方式では、ゲート配線のインダクタンスの低減や、組立工数の低減には有効であるが、ゲート側の導体基板やカソード側の導体基板と、パワーモジュールの主端子や放熱板の金属との空間絶縁距離や縁面絶縁距離を確保することが困難である。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて提案したもので、組立性に優れ、絶縁性を確保し、耐ノイズ性に優れたパワーモジュールを駆動するゲート駆動回路・配線構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明では、高圧の主端子とグランド主端子と駆動用のゲート制御端子とグランド制御端子とを備えるパワーモジュールと、電源端子とグランド端子を有するコンデンサと、パワーモジュールの主端子とコンデンサの端子を接続する主回路配線と、パワーモジュールを駆動するゲート駆動回路と、を有する電力変換装置において、ゲート駆動回路は、信号入力部と電源入力部とロジック部と保護回路部とゲート駆動部を搭載した第１の基板を有し、第１の基板と、ゲート制御端子とグランド端子間に、絶縁手段を介して、ラミネート構造にしたゲート配線の導体板とグランド配線の導体板を有し、ゲート配線の導体板とグランド配線の導体板の表面に絶縁手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、組立性に優れ、絶縁性を確保し、耐ノイズ性に優れたパワーモジュールを駆動するゲート駆動回路・配線構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第1の実施例であるインバータ装置を横から見た構造図である。
【図２】第1の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図（1相分）である。
【図３】従来の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図（1相分）である。
【図４】第1の実施例である絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板の断面図（制御端子部付近）である。
【図５】第1の実施例である絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板の断面図（第１の制御基板付近）である。
【図６】第1の実施例である絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板とパワーモジュールの制御端子との接続部の断面図である。
【図７】第2の実施例である絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板とパワーモジュールの制御端子との接続部の断面図である。
【図８】第3の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図（3相一体）である。
【図９】第4の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図（3相一体）である。
【図１０】第5の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図である。
【図１１】第5の実施例である絶縁シートを介してラミネート構造にした配線基板の断面図である。
【図１２】第6の実施例であるインバータ装置を横から見た構造図である。
【図１３】第6の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図（1相分）である。
【図１４】本発明第6の実施例ある絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板の斜視図
【図１５】第7の実施例であるインバータ装置を横から見た構造図である。
【図１６】第7の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図（1相分）である。
【図１７】第8の実施例であるインバータ装置を横から見た構造図である。
【図１８】第8の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図（1相分）である。
【図１９】第8の実施例であるラミネート構造の導体板の断面図である。
【図２０】第9の実施例であるラミネート構造の導体板の断面図である。
【図２１】第10の実施例であるラミネート構造の導体板の断面図である。
【図２２】第11の実施例であるインバータ装置を横から見た構造図である。
【図２３】第11の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面からみた構造図（1相分）である。
【図２４】第12の実施例であるラミネート構造の導体板の断面図である。
【図２５】第13の実施例であるプリント基板を用いた配線基板である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図1は、本発明第1の実施例であるインバータ装置を横から見た構造図である。図2は、本発明第1の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図である。3相分あるインバータのうち、1相分の構造図を示している。
【００１６】
図3には、従来方式のゲート配線とグランド配線の実装方式を示す。従来方式では、ゲート配線とグランド配線は、高電圧用にシールドされたゲート配線16と、高電圧用にシールドされたグランド配線17を用いてきた。この方式では、ゲートとエミッタを寄り線にすることで、インダクタンスを低減していたが、組立の工数が増加するという問題があった。
【００１７】
本発明の第1の実施例では、パワーモジュール21は、冷却器36に実装している。パワーモジュール21の中央上部には、高圧の主端子22と、グランドの主端子23を具備している。パワーモジュール21に近接して、コンデンサ31が配置され、コンデンサ31には、電源端子32とコンデンサのグランド端子33を具備している。スイッチング時の跳ね上がり電圧を低減するため、コンデンサ31の端子から、パワーモジュールの主端子までのインダクタンスを低減するように、コンデンサの電源端子32からパワーモジュールの高圧の主端子22を繋ぐ電源の主回路配線37と、コンデンサのグランド端子33からパワーモジュールのグランド端子23を繋ぐグランドの主回路配線38はできるだけ短くし、それぞれの配線を近接配置している。
【００１８】
本発明の第1の実施例では、信号入力部と電源入力部とロジック部と保護回路部とゲート駆動部を搭載した第1の制御基板11と、パワーモジュールのゲート制御端子24とパワーモジュールのグランド制御端子25と間に、絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13を配置している。本発明により、ゲート配線とグランド配線をラミネート構造にした導体板を用いることで、組立工数を大幅に低減することが可能になった。
【００１９】
図4には、本発明第1の実施例である絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13の断面図（制御端子部付近）を示す。ゲート配線41とグランド配線42は、絶縁シート44を介して挟む構造としている。また、ゲート配線41とグランド配線42の外側にも、絶縁シート44で挟む構成としている。この絶線シート44は、絶縁抵抗が100MΩ以上の特性が望ましく、PETフィルム複合基材、ノーメックスシートを用いれば0.5mm以下の厚さで良好な絶縁特性を得ることができる。また、ゲート配線41とグランド配線42を、絶縁シート44を介してラミネートすることで、ゲート回路の配線インダクタンスを大幅に低減し、主回路配線に流れる電流による電界の影響を少なくできる。本発明により、組立工数を大幅に低減すると共に、絶縁性を確保し、かつ耐ノイズ性に優れた、パワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【００２０】
図5には、本発明第1の実施例である絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13の断面図（第1の制御基板付近）を示す。第1の制御基板付近では、上アームのゲート配線とグランド配線と、下アームのゲート配線とグランド配線が混在する。第1の実施例では、上アームのゲート配線41とグランド配線42を絶縁シート44を介してラミネートし、下アームのゲート配線41とグランド配線42を絶縁シート44を介してラミネートし、上アームと下アームは規定の絶縁距離を確保している。
【００２１】
図6には、本発明第1の実施例である絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13とパワーモジュールのゲート制御端子24とパワーモジュールのグランド制御端子25との接続部の断面図を示す。絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13は、パワーモジュールのゲート制御端子24とパワーモジュールのグランド制御端子25の近くの部分までラミネートの構造としている。ゲート制御端子24の部分のグランド配線42を除去し、グランド制御端子25の部分のゲート配線41を除去し、ゲート制御端子24とゲート配線41、グランド制御端子25とグランド配線42をねじ51にて接続している。このような構造を採用することで、ゲート回路の配線インダクタンスを大幅に低減するとともに、接続部の絶縁の信頼性を充分に確保することが可能になった。
【００２２】
なお、本発明において、パワーモジュールを構成するパワーデバイスとしてＩＧＢＴだけでなくＭＯＳＦＥＴを採用しても効果は得られる。さらに、ＳｉＣ（炭化ケイ素）ダイオード、ＳｉＣＭＯＳトランジスタを用いれば、更に小型化を実現することが可能となる。また、本発明での絶縁シートとは、絶縁できる手段であればよく、シート状に限定するものではない。なお、本発明における「高圧」とは、１２００Ｖ以上、特に１．７ｋＶ以上の耐圧を有するものであれば効果が高まる。
【実施例２】
【００２３】
図7には、本発明第2の実施例ある絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13とパワーモジュールのゲート制御端子24とパワーモジュールのグランド制御端子25との接続部の断面図を示す。本発明第1の実施例と同じものには、同一の記号を記載している。
【００２４】
絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13は、パワーモジュールのゲート制御端子24とパワーモジュールのグランド制御端子25の近くの部分までラミネートの構造としている。ゲート制御端子24の部分のみグランド配線42を除去し、グランド制御端子25の部分のみゲート配線41を除去している。また、ゲート制御端子24とゲート配線42の接続には、ボス52を用いて高さを調整し、ゲート制御端子24とゲート配線41、グランド制御端子25とグランド配線42をねじ51にて接続している。このような構造を採用することで、ゲート回路の配線インダクタンスを大幅に低減するとともに、接続部の絶縁の信頼性を充分に確保することが可能になった。
【実施例３】
【００２５】
図8は、本発明第3の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図である。本発明第1実施例と同じものには、同一の記号を記載している。
【００２６】
第1の実施例では、1相分の構造図を示しているが、本発明第3の実施例では、3相分の構造図を示している。3相分一体で、絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13を用いることによって、部品点数を少なくし、組立工程を削減することが可能になった。本発明により、組立工数を大幅に低減すると共に、絶縁性を確保し、かつ耐ノイズ性に優れた、パワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【実施例４】
【００２７】
図9は、本発明第4の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図である。本発明第1実施例と同じものには、同一の記号を記載している。
【００２８】
本発明第4の実施例では、3相分のモジュールを近接配置した場合を示している。絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13のゲート制御端子24、グランド制御端子25から、第1の制御基板11への配線は、3相分のモジュール21の外側に配置している。この方式を採用することで、モジュールを実装する冷却器36を最小化できる。また、モジュールの外側の配線部は、モジュール21の外側の部分で、90°程度折り曲げることも可能であり、この方式を採用することで、インバータを小型化することができる。本発明により、組立工数を大幅に低減すると共に、絶縁性を確保し、かつ耐ノイズ性に優れた、パワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【実施例５】
【００２９】
図10は、本発明第5の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図である。本発明第1実施例と同じものには、同一の記号を記載している。
【００３０】
本発明第5の実施例では、絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13に、コンデンサ53を実装している。このコンデンサ53は、パワーモジュール21に搭載されているIGBTのスイッチング速度を調整したり、IGBTの誤動作を防止したりするために、付加されている。
【００３１】
図11には、本発明第5の実施例である絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13の断面図を示す。コンデンサ53の正極は、ゲート制御端子24の部分のみグランド配線42を除去し、コンデンサ53の負極は、グランド制御端子25の部分のみゲート配線41を除去している。本発明により、組立工数を大幅に低減すると共に、絶縁性を確保し、かつ耐ノイズ性に優れた、パワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【実施例６】
【００３２】
図12は、本発明第6の実施例であるインバータ装置を横から見た構造図である。図13は、本発明第6の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図である。3相分あるインバータのうち、1相分の構造図を示している。
【００３３】
本発明第1の実施例と同じものには、同一の記号を記載している。第1の実施例と異なるのは、絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13が、パワーモジュールの高圧の主端子22、パワーモジュールのグランドの主端子23よりも上面に配置している。絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13を、パワーモジュールの高圧の主端子22、パワーモジュールのグランドの主端子23よりも上面に配置することで、ゲート制御端子24やグランド制御端子25から、第1の制御基板11への配線をより短くすることができる。
【００３４】
図14には、本発明第5の実施例ある絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13の斜視図を示す。絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13を、ゲート制御端子24とグランド制御端子25に接続するため、ゲート配線41とグランド配線42の導体板を曲げ加工している。このような加工を施した絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13を使用し、パワーモジュールの高圧の主端子22、パワーモジュールのグランドの主端子23よりも上面に配置することで、ゲート制御端子24やグランド制御端子25から、第1の制御基板11への配線を最短にすることができる。本発明により、組立工数を大幅に低減すると共に、絶縁性を確保し、かつ耐ノイズ性に優れた、パワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【実施例７】
【００３５】
図15は、本発明第7の実施例であるインバータ装置を横から見た構造図である。図16は、本発明第7の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図である。3相分あるインバータのうち、1相分の構造図を示している。
【００３６】
本発明第1の実施例と同じものには、同一の記号を記載している。本発明の第7の実施例では、パワーモジュールのゲート制御端子24と、パワーモジュールのグランド制御端子25には、第2の制御基板12を接続している。この制御基板には、ゲート抵抗とゲート制御端子とグランド制御端子間にコンデンサとツェナーダイオードを搭載している。また、第1の制御基板11には、信号入力部とロジック部と保護回路部を搭載している。
【００３７】
ゲート抵抗とコンデンサとツェナーダイオードをモジュールの近くに配置することで、パワーモジュール内のパワーデバイスのゲート電圧をさらに安定することが可能になり、組立工数を大幅に低減すると共に、絶縁性を確保し、耐ノイズ性に優れたパワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【実施例８】
【００３８】
図17は、本発明第8の実施例であるインバータ装置を横から見た構造図である。図18は、本発明第8の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図である。3相分あるインバータのうち、1相分の構造図を示している。本発明第1の実施例および第7の実施例と同じものには、同一の記号を記載している。
【００３９】
本実施例では、高圧の検出端子26を有している。
【００４０】
パワーモジュールのゲート制御端子24と、パワーモジュールのグランド制御端子25と、パワーモジュールの高圧の検出端子26には、第2の制御基板12を接続している。この制御基板には、ゲート抵抗とゲート制御端子とグランド制御端子間にコンデンサとツェナーダイオード、高圧の検出端子とグランド制御端子の間に高圧ダイオードと抵抗とコンデンサを搭載している。パワーモジュールの高圧の検出端子26の電圧は、高圧ダイオードと抵抗とコンデンサにより、パワーモジュールのグランド制御電源と同じ電位にしている。本発明の特徴は、パワーモジュールに接続した制御基板12と、信号入力部と電源入力部とロジック部と保護回路を搭載した制御基板11を接続する配線に、ゲート配線とグランド配線と高圧の検出配線をラミネート構造にした導体板を用いている。
【００４１】
図19には、本発明第8の実施例であるラミネート構造の導体板13の断面図を示す。高圧の検出配線43は、前述の通り、グランド制御電源と同じ電位にしているため、ゲート配線41と高圧の検出配線43は、隣接して配置している。この間は、数mm程度の距離で絶縁距離・縁面距離を確保できる。このゲート配線41と高圧の検出配線43は、絶縁シート44を介して、グランド配線42を挟む構造としている。また、ゲート配線41と高圧の検出配線43及びグランド配線42の外側にも、絶縁シート44で挟む構成としている。本発明により、組立工数を大幅に低減すると共に、絶縁性を確保し、耐ノイズ性に優れたパワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【実施例９】
【００４２】
図20には、本発明第9の実施例であるラミネート構造の導体板13の断面図を示す。第9の実施例が第8の実施例と異なるのは、第2の制御基板12から第1の制御基板11に、高圧の検出電圧を伝送する点である。高圧の検出配線43は、高圧の電位になっているため、ゲート配線41とグランド配線42を、隣接して配置している。この間は、数mm程度の距離で絶縁距離・縁面距離を確保できる。このゲート配線41とグランド配線42は、絶縁シート44を介して、高圧の検出配線43を挟む構造としている。また、ゲート配線41とグランド配線42及び高圧の検出配線43の外側にも、絶縁シート44で挟む構成としている。本発明により、組立工数を大幅に低減すると共に、絶縁性を確保し、耐ノイズ性に優れたパワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【実施例１０】
【００４３】
図21には、本発明第10の実施例であるラミネート構造の導体板13の断面図を示す。第10の実施例が第8の実施例と異なるのは、第1の制御基板11から第2の制御基板12に、第1の基板の制御電源を伝送する点である。制御電源は、+15Vから+20Vの間に設定されている。ゲート配線41と高圧の検出配線43は、隣接して配置している。この間は、数mm程度の距離で絶縁距離・縁面距離を確保できる。このゲート配線41と高圧の検出配線43は、絶縁シート44を介して、グランド配線42を挟む構造に加えて、絶縁シート44を介して、制御電源配線45を挟む構成としている。ゲート配線41、高圧の検出配線43を、グランド配線42と制御電源配線45により挟む構造としていることで、さらに耐ノイズ性に非常に優れたパワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【実施例１１】
【００４４】
図22は、本発明第11の実施例であるインバータ装置を横から見た構造図である。図23は、本発明第11の実施例であるインバータ装置のコンデンサとバスバーを取り除いた時の上面から見た構造図である。3相分あるインバータのうち、1相分の構造図を示している。本実施例では、2アーム分のIGBTを1つのモジュールに搭載する2in1型のパワーモジュール27を用いている。
【００４５】
2in1型のパワーモジュール27は、冷却器36に実装している。パワーモジュールの中央上部には、高圧の主端子22と、グランドの主端子23と、パワーモジュールの出力端子28を具備している。コンデンサの電源端子32からパワーモジュールの高圧の主端子22を繋ぐ電源の主回路配線37と、コンデンサのグランド端子33からパワーモジュールのグランド端子23を繋ぐグランドの主回路配線38はできるだけ短くし、それぞれの配線を近接配置している。
【００４６】
図5は、本発明第11の実施例である絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板13の断面図（第1の制御基板付近）も示すものである。図５での説明の通り、第1の制御基板付近では、上アームのゲート配線とグランド配線と、下アームのゲート配線とグランド配線が混在する。第11の実施例では、上アームのゲート配線41とグランド配線42を絶縁シート44を介してラミネートし、下アームのゲート配線41とグランド配線42を絶縁シート44を介してラミネートし、上アームと下アームは規定の絶縁距離を確保している。本発明により、組立工数を大幅に低減すると共に、絶縁性を確保し、耐ノイズ性に優れたパワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【実施例１２】
【００４７】
図24には、本発明第12の実施例であるラミネート構造の導体板13の断面図を示す。本発明第1の実施例と同じものには、同一の記号を記載している。下アーム用のIGBTのゲート配線41とグランド配線42を、それぞれ片側に近接して配置し、絶縁シート44を介して挟む構造にしている。本発明により、組立工数を大幅に低減すると共に、絶縁性を確保し、耐ノイズ性に優れたパワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【実施例１３】
【００４８】
図25は、本発明第の実施例であるプリント基板46を用いた場合の断面図を示す。プリント基板46を用いた場合、ゲート配線41とグランド配線42は、プリント基板46の上面と下面に配置している。プリント基板46には、絶縁コーティング47の処理を施している。本発明により、組立工数を大幅に低減すると共に、絶縁性を確保し、耐ノイズ性に優れた、パワーモジュールを駆動するゲート駆動回路を構築することができた。
【符号の説明】
【００４９】
11：第1の制御基板
12：第2の制御基板
13：絶縁シートを介してラミネート構造にした配線導体板
16：高電圧用にシールドされたゲート配線
17：高電圧用にシールドされたグランド配線
21：パワーモジュール
22：パワーモジュールの高圧の主端子
23：パワーモジュールのグランドの主端子
24：パワーモジュールのゲート制御端子
25：パワーモジュールのグランド制御端子
26：パワーモジュールの高圧の検出端子
27：2in1型のパワーモジュール
28：パワーモジュールの出力端子
31：コンデンサ
32：コンデンサの電源端子
33：コンデンサのグランド端子
36：冷却器
37：主回路配線（電源）
38：主回路配線（グランド）
39：主回路配線（出力）
41：ゲート配線
42：グランド配線
43:高圧の検出配線
44:絶縁シート
45：制御電源配線
46：プリント基板
47：絶縁コーティング
51：ねじ
52：ボス
53:コンデンサ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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