(57)【要約】【課題】構造的な信頼性を確保しつつ、電圧降下や接触抵抗などの電気的な性能・品質の低下要因を低減した、大電流の供給が可能なパワーモジュールを得る。【解決手段】動作中に発熱するＤＣ／ＤＣコンバータ内の電子部品やＯＲダイオードを、いずれも同一のアルミ基板１１上に実装し、各電子部品からの発熱をいずれもアルミ基板１１に伝導することによって、アルミ基板１１上で相互に熱結合する。そして、ＯＲダイオードの順方向電圧降下の低下をはかる。加えて、全体を一体型の構造に構成し、機械的な強度を十分に確保して構造的な信頼性を高めるとともに小型化する。【選択図】  図１
2012034442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路内に発熱する電子部品を有し、外部から入力される電力を変換する電源回路と、
この電源回路からの電力供給時に電流の流れる方向を順方向として、この電源回路と外部への電力供給用に設けられた出力端子との間の電源ラインの途中に設けられたダイオードとを、同一のメタルコア基板上に隣接させて備え、
前記電源回路内の発熱する電子部品と前記ダイオードとを、前記メタルコア基板を通して熱的に結合し、前記ダイオードの順方向電圧降下を低減したことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
前記ダイオードは、基板実装型を複数個並列に接続したことを特徴とする請求項１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】
本発明の実施形態は、直流電力を供給するパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より直流電力の供給源として、アルミ基板等のメタルコア基板上にモジュール型に構成されたＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この種のモジュール型構造の電源を１ユニットのパワーモジュールとし、これを複数ユニット並列に接続することによって、例えば、冗長性を持たせたり、より高電力容量を必要とする負荷など、運用時の条件に適合させた電力供給源を構成することが可能である。この時、各パワーモジュールの電源出力には、負荷方向に流れる電流を許容するとともに各パワーモジュールへの電流の逆流を防止するように、電源出力ラインにＯＲダイオード挿入した上で各パワーモジュールを並列接続する。
【０００３】
このように、ＯＲダイオードが接続された従来のパワーモジュールの一例を図３に示す。
【０００４】
図３は、ＯＲダイオードが接続された従来のパワーモジュールの一例を示す構成図である。
【０００５】
この図３の事例では、モジュール型に構成されたＤＣ／ＤＣコンバータを含むパワーモジュール本体３の出力ライン側に、バスバー４を用いてＯＲダイオードモジュール５が接続されている。
【０００６】
パワーモジュール本体３は、例えばアルミ基板等、メタルコア基板上にＤＣ／ＤＣコンバータ回路が形成され、入力端子（図示せず）に印加された電力を所望の直流電力に変換して出力端子３１に出力する。バスバー４は、このパワーモジュール本体３の出力端子３１とＯＲダイオードモジュール５の入力側端子５１との間を電気的に接続する。ＯＲダイオードモジュール５は、負荷方向に流れる電流を許容するように電源の出力ラインに挿入された逆流防止用のダイオードであり、その出力側端子５２は、負荷等に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２７６７３７号公報（第７ページ、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図３に例示したような、パワーモジュール本体３とＯＲダイオードモジュール５とをバスバー４で接続する方式では、振動・衝撃等の条件が厳しい環境において動作させる場合に、機械的強度が不十分となって信頼性が低下するおそれがあった。また、特に大電流を取り扱う場合には、自ずと端子やバスバー等の機構部品が定格等の制約により大型化するとともに、その影響もあって、内部での接触抵抗や電圧降下等も発生しやすくなり、電力供給源としての電気的な性能・品質の低下要因となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態のパワーモジュールは、回路内に発熱する電子部品を有し、外部から入力される電力を変換する電源回路と、この電源回路からの電力供給時に電流の流れる方向を順方向として、この電源回路と外部への電力供給用に設けられた出力端子との間の電源ラインの途中に設けられたダイオードとを、同一のメタルコア基板上に隣接させて備え、前記電源回路内の発熱する電子部品と前記ダイオードとを、前記メタルコア基板を通して熱的に結合し、前記ダイオードの順方向電圧降下を低減したことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態のパワーモジュールの一例を示す構成図。
【図２】本実施形態のパワーモジュールの回路構成の一例を示すブロック図。
【図３】従来のパワーモジュールの一例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本実施形態のパワーモジュールについて、図１及び図２を参照して説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、一実施形態のパワーモジュール１の一例を示す構成図である。また、図２は、その回路構成の一例を示すブロック図である。図１に例示したように、このパワーモジュール１は、メタルコアの基板として１枚のアルミ基板１１上にモジュール型に構成されている。アルミ基板１１は、この基板上に実装される電子部品等からの発熱に対して良好な熱伝導性及び放熱性を有しており、このアルミ基板１１の片面側には、放熱器１２が取り付けられている。また、基板上には所望の直流電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ１３、ＯＲダイオード１４、及び出力端子１５が実装されている。
【００１３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、外部から印加された入力電力を所望する直流電力に変換し出力する。このＤＣ／ＤＣコンバータ１３の回路構成を図２に例示する。図２に例示したように、このＤＣ／ＤＣコンバータ１３は主要な構成部品として、外部から印加された入力電力を安定化させるとともにノイズの放射等を抑制する入力コンデンサ２１、入力された直流電圧をスイッチングして交流パルス電圧を生成するメインＦＥＴ２２、交流パルス電圧を所望の電圧に変圧するトランス２３、変圧後の交流電圧を整流する整流ダイオード２４、ならびに整流後の直流を平滑するチョークコイル２５、及び平滑コンデンサ２６を備えている。これらの中で、発熱の多い電子部品としては、パワー素子であるメインＦＥＴ２２、及び整流ダイオード２４が挙げられ、特に大電流を扱う場合には大量に発熱する。これら電子部品からの発熱は、アルミ基板１１に伝導され放熱される。
【００１４】
ＯＲダイオード１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力ラインの途中に、負荷方向に流れる電流を許容する方向に取り付けられており、このパワーモジュール１に出力側から流入する電流を阻止する。本実施例においては、図１に例示したように、複数個を並列接続するとともに、アルミ基板１１とは良好な熱的結合を維持して実装されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３との間は、同じくアルミ基板１１上に形成され、かつ所望する電力に適合した銅箔パターン１６により短距離で接続されている。出力端子１５は、このパワーモジュール１の出力端子であり、負荷側に接続される。
【００１５】
上述のように構成されたパワーモジュール１においては、その動作中にＤＣ／ＤＣコンバータ１３内の特にメインＦＥＴ２２や整流ダイオード２４、さらにＯＲダイオード１４等から発熱する。これらの発熱する電子部品は、いずれも同一のアルミ基板１１上に実装されており、各電子部品からの発熱がいずれもアルミ基板１１に伝導されることによって、アルミ基板１１上で相互に熱結合する。この熱的な結合は、ＯＲダイオード１４に対しては、ダイオードの順方向電圧を下げる方向に作用するので、その結果、パワーモジュール１からの出力電圧の降下要因が低減される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とＯＲダイオード１４との間は、アルミ基板１１上に形成された銅箔パターン１６によって接続されているので、従来のバスバーを用いた手法等に比較して接触抵抗等の要因を減少させるとともに、より短距離での接続も可能となることから、特に大電流を取り扱う場合等においても同様に出力電圧の降下要因が低減される。加えて、本実施例のようにＯＲダイオード１４として、並列に接続された複数のダイオードを用いることによって、さらに出力電圧の降下要因を減らすことができる。
【００１６】
また、直流電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ１３とＯＲダイオード１４とを、同一のアルミ基板１１上に実装しているので、機械的な強度を十分に確保して構造的な信頼性を高めることができ、例えば機械的な環境条件が厳しい中でも適用することが可能となる。さらに、ＯＲダイオード含めた全体を一体型の構造に構成しているので、より小型化することができるとともに、例えば複数のパワーモジュール１を並列に接続する場合なども、電気的及び機械的に構造を複雑化させることがないので、冗長性を持たせた電源装置や、より大きな電力容量に対応する電源装置等を容易に実現することができる。
【００１７】
以上説明したように、本実施形態のパワーモジュールによれば、構造的な信頼性を確保しつつ、電圧降下や接触抵抗などの電気的な性能・品質の低下要因を低減した、大電流の供給が可能なパワーモジュールを得ることができる。
【００１８】
なお、本実施形態は、上述したそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００１９】
１  パワーモジュール
１１  アルミ基板
１２  放熱器
１３  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４  ＯＲダイオード
１５  出力端子
１６  銅箔パターン
２１  入力コンデンサ
２２  メインＦＥＴ
２３  トランス
２４  整流ダイオード
２５  チョークコイル
２６  平滑コンデンサ
【図１】
2012034442.tif 000003
【図２】
2012034442.tif 000004
【図３】
2012034442.tif 000005