(57)【要約】【課題】電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、半導体スイッチング素子が搭載された主回路基板から放射される電磁波を低減する。【解決手段】制御回路基板２０２は主回路基板１０１上に主回路基板１０１と対向するように配置するとともに、主回路基板１０１と制御回路基板２０２との間の空間が側方から取り囲まれるように金属板５０３〜５０６を配置し、主回路基板１０１に搭載されたスイッチング部１０４を電磁シールドするシールド空間をグランド層５０７ａ、５０７ｂとともに構成する。【選択図】      図１
2008125283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング回路が搭載され、第１グランド層が一面に形成された主回路基板と、
前記スイッチング回路のスイッチング制御を行う制御回路が搭載され、前記主回路基板上に前記主回路基板と対向するように配置されるとともに、第２グランド層が一面に形成された制御回路基板と、
前記主回路基板と前記制御回路基板との間の空間を囲むように配置され、前記スイッチング回路を電磁シールドするシールド空間を前記第１および第２グランド層とともに構成する導体板または導電性シートとを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御回路基板に搭載された制御回路が前記シールド空間の外に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置に関し、特に、電力変換装置の電磁波放射対策に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
商用交流電源などから得られた入力電力を半導体スイッチング素子にて所定の周波数の電力に変換して出力するために、インバータなどの電力変換装置が用いられている。
図４は、従来の電力変換装置の外観構成を示す斜視図である。
図４において、電力変換装置には、スイッチング回路を構成する主回路基板９０１と制御回路を構成する制御回路基板９０２とが設けられ、主回路基板９０１には、半導体スイッチング素子などのスイッチング動作を司る電子部品９０４が搭載され、制御回路基板９０２には、スイッチング動作の制御を司る電子部品９０４が搭載されている。
【０００３】
そして、電力変換装置では、電力変換装置の小型化の要請に答えるために、制御回路基板９０２が主回路基板９０１上に近接して配置されることが一般的に行われている。
また、例えば、特許文献１には、主回路基板９０１から放射される電磁波を遮断するために、主回路基板９０１と制御回路基板９０２との間に金属シャーシを配置して主回路基板９０１と制御回路基板９０２とを空間的に分離する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平８−２１４５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図４の電力変換装置では、半導体スイッチング素子などのスイッチング動作が行われると、主回路基板９０１からは電磁波が放射され、外部に漏れ出す電磁波が製品のＥＭＩ規格を満たすことができないという問題があった。
また、制御回路基板９０２が主回路基板９０１上に近接して配置されると、主回路基板９０１から制御回路基板９０２に到達する電磁波の強度が強くなり、制御回路基板９０２に搭載された制御回路が誤動作を起こしやすくなるという問題があった。
【０００５】
また、特許文献１に開示された方法では、主回路基板９０１から放射される電磁波を遮断するために、電力変換装置全体を金属筐体などで覆う必要があり、コストアップを招くとともに、電力変換装置が大型化するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、半導体スイッチング素子が搭載された主回路基板から放射される電磁波を低減することが可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の電力変換装置によれば、スイッチング回路が搭載され、第１グランド層が一面に形成された主回路基板と、前記スイッチング回路のスイッチング制御を行う制御回路が搭載され、前記主回路基板上に前記主回路基板と対向するように配置されるとともに、第２グランド層が一面に形成された制御回路基板と、前記主回路基板と前記制御回路基板との間の空間を囲むように配置され、前記スイッチング回路を電磁シールドするシールド空間を前記第１および第２グランド層とともに構成する導体板または導電性シートとを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、主回路基板と制御回路基板との間の空間を導体板または導電性シートで囲むことで、主回路基板に搭載されたスイッチング回路をシールド空間内に閉じ込めることができ、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、半導体スイッチング素子が搭載された主回路基板から放射される電磁波を低減することが可能となる。
また、請求項２記載の電力変換装置によれば、前記制御回路基板に搭載された制御回路が前記シールド空間の外に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
これにより、主回路基板に搭載されたスイッチング回路をシールド空間内に閉じ込めた上で、制御回路基板に搭載された制御回路をシールド空間外に配置することができ、制御回路基板が主回路基板上に近接して配置された場合においても、主回路基板から制御回路基板に到達する電磁波の強度を弱くすることが可能となることから、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、制御回路基板に搭載された制御回路の誤動作を防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、第１および第２グランド層をシールド層として利用しつつ、主回路基板に搭載されたスイッチング回路をシールド空間内に閉じ込めることができ、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、半導体スイッチング素子が搭載された主回路基板から放射される電磁波を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、電力変換装置には、スイッチング回路を構成する主回路基板１０１と制御回路を構成する制御回路基板１０２とが設けられ、主回路基板１０１および制御回路基板１０２は筐体４０１内に収容されている。
【００１１】
ここで、主回路基板１０１には、電源供給線１０２を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換する整流部１０３および整流部１０３にて得られた直流電圧をスイッチング動作によって所定の周波数の電圧に変換し、電圧出力線１０５を介して出力するスイッチング部１０４が設けられている。なお、スイッチング部１０４に設けられるスイッチング素子としては、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の他、パワーＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタなどを用いるようにしてもよい。
【００１２】
また、制御回路基板２０２には、メモリ部２０３に格納されたプログラムに従ってスイッチング動作の制御を行うための演算処理を行うＣＰＵ部２０２、ＣＰＵ部２０２を動作させるプログラムを記憶するメモリ部２０３およびオン／オフ制御や周波数制御を行う信号を通信信号線３０２を介してスイッチング部１０４に出力する通信制御部２０４が設けられている。なお、ＣＰＵ部２０２、メモリ部２０３および通信制御部２０４の電源は電源線３０１を介して整流部１０３から供給することができる。
【００１３】
そして、電源供給線１０２を介して交流電圧が整流部１０３に入力されると、その交流電圧が整流部１０３にて直流電圧に変換され、スイッチング部１０４に送られるとともに、その交流電圧が整流部１０３にて整流および変圧され、電源線３０１を介してＣＰＵ部２０２、メモリ部２０３および通信制御部２０４に電源電圧として供給される。
そして、ＣＰＵ部２０２は、メモリ部２０３に格納されたプログラムに従ってスイッチング動作の制御を行うための演算処理を行い、通信制御部２０４を介してオン／オフ制御や周波数制御を行う信号を送出することにより、スイッチング部１０４のスイッチング制御を行う。そして、スイッチング部１０４は、ＣＰＵ部２０２からの制御に従ってスイッチング動作を行うことにより、整流部１０３にて得られた直流電圧を所定の周波数の電圧に変換し、電圧出力線１０５を介して出力する。
【００１４】
図２は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の外観構成を示す斜視図である。
図２において、主回路基板１０１にはグランド層５０７ｂが一面に形成され、図１の整流部１０３およびスイッチング部１０４を構成する電子部品が搭載されている。また、制御回路基板２０２にはグランド層５０７ａが一面に形成され、図１のＣＰＵ部２０２、メモリ部２０３および通信制御部２０４を構成する電子部品５０８が搭載されている。そして、制御回路基板２０２は、主回路基板１０１上に主回路基板１０１と対向するように配置されている。なお、主回路基板１０１には、スイッチング部１０４で発生した熱を放熱するための放熱フィンを設けるようにしてもよい。
【００１５】
ここで、制御回路基板２０２および主回路基板１０１の一面にグランド層５０７ａ、５０７ｂをそれぞれ形成する方法としては、制御回路基板２０２および主回路基板１０１内にグランド層５０７ａ、５０７ｂをそれぞれ内層するようにしてもよく、制御回路基板２０２および主回路基板１０１の表面または裏面にグランド層５０７ａ、５０７ｂを形成するようにしてもよい。
【００１６】
そして、電力変換装置には、主回路基板１０１と制御回路基板２０２との間の空間が側方から取り囲まれるように金属板５０３〜５０６が配置され、主回路基板１０１に搭載されたスイッチング部１０４を電磁シールドするシールド空間がグランド層５０７ａ、５０７ｂとともに構成されている。
これにより、グランド層５０７ａ、５０７ｂをシールド層として利用しつつ、主回路基板１０１に搭載されたスイッチング部１０４をシールド空間内に閉じ込めることができ、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、スイッチング部１０４が搭載された主回路基板１０１から放射される電磁波を低減することが可能となる。
【００１７】
なお、制御回路基板２０２に実装される電子部品５０８のうち、主回路基板１０１から放射される電磁波によって誤動作を引き起こしやすいものについては、金属板５０３〜５０６およびグランド層５０７ａ、５０７ｂにて構成されるシールド空間外に配置されるように、制御回路基板２０２に実装するようにしてもよい。
これにより、主回路基板１０１に搭載されたスイッチング部１０４をシールド空間内に閉じ込めた上で、制御回路基板２０１に搭載されたＣＰＵ部２０２やメモリ部２０３などをシールド空間外に配置することができ、制御回路基板２０１が主回路基板１０１上に近接して配置された場合においても、主回路基板１０１から制御回路基板２０１に到達する電磁波の強度を弱くすることが可能となることから、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、制御回路基板２０１に搭載されたＣＰＵ部２０２やメモリ部２０３などの誤動作を防止することができる。
【００１８】
なお、金属板５０３〜５０６およびグランド層５０７ａ、５０７ｂにて構成されるシールド空間のシールド効果を高めるために、金属板５０３〜５０６とグランド層５０７ａ、５０７ｂとを電気的に接続して金属板５０３〜５０６とグランド層５０７ａ、５０７ｂとを等電位に保つようにしてもよいし、金属板５０３〜５０６と放熱フィンとを電気的に接続して金属板５０３〜５０６と放熱フィンとを等電位に保つようにしてもよい。
【００１９】
また、図２の実施形態では、主回路基板１０１に搭載された電子部品全体を金属板５０３〜５０６にて取り囲む方法について説明したが、主回路基板１０１に搭載された電子部品のうち電磁波を放射する電子部品のみを金属板５０３〜５０６にて取り囲むようにしてもよい。
また、図２の実施形態では、主回路基板１０１に搭載されたスイッチング部１０４をシールドするために、主回路基板１０１と制御回路基板２０１との間の空間が囲まれるように金属板５０３〜５０６を配置する方法について説明したが、金属板５０３〜５０６の代わりに導電性シートを用いるようにしてもよい。
【００２０】
図３は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の外観構成を示す斜視図である。
図３において、この電力変換装置には、図２の金属板５０３〜５０６の代わりに、穴６０９が散点状に配置された金属板６０３〜６０６が設けられている。そして、主回路基板１０１に搭載されたスイッチング部１０４を電磁シールドするシールド空間がグランド層５０７ａ、５０７ｂとともに金属板６０３〜６０６にて構成されている。なお、金属板６０３〜６０６に形成された穴６０９の径は、スイッチング部１０４から放射される電磁波が外部に漏れ出さないように設定することができる。
【００２１】
これにより、グランド層５０７ａ、５０７ｂをシールド層として利用しつつ、主回路基板１０１に搭載されたスイッチング部１０４をシールド空間内に閉じ込めることができ、電力変換装置の高価格化および大型化を抑制しつつ、スイッチング部１０４が搭載された主回路基板１０１から放射される電磁波を低減することが可能となるとともに、シールド空間と外部との通気性を確保することが可能となり、主回路基板１０１に搭載されたスイッチング素子の温度上昇を抑えることができる。
なお、図３の実施形態では、シールド空間と外部との通気性を確保するために、金属板６０３〜６０６に穴６０９を設ける方法について説明したが、穴６０９を設ける代わりにメッシュ構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の外観構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の外観構成を示す斜視図である。
【図４】従来の電力変換装置の外観構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０１、５０１、６０１  主回路基板
１０２  電源供給線
１０３  整流部
１０４  スイッチング部
１０５  電圧出力線
２０１、５０２、６０２  制御回路基板
２０２  ＣＰＵ部
２０３  メモリ部
２０４  通信制御部
３０１  電源線
３０２  通信信号線
４０１  筐体
５０３〜５０６、６０３〜６０６  金属板
５０７ａ、５０７ｂ、６０７ａ、６０７ｂ  グランド層
５０８、６０８  電子部品
６０９  穴
【図１】
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【図２】
2008125283.tif 000004
【図３】
2008125283.tif 000005
【図４】
2008125283.tif 000006