(57)【要約】【課題】  一つのバッテリから、異なる電力機器に出力する複数のパワーモジュール回路部に対して並列に給電する構成のパワーモジュールにおいて、回路部間に内部内部電源ラインとしてＰＮバスバーを通し、このＰＮバスバーの一側端に設けた外部接続の高電圧入力接続用ＰＮ端子に対して、他側のサージ電圧が大きくなるという不具合があった。【解決手段】  パワーモジュール１０に具備される回路部１１ａ・１１ｂのうち少なくとも一つにおいて、電力入力部から最も離れた位置に配設されたスイッチング素子と並列にスナバ回路２９を設けた。すなわち、内部電源ラインとしてのＰＮバスバー２４の一側端に電力入力用端子２５を設け、他側端にスナバ回路接続用端子２６を設け、該スナバ回路２９としてパワーモジュール１０のパッケージ３０に内装したスナバコンデンサ１７を具備した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリから並列に給電されて異なる電力機器に出力する複数の回路部を備え、これらの回路部に一の内部電源ラインより電力を供給し、該回路部のスイッチング素子と並列に接続されるスナバ回路を備えるパワーモジュールであって、
複数の回路部のうち少なくとも一つの回路部において、
スナバ回路を、電力入力部から最も離れた位置に配置したことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
前記内部電源ラインの一側にバッテリからの電力入力用接続端子を設け、他側にスナバ回路用接続端子を設け、該スナバ回路用接続端子にスナバ回路を接続する、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記スナバ回路に、スナバコンデンサを備え、該スナバコンデンサを、パワーモジュールのパッケージ内に配設する、請求項１又は請求項２に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軽量化、小型化及び低コスト化等のために、複数のパワーモジュールを一つのパワーモジュールとして一つのケース内に統合したもの（以下、統合パワーモジュールと示す）が提案されている。例えば、特許文献１に記載の技術では、第一回路としての電気自動車用の走行モータ駆動用のＤＣ−ＡＣインバータモジュールと、第二回路としての電気自動車用の補機バッテリ充電用のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールとが、一つの統合パワーモジュールとして構成されたものが提案されている。
【０００３】
図７は従来の統合パワーモジュールの概略構成を示す図である。
上記統合パワーモジュール１０Ａでは、第一回路からなるパワーモジュール１１と、第二回路からなるパワーモジュール１２との一体化が行われている。
この統合パワーモジュール１０Ａでは、第一回路と第二回路とに高圧電力を供給するための内部電源ラインとしてのＰＮバスバー２４を共用している。該ＰＮバスバー２４は、第一回路と第二回路からなる各パワーモジュール１１・１２の間（統合パワーモジュール１０Ａの中央）に配設されて、外部接続の高圧電力入力用ＰＮ入力端子２６を統合パワーモジュール１０Ａの端に一カ所設定している。これにより、統合パワーモジュール１０Ａの小型化と上部空間の有効利用が図られている。
【０００４】
一方、一般的に、絶縁ゲート型バイボーラトランジスタ（以下に「ＩＧＢＴ」と示す）等の電力用半導体スイッチング素子には、当該スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦされる際に発生するサージ電圧を吸収するために、スナバ回路が設けられている。
また、特許文献２に記載の技術では、上述のような目的のために設けられるスナバ回路を、パワーモジュールのパッケージの内部に格納して、耐環境性及びスナバ回路の応答性の向上や、小型化が図られている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１２１６９０号公報
【特許文献２】特開２００２−９５２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のような統合パワーモジュールにおいて、第一回路と第二回路とに、共通のＰＮバスバーにて電気を供給しているわけであるが、該ＰＮバスバーの高圧入力接続用ＰＮ端子を接続している側の相と比較して、高圧入力接続用ＰＮ端子より遠い側の相では大きなサージ電圧が発生するため、該サージ電圧を考慮して出力電流を抑える必要がある。これにより、統合パワーモジュールの性能が制約され、損失による車両燃費の低下が発生するという不具合がある。そして、この不具合による影響は、パワーモジュールの高電圧・高出力化に伴い増大している。
【０００７】
また、統合パワーモジュールの内部電源ラインとして設けられるＰＮバスバーは、図７に示す構造において、上下に重なった状態で併走させることでインダクタンスを抑制する構造としているが、絶縁距離の確保のためにＰ側バスバーとＮ側バスバーの各バスバーを一定距離離間させる必要がある。このため、高圧入力接続用ＰＮ端子を接続している側の相と比較して、高圧入力接続用ＰＮ端子から遠い相では、ＰＮバスバーのインダクタンスの影響が大きくなる。
そして、パワーモジュールの高電圧・高出力化に伴い、より大きな、Ｐ側バスバーとＮ側バスバーの絶縁距離が必要となり、これに伴ってインダクタンスが増加するため、損失の影響が増大している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、バッテリから並列に給電されて異なる電力機器に出力する複数の回路部を備え、これらの回路部に一の内部電源ラインより電力を供給し、該回路部のスイッチング素子と並列に接続されるスナバ回路を備えるパワーモジュールであって、複数の回路部のうち少なくとも一つの回路部において、スナバ回路を、電力入力部から最も離れた位置に配置したものである。
【００１０】
請求項２においては、前記内部電源ラインの一側にバッテリからの電力入力用接続端子を設け、他側にスナバ回路用接続端子を設け、該スナバ回路用接続端子にスナバ回路を接続するものである。
【００１１】
請求項３においては、前記スナバ回路に、スナバコンデンサを備え、該スナバコンデンサを、パワーモジュールのパッケージ内に配設するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
請求項１においては、内部電源ラインのインダクタンスに起因するサージ電圧を吸収・抑制することができ、素子の性能を効果的に活用することができる。
【００１４】
請求項２においては、内部電源ラインのインダクタンスに起因するサージ電圧を吸収・抑制することができ、素子の性能を効果的に活用することができる。
【００１５】
請求項３においては、スナバコンデンサをパッケージを構成する部材と一体化することで、コストの削減及び小型化を図るとともに、スナバコンデンサを統合パワーモジュールアッシとして単体で最大出力動作を可能として、サージによる制約を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る統合パワーモジュールの回路図、図２は統合パワーモジュールの概略構成を示す平面図、図３は統合パワーモジュールの概略構成を示す側面図である。図４は統合パワーモジュールの概略構成を示す斜視図である。図５は統合パワーモジュールの概略構成の別形態を示す斜視図、図６は統合パワーモジュールの概略構成の別形態を示す側面図である。
【００１７】
まず、本発明に係る統合パワーモジュールの構成について説明する。
ここで、「統合パワーモジュール」とは、複数のパワーモジュールを一つのパッケージとして統合したものとする。
なお、本実施例において、統合パワーモジュールには、第一回路からなるパワーモジュールと、第二回路からなるパワーモジュールとの、二組のパワーモジュールを構成している。但し、本発明の統合パワーモジュールは本実施例に限定されるものではなく、三組以上の複数のパワーモジュールを構成したものとすることができる。
【００１８】
図１乃至図３に示す如く、本実施例に係る統合パワーモジュール１０には、第一回路１１ａからなる第一パワーモジュール１１と、第二回路１２ａからなる第二パワーモジュール１２とが、具備されている。
【００１９】
電気自動車やハイブリッドシステム自動車等では、高電圧バッテリから電力供給を受け、インバータ回路等によりバッテリ出力を交流電力に変換し、駆動用電動機に電力を供給する。
本実施例においては、統合パワーモジュール１０が、例えば、電気自動車やハイブリッドシステム自動車等に用いられる２モータ式電力用回路であって、第一パワーモジュール１１と第二パワーモジュール１２とが、それぞれ走行モータ駆動用のＤＣ−ＡＣインバータモジュールであり、第一パワーモジュール１１と第二パワーモジュール１２とが略同様の構成であるものとしている。
【００２０】
本実施例において、第一回路１１ａと第二回路１２ａとの構成は略同様であるため、第一回路１１ａの構成について説明し、第二回路１２ａの構造についての説明を省略する。
【００２１】
図１に示す如く、バッテリ１５は、第一パワーモジュール１１及び第二パワーモジュール１２にそれぞれ給電しており、第一パワーモジュール１１は第一モータ１３に給電し、第二パワーモジュール１２は第二モータ１４に給電している。第一モータ１３及び第二モータ１４はいずれも三相交流モータである。
【００２２】
第一パワーモジュール１１を構成する第一回路１１ａはインバータ回路であって、高電圧バッテリ１５の出力が、Ｐ端子２２とＮ端子２３より第一パワーモジュール１１へ入力され、該第一パワーモジュール１１に設けられたＵ端子１８・Ｖ端子１８・Ｗ端子１８の各出力端子よりＵ相・Ｖ相・Ｗ相からなる三相交流電流が、第一モータ１３に出力される。この第一回路１１ａであるインバータ回路によって、第一モータ１３のトルクや回転数の制御が行われる。
なお、インバータ回路にはコンデンサモジュール１６が具備されて、第一パワーモジュール１１であるインバータモジュールの動作における過渡的な電圧変動を抑制する一時的なバッテリとして機能している。本実施例では、第一回路１１ａと第二回路１２ａにおいて、コンデンサモジュール１６を共用している。
【００２３】
第一回路１１ａは、三相ブリッジ型の回路であり、Ｕ端子１８・Ｖ端子１８・Ｗ端子１８の各出力端子１８・１８・１８に電流を流す出力回路が各相に対して備えられている。各相の出力回路は、電力用半導体スイッチング素子である絶縁ゲート型バイボーラトランジスタ（以下に「ＩＧＢＴ１９」と示す）と、該ＩＧＢＴ１９に印加されるフライバック電圧からの素子耐圧保護と回生動作時の電流経路生成のためダイオード素子２０とを並列に配置したものを、二組直列に配置して構成されている。
【００２４】
インバータモジュールでは、ＩＧＢＴ１９をスイッチング動作させることによって、Ｕ端子１８・Ｖ端子１８・Ｗ端子１８からＵ相・Ｖ相・Ｗ相の各単相電流が位相差をもって出力され、三相交流電流に変換される。ＩＧＢＴ１９のスイッチング動作のタイミングは、図示せぬ外部コントロールユニット（ＥＣＵ）により演算算出され、ゲート端子２１よりＩＧＢＴ１９のゲート入力信号として入力・指示される。
【００２５】
上述の如く構成される第一パワーモジュール１１からなる第一回路１１ａと、第二パワーモジュール１２からなる第二回路１２ａとは、並列に接続されている。図２及び図３にも示す如く、第一パワーモジュール１１と第二パワーモジュール１２とは統合パワーモジュール１０のパッケージ３０内に並設配置され、これらの間には内部電源ラインとしてのＰＮバスバー２４が配設されている。ＰＮバスバー２４は、Ｐ側バスバーとＮ側バスバーとを上下に重なった状態で併走させたものであり、インダクタンスを抑制する構造とされている。
ＰＮバスバー２４はその一側端部において、高電圧バッテリ１５より電力が入力されるＰＮ入力端子２６・２６を備えており、該ＰＮバスバー２４には第一回路１１ａと第二回路１２ａとがそれぞれ接続されている。すなわち、高電圧バッテリ１５からＰＮバスバー２４を介して第一パワーモジュール１１と第二パワーモジュール１２の両方に対して給電される。
なお、ＰＮ入力端子２６・２６には、金属製のバスバー３５・３５が接続され、該バスバー３５・３５にバッテリ１５から高圧電力を入力するためのバスバー３７が接続されて、バッテリ１５からはバスバー３７及びバスバー３５を介してＰＮ入力端子２６に電力が入力される。
【００２６】
そして、第一回路１１ａと第二回路１２ａとのうち、少なくともいずれか一方において、Ｐ端子２２及びＮ端子２３の各入力端子から最も遠い位置に配設される相の出力回路に、スナバ回路２９が並列接続される。すなわち、電力用半導体スイッチング素子の主端子間に並列に接続されるスナバ回路２９は、電力入力部となるＰ端子２２及びＮ端子２３から最も離れた位置に配置されている。
本実施例においては、スナバ回路２９は第一回路１１ａと第二回路１２ａの両方に接続されている。パワーモジュール１１とパワーモジュール１２とは並列回路であり、ＰＮバスバー２４は、パワーモジュール１１とパワーモジュール１２とで共用されている。このため、スナバ回路２９はこれらの各パワーモジュール１１・１２両方に接続されていることとなり、両方のパワーモジュール１１・１２において一つのスナバ回路２９に設けた一つのスナバコンデンサ１７の効果を得ることができる。
なお、スナバ回路２９は第一パワーモジュール１１と第二パワーモジュール１２との両方にそれぞれ設けることもできる。
【００２７】
前記スナバ回路２９にはスナバコンデンサ１７が具備されている。但し、スナバ回路２９はスナバコンデンサとダイオードとの組み合わせからなる回路とすることもできる。
上記スナバコンデンサ１７の充放電により、ＰＮバスバー２４の配線インダクタンスに起因して電力用半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ１９がＯＮ／ＯＦＦされる際に発生するサージ電圧を、吸収・抑制することができる。
これにより、統合パワーモジュール１０のサージ電圧を吸収し、該統合パワーモジュール１０に具備されるパワー素子の性能を最大限に活用して、車両の加速性を向上するとともに、損失低下による車両燃費向上を図ることができる。
【００２８】
図２及び図３に示す如く、統合パワーモジュール１０は、パッケージ３０内に構成されており、該パッケージ３０の外形は、底部を形成するケース３１と上部を構成するカバー３２とで形成される。ケース３１にはＰＮバスバー２４が挿通され、該ケース３１とカバー３２とで形成される空間内部に回路素子等を実装した制御基板３３が配設される。
上記ＰＮバスバー２４の一側端にＰＮ入力端子２６が設けられ、他側端にスナバコンデンサ接続用端子２７が設けられている。そして、該スナバコンデンサ接続用端子２７にスナバコンデンサ１７が接続されている。
このように、電力入力部を構成するＰＮ入力端子２６から最も離れた位置にスナバコンデンサ１７を配置している。
なお、スナバコンデンサ接続用端子２７とスナバコンデンサ１７の接続のために、パッケージ３０の形状やスナバコンデンサ１７の配置に応じて、図４に示す如く金属製のバスバー３６・３６を用いたり、図５に示す如く、リード線を用いたりすることができる。
【００２９】
前記スナバコンデンサ１７はカバー３２の内側に一体的に設けられ、すなわち、スナバコンデンサ１７はパッケージ３０に内装されている。
スナバコンデンサ１７をカバー３２に一体化することで、低コスト、小型化を図るとともに、スナバコンデンサ１７を統合パワーモジュールアッシとしたことで、統合パワーモジュール１０単体で最大出力動作が可能となる。
また、スナバコンデンサ１７の付加が、統合パワーモジュール１０のパッケージ３０内の構造に影響しないため、統合パワーモジュール１０のサイズを変更することなく、対応可能である。
【００３０】
なお、図６に示す如く、スナバコンデンサ１７とコンデンサモジュール１６とを一体的に構成した複合モジュール３４を、ＰＮ入力端子２６とスナバコンデンサ接続用端子２７とに接続することができる。
【００３１】
なお、統合パワーモジュール１０に具備されるパワーモジュールの種類は、本実施例に限定されるものではない。例えば、第一パワーモジュール１１がＤＣ−ＤＣコンバータモジュールであって補機バッテリに直中電圧電源を給電し、第二パワーモジュール１２がＡＣ−ＡＣインバータモジュールであって三相交流モータに給電する構成とすることもできる。このように、統合パワーモジュール１０に具備するパワーモジュールの種類や構成は本実施例に限定されるものではなく、用途に応じて種々のパワーモジュールを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例に係る統合パワーモジュールの回路図。
【図２】統合パワーモジュールの概略構成を示す平面図。
【図３】統合パワーモジュールの概略構成を示す側面図。
【図４】統合パワーモジュールの概略構成を示す斜視図。
【図５】統合パワーモジュールの概略構成の別形態を示す斜視図。
【図６】統合パワーモジュールの概略構成の別形態を示す側面図。
【図７】従来の統合パワーモジュールの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１０  統合パワーモジュール
１１  第一パワーモジュール
１１ａ  第一回路
１２  第二パワーモジュール
１２ａ  第二回路
１５  バッテリ
１７  スナバコンデンサ
２４  ＰＮバスバー
２９  スナバ回路
３０  パッケージ
【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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