(57)【要約】【課題】パワーモジュールのスイッチング素子と電圧検出回路との間の配線を廃止でき、しかも直流電源とリアクトルとの間の電圧を簡単に取り出せるＤＣ−ＤＣコンバータ等を提供することである。【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータは直流電源１０と；直流電源の正極１１に接続されたエネルギ蓄積手段１５と；エネルギ蓄積手段にエネルギを蓄積し蓄積したエネルギを放出するためにオンオフされるスイッチング素子２１及び２６と、スイッチング素子に直接配線されない直流電源とエネルギ蓄積手段との間の電圧を検出する電圧検出回路４５とを含むパワーモジュール２０と；スイッチング素子を制御する制御基板５５と；から成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
前記直流電源の正極に接続されたエネルギ蓄積手段と、
エネルギ蓄積手段にエネルギを蓄積し蓄積したエネルギを放出するためにオンオフされるスイッチング素子と、該スイッチング素子に直接配線されない前記直流電源と前記エネルギ蓄積手段との間の電圧を検出する電圧検出回路とを含むパワーモジュールと、
前記スイッチング素子を制御する制御基板と、
から成ることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記電圧検出回路は入力される電圧を低電圧化した後前記制御基板に出力する請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記直流電源はハイブリッド車用車載バッテリで、負極側がフローティングされている請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記制御基板は接地され、一部アースグランド基準で作動する請求項３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項５】
回路基板と、
前記回路基板上に載置された第１リード及び第２リードと、
前記第１リード上に実装されたスイッチング素子用半導体チップ、及び前記第２リード上に実装された電圧検出回路用半導体チップと、
前記第２リードの端子に接続された電圧検出用バスバーと
から成ることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項６】
前記回路基板は一部フローティンググランド基準で作動する請求項５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ＤＣ−ＤＣコンバータ、特に直流電源からパワーモジュールへの入力電源電圧を検出する電圧検出回路の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子をスイッチングすることにより直流電圧を極性や電圧値が異なる直流に変換するものである。直流電源の電圧値が変動し、所定値より高い又は低い電圧がスイッチング素子に供給されると誤作動や故障の原因になりかねない。
【０００３】
これを考慮して、電圧検出回路で直流電源からの出力電圧即ちパワーモジュールへの入力電圧を検出している。従来は電圧検出回路をパワーモジュールとは別体の制御基板上に配置していたが、それではパワーモジュールと制御基板とを接続するリード線が必要となる。そこで本願の出願人は、この不具合を考慮して、パワー回路に電圧検出回路を組み込んだ半導体モジュールを出願した（特許文献１参照）。即ち、図３及び図４に示すように、スイッチング素子８１を含むパワー回路を内蔵する半導体モジュール８０に、電圧検出回路８６を内蔵する制御基板８５が一体化され、給電電極８２ａと８７ａとが接続され、給電電極８２ｂと８７ｂとが接続されている。
【特許文献１】特開平９−３０７３６６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、電圧検出回路８６はスイッチング素子８１のスイッチングに関係する電圧を検出しているので、ＤＣ−ＤＣコンバータの制御で必要となる直流電源とリアクトルとの間の電圧を検出することができなかった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、スイッチング素子と電圧検出回路との配線が不要になり、しかも直流電源とリアクトル等エネルギ蓄積手段との間の電圧を検出できるＤＣ−ＤＣコンバータ、及びこのＤＣ−ＤＣコンバータの主体を成すパワーモジュール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】
本願の発明者は、電圧検出回路をパワーモジュール内に組み込み、その上でスイッチングに関係しない配線上に電圧検出回路を配置することを思い付いて、本発明を完成した。
（１）本願の第１発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、請求項１に記載したように、直流電源と；直流電源の正極に接続されたエネルギ蓄積手段と；エネルギ蓄積手段にエネルギを蓄積し蓄積したエネルギを放出するためにオンオフされるスイッチング素子と；スイッチング素子に直接配線されない直流電源とエネルギ蓄積手段との間の電圧を検出する電圧検出回路とを含むパワーモジュールと；スイッチング素子を制御する制御基板と；から成る。
【０００７】
請求項２のＤＣ−ＤＣコンバータは、請求項１において、電圧検出回路は入力される電圧を低電圧化した後制御基板に出力する。請求項３のＤＣ−ＤＣコンバータは、請求項２において、直流電源はハイブリッド車用車載バッテリで、負極側がフローティングされている。請求項４のＤＣ−ＤＣコンバータは、請求項３において、制御基板は接地され、一部アースグランドで作動する。
（２）第２発明に係るパワーモジュールは、請求項５に記載したように、回路基板と；回路基板上に載置された第１リード及び第２リードと；第１リード上に実装されたスイッチング素子用半導体チップ、及び第２リード上に実装された電圧検出回路用半導体チップと；第２リードの端子に接続された電圧検出用バスバーと；から成る。
【０００８】
請求項６のパワーモジュールは、請求項５において、回路基板は一部フローティンググランド基準で作動する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＤＣ−ＤＣコンバータによれば、スイッチングに寄与しないパワーモジュールの端子を利用して電圧検出部を結合するため、電圧検出部の正極部及び負極部それぞれのの配線は不要となる。また、直流電源とリアクトルとの間の部分と電圧検出回路とを一本の配線で接続するのみで、リアクトルで昇圧する前の電源電圧を検出できる。その結果、電圧検出端子の煩雑な接続が不要となり、組付けが簡素化される。
【００１０】
請求項２，３及び４のＤＣ−ＤＣコンバータによれば、制御基板が小型化できる。これは、検出電圧を高電圧のフローティンググランドで作動しているパワーモジュール内で低電圧に変換した後、低電圧のアースグランドで作動している制御基板に信号として伝達することによる。請求項５及び６のパワーモジュールによれば、一本のバスバーのみでリアクトルで昇圧前の電源電圧を検出でき、上記ＤＣ−ＤＣコンバータに好都合なパワーモジュールが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜ＤＣ−ＤＣコンバータ＞
本発明のＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電源、エネルギ蓄積手段、パワーモジュール及び制御基板等から成る。ＤＣ−ＤＣコンバータは昇圧形及び／又は降圧形とできる。単独で使用することもできるし、その下流側のＤＣ−ＡＣインバータとを組み合わせて使用することもできる。ＤＣ−ＤＣコンバータはフォワード形、プッシュプル形、フライバック形等に分類され、本発明は全てに適用可能である。
【００１２】
エネルギ蓄積手段としては公知のリアクトルを採用でき、リアクトルは直流電源の正極から延びた配線上に配置される。制御基板は電圧検出回路からの信号等に基づきスイッチング素子をオンオフ制御するもので、接地されて一部アースグランド基準で作動する。負荷はＤＣ−ＤＣコンバータで昇圧された直流で駆動される。
【００１３】
＜パワーモジュール＞
一部フローティンググランド基準で作動する回路基板上に配置された複数のリード上にスイッチング素子及び電圧検出回路等を構成する半導体チップが実装され、回路基板の外周縁まで延びたリードの端部の端子に配線（バスバー）が接続及び結合される。これら回路基板、リード及び半導体チップが樹脂モールドでモールド化（パッケージ化）されている。
【００１４】
一対のスイッチング素子が実装されたリードの端子には制御基板から延びた配線が接続及び結合され、電圧検出回路が実装されたリードの端子には直流電源とエネルギ蓄積手段との間から延びたバスバーが接続及び結合される。
【００１５】
スイッチング素子に直接配線されない（スイッチングに関係しない）配線上に配置された電圧検出回路は、電圧検出用バスバーを介して直流電源とエネルギ蓄積手段との間の電圧を入力され、昇圧前の電源電圧を検出する。そして、検出電圧を低電圧化した後制御基板に出力する。低電圧化するためにはたとえばフォトカプラや差動回路を含めば良い。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。これは、本発明がハイブリッド車等において、車載バッテリとＤＣ−ＡＣインバータとの間に配置されるＤＣ−ＤＣコンバータに適用された実施例である。
【００１７】
（構成）
図１に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータは車載バッテリ１０、リアクトル１５、パワーモジュール２０及び制御基板５５から成る。車載バッテリ１０の直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで昇圧した昇圧電圧で負荷６０を駆動するようになっている。車載バッテリ１０は直流電源で、その電圧は約２００Ｖである。車載バッテリ１０の正極１１から延びた高位配線たるバスバー１６が端子ａを介して一対のスイッチング素子２１と２６との間に延び、その途中にリアクトル１５が挿入されている。負極１２から延びた低位配線たるバスバー１７はフローティングし、パワーモジュール２０の端子ｂに接続され、端子ｃから負荷６０の他端６２にバスバー１８が延びている。
【００１８】
パワーモジュール２０は一対のスイッチング素子２１及び２６、一対の駆動回路（ドライブ回路）２４及び２９、及び電圧検出回路３５を含む。各スイッチング素子２１及び２６はトランジスタ２２及び２７と、これに並列に接続されたダイオード２３及び２８とを含む。各駆動回路２４及び２９はトランジスタ２２及び２７のゲートに接続され、後述する制御基板５５により制御される。一方のトランジスタジス２２のコレクタが端子ｄを介して負荷６０の一端６１に接続された高位配線たるバスバー１９に接続され、他方のトランジスタジス２７のエミッタが端子ｂとｃとの間に接続されている。電圧検出回路用４５は電圧検出バスバー４０から入力される高電圧（例えば約４５０Ｖ）を低電圧（例えば約４．５Ｖ）に変換した後、制御基板５５に出力する。
【００１９】
図２に示すように、パワーモジュール２０では、回路基板３０の上面に半田により搭載された複数のリード３１，３２・・の一端部又は中間部にスイッチング素子２１及び２６、駆動回路２４及び２９、並びに電圧検出回路４５を構成する半導体チップが実装されている。回路基板３０は一部フローティンググランド基準で作動する。これらのリード３１，３２・・及び半導体チップ２１，２６及び４５がモールド樹脂３８でパッケージされ、各リードの他端に接続された端子ａからｅがモールド樹脂３８上に露出している。
【００２０】
車載バッテリ１０の正極１１から延びたバスバー１６上のリアクトル１５の直前部分からパワーモジュール２０に電圧検出用バスバー４０が延び、元々使用されていない空き端子である端子ｅに接続されている。ＥＣＵ５７が接続され一部アースグランド基準で作動する制御基板５５は、電圧検出回路４５から入力される電圧信号及びＥＣＵ５７から入力される負荷６０の状態信号等に基づき、ドライブ回路２４及び２９の作動を制御する。
【００２１】
（作用）
このＤＣ−ＤＣコンバータの一般的な作動は公知であるので説明を割愛し、本発明に関係する作動を中心に説明する。車載バッテリ１０の直流電圧（例えば約２００Ｖ）のエネルギがリアクトル１５に蓄積される前に、ブスバー１６から分岐した電圧検出用バスバー４０により電圧検出回路４５に入力され、電圧検出回路４５で低電圧化された後、制御基板５５に出力される。
【００２２】
電圧検出回路４５からの電圧信号及びＥＣＵ５７からの負荷６０の状態信号が所定範囲内にあるとき、制御基板５５からの信号により駆動回路２４及び２９がスイッチング素子２１及び２６をオンオフ制御する。これに対して、電圧信号及び状態信号が所定範囲外にあるときは、制御基板５５からの信号により駆動回路２４及び２９がスイッチング素子２１及び２６の作動を停止する。
【００２３】
（効果）
このＤＣ−ＤＣコンバータ及びパワーモジュール２０によれば、第１に、パワーモジュール２０に電圧検出回路４５を内蔵しているので、スイッチング素子２２及び２７と電圧検出回路４５とを接続する配線を廃止できる。また、リアクトル１５の前方部分と電圧検出回路４５とが一本のバスバー４０で接続できる。その結果、端子数が半減し、面倒な接続作業も不要となる。
【００２４】
第２に、制御基板５５の大きさ（表面積）及びその上に実装する半導体チップの大きさ、容量を小さくでき、制御基板５５が小型化される。これは、リアクトル１５で昇圧する前電源電圧を検出し、電圧検出バスバー４０から電圧検出回路４５に入力される高電圧を電圧検出回路４５で低電圧化した後、制御基板５５に出力したことによる。これに対して、例えリアクトル１５で昇圧前の電源電圧を検出しても、検出電圧をパワーモジュール２０の外部で（例えば制御基板５５で）処理した場合、制御基板５５の小型化は困難である。
【００２５】
第３に、パワーモジュール２０に電圧検出回路４５を内蔵し、電圧検出用バスバー４０を接続するのみで良い。端子ｅはもともと空き端子であり、基本構成は変更不要である。よって、コストの上昇は最低限に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例（ＤＣ−ＤＣコンバータ及びパワーモジュール）を示す回路説明図である。
【図２】パワーモジュールの斜視図である。
【図３】従来例を示す斜視図である。
【図４】従来例を示す回路説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０：直流電源                      １５：リアクトル
２０：パワーモジュール              ２１，２６：スイッチング素子
３０：回路基板                      ４０：電圧検出バスバー
４５：電圧検出回路                  ５５：制御基板
６０：負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005328676.tif 000006