(57)【要約】【課題】基本的構成要素からなる共通部と顧客仕様に応じたカスタマイズ部とを分離し、汎用性、量産性を高めてコストの低減を可能にしたインテリジェント・モジュールを提供する。【解決手段】スイッチング素子モジュールと、スイッチング素子を駆動する駆動回路と、制御演算回路と、通信回路と、基盤用電源回路と、を少なくとも有するインテリジェント・モジュールにおいて、駆動回路、制御演算回路及び通信回路を含む回路部品１２１，１３１が実装されたプリント基板１２０，１３０とスイッチング素子モジュール１１０とが一体的に形成された共通部１００Ａと、この共通部１００Ａと分離され、かつ、顧客仕様に応じて基盤用電源回路を含む回路部品２１１がプリント基板２１０に実装されたカスタマイズ部２００と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路を構成する半導体スイッチング素子からなるスイッチング素子モジュールと、前記スイッチング素子を駆動するための駆動回路と、前記駆動回路を制御するための制御演算回路と、通信回路と、基盤用電源回路と、を少なくとも有するインテリジェント・モジュールにおいて、
前記駆動回路、前記制御演算回路及び前記通信回路を含む回路部品が実装された単一または複数のプリント基板と、前記スイッチング素子モジュールと、が一体的に形成された共通部と、
前記共通部と分離され、かつ、顧客仕様に応じて前記基盤用電源回路を含む回路部品がプリント基板に実装されたカスタマイズ部と、
を備えたことを特徴とするインテリジェント・モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載したインテリジェント・モジュールにおいて、
前記共通部を、絶縁性樹脂にて一体的にモールドしたことを特徴とするインテリジェント・モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載したインテリジェント・モジュールにおいて、
前記共通部と前記カスタマイズ部との間の信号の授受を、シリアル通信にて行うことを特徴とするインテリジェント・モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載したインテリジェント・モジュールにおいて、
前記カスタマイズ部は、複数の入出力端子を備えた入出力回路を備え、
前記共通部に備えられたＣＰＵと、前記カスタマイズ部に備えられた複数の入出力端子との間の信号の授受を、前記ＣＰＵと前記入出力回路との間のシリアル通信にて行うことを特徴とするインテリジェント・モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両駆動用モータを制御する半導体スイッチング素子からなる電力変換回路、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路、この駆動回路を制御する制御演算回路等を一体化してなるインテリジェント・モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のインテリジェント・モジュール（インテリジェント・パワー・モジュール：ＩＰＭともいう）としては、例えば、特許文献１，２に記載されたものが知られている。
すなわち、特許文献１には、プリント基板上に、三相インバータを構成するＩＧＢＴと、その駆動回路、シャント抵抗、保護回路、コネクタ等を一体的に組み込んだモータ駆動インバータ用ＩＰＭが記載されている。
また、特許文献２には、電力変換回路が実装される放熱板と、電力変換回路の上方に配置されて駆動回路、基盤用電源回路（制御電源回路）、通信回路、温度検出回路、電流・電圧検出回路、Ｉ／Ｏ（入力／出力）回路、コネクタ等が実装される電気回路基板とを、外囲ケースに一体的に収納してなるパワーモジュールが記載されている。
【０００３】
更に、特許文献３には、インバータ用のパワー半導体素子等が実装された第１の基板と、マイクロコンピュータ、基盤用電源回路、通信回路、温度検出器、電流・電圧検出器等が実装された第２の基板とによってパワーモジュールを構成すると共に、このパワーモジュールと分離して、信号接続端子及び入出力インターフェース部を備えたＩ／Ｏブロック部を構成し、前記通信回路とＩ／Ｏブロック部との間で各種指令や検出値をシリアル通信するようにしたインバータ制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９５０９号公報（段落［０００３］，［０００４］、図７等）
【特許文献２】特開２００９−２１９２７４号公報（段落[００３７]〜[００４１]、図８〜図１０等）
【特許文献３】特許第３３３２８１０号公報（請求項１，３，４、段落[００１２]〜[００１８]， [００５１]〜[００５８]、図１〜図４等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜３から明らかなように、従来のインテリジェント・モジュールでは、電力変換回路、駆動回路、基盤用電源回路、制御演算回路、保護回路、通信回路、温度検出回路、Ｉ／Ｏ回路、コネクタ等を単一または複数のプリント基板上に実装してその全体を一体化するものが一般的である。
しかし、顧客によっては、基盤用電源回路をモジュールとは別の基板上に実装する場合や、基盤用電源回路の冷却方式が異なったりこの電源回路を他の電力変換回路用の電源として共用する場合があり、更に、インテリジェント・モジュールに接続されるＩ／Ｏ回路の種類や数も一様ではないため、基盤用電源回路、Ｉ／Ｏ回路、コネクタ等をモジュール内に標準的に組み込むことが困難である。
従って、インテリジェント・モジュールの構成は顧客ごとの要求仕様に応じて異ならざるを得ず、結果として、インテリジェント・モジュールの量産性に乏しくコスト高になるという問題があった。
【０００６】
なお、特許文献３に係る従来技術によれば、複数種類のＩ／Ｏブロック部に対応可能なパワーモジュールを構成することができ、また、パワーモジュールとＩ／Ｏブロック部との間でシリアル通信を行うことで配線を簡略化できる等の利点がある。しかしながら、この従来技術では、基盤用電源回路やコネクタ等がパワーモジュールに実装されているので、これらの仕様が顧客によって異なる場合にはパワーモジュールの構成も異なってしまい、量産性やコストの問題は未解決のままである。
【０００７】
そこで、本発明の解決課題は、インテリジェント・モジュールを、多数の顧客に共通する基本的構成要素からなる共通部と顧客仕様に応じたカスタマイズ部とに分離して構成することにより、汎用性、量産性を高め、コストの低減を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電力変換回路を構成する半導体スイッチング素子からなるスイッチング素子モジュールと、前記スイッチング素子を駆動するための駆動回路と、前記駆動回路を制御するための制御演算回路と、通信回路と、基盤用電源回路と、を少なくとも有するインテリジェント・モジュールにおいて、
前記駆動回路、前記制御演算回路及び前記通信回路を含む回路部品が実装された単一または複数のプリント基板と、前記スイッチング素子モジュールと、が一体的に形成された共通部と、
前記共通部と分離され、かつ、顧客仕様に応じて前記基盤用電源回路を含む回路部品がプリント基板に実装されたカスタマイズ部と、を備えたものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載したインテリジェント・モジュールにおいて、前記共通部を、絶縁性樹脂にて一体的にモールドしたものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載したインテリジェント・モジュールにおいて、前記共通部と前記カスタマイズ部との間の信号の授受を、シリアル通信にて行うものである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載したインテリジェント・モジュールにおいて、  前記カスタマイズ部は、複数の入出力端子を備えた入出力回路を備え、前記共通部に備えられたＣＰＵと、前記カスタマイズ部に備えられた複数の入出力端子との間の信号の授受を、前記ＣＰＵと前記入出力回路との間のシリアル通信にて行うものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、多数の顧客に共通して使用可能な駆動回路、制御演算回路及び通信回路を含む回路部品が実装されたプリント基板と、電力変換回路としてのスイッチング素子モジュールと、を一体化して共通部を構成する一方で、顧客仕様に応じて回路構成や配置が異なる可能性のある基盤用電源回路等を含む回路部品をカスタマイズ部として前記共通部と分離することにより、共通部の量産によるコストの低減が可能である。
請求項２に係る発明によれば、両者の電位差が大きいスイッチング素子モジュール及びプリント基板を、近接して配置することができ、共通部の小型化、薄型化が可能になる。
請求項３または請求項４に係る発明によれば、共通部内の制御演算回路を構成するＣＰＵ等の入出力ピン端子数を少なくすることが可能なため、安価かつ小型の回路部品を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概略的な構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す概略的な構成図である。
【図３】各実施形態における共通部とカスタマイズ部との接続状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るインテリジェント・モジュールの概略的な構成図である。図１において、本実施形態に係るインテリジェント・モジュールは、共通部１００Ａと、カスタマイズ部２００と、これら両者を接続する基盤用電源線３０１及び信号線３０２とから構成されている。
【００１５】
共通部１００Ａは、インバータ等の電力変換回路を構成するＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子からなるスイッチング素子モジュール１１０と、回路部品１２１，１２１，……が実装された第１プリント基板１２０と、同じく回路部品１３１，１３１，……が実装された第２プリント基板１３０と、を備えており、これらのスイッチング素子モジュール１１０、第１プリント基板１２０及び回路部品１２１、並びに、第２プリント基板１３０及び回路部品１３１は、絶縁性樹脂（図示せず）にて一体的にモールドされている。
なお、スイッチング素子モジュール１１０には、スイッチング素子を水冷または空冷するための流体用配管等を取り付けてもよい。
【００１６】
第１プリント基板１２０に実装される回路部品１２１は、例えば、スイッチング素子モジュール１１０内のスイッチング素子をオンオフさせるための駆動回路（ゲートドライブユニット）、スイッチング素子等を過熱や過電流・過電圧から保護するための保護回路、温度・電流・電圧検出回路（各種センサ類）及びそのインターフェース回路等を構成する部品である。また、第２プリント基板１３０に実装される回路部品１３１は、例えば、前記駆動回路や保護回路、後述する通信回路に対する制御動作を実行するＣＰＵ等の制御演算回路、外部との間で各種の制御指令や温度・電流・電圧等の検出値を送受信するための通信回路及びそのインターフェース回路等を構成する部品である。
【００１７】
一方、カスタマイズ部２００は、回路部品２１１，２１１，……が実装されたプリント基板２１０を備えている。ここで、前記回路部品２１１は、このインテリジェント・モジュールの各部に制御電源を供給するための基盤用電源回路（制御電源回路）、各種の入出力機器（電力変換回路により駆動される負荷（モータ）の速度検出器や表示器、警報器等）を動作させるためのＩ／Ｏ（入出力）回路、インターフェース回路、負荷及び入出力機器を接続するためのコネクタ等を構成する部品である。
【００１８】
カスタマイズ部２００に設けられる基盤用電源回路は、顧客側にて供給されるバッテリー等の直流電源から所定の大きさの制御電源電圧を生成する回路である。また、この基盤用電源回路を始めとして、Ｉ／Ｏ回路、インターフェース回路、コネクタ等の回路部品２１１は、その種類や数、定格、回路構成、配置等が、顧客仕様に応じて任意に設計可能となっている。
なお、スイッチング素子モジュール１１０（電力変換回路）に供給される主電源や、電力変換回路の主回路コンデンサ（平滑コンデンサ）、リレー等の開閉器及び負荷も、顧客側にて接続されるようになっている。
また、図１では、スイッチング素子モジュール１１０、第１プリント基板１２０、第２プリント基板１３０の間の配線や支持部材等の図示を省略してある。
【００１９】
次に、図２は本発明の第２実施形態を示す概略的な構成図であり、この実施形態は、第１実施形態における第１プリント基板１２０、第２プリント基板１３０を１枚のプリント基板１４０に集約し、このプリント基板１４０に前記回路部品１２１，１３１に相当する回路部品を実装すると共に、スイッチング素子モジュール１１０と相まって共通部１００Ｂを構成した例である。なお、カスタマイズ部２００の構成は第１実施形態と同一である。
ここでも、スイッチング素子モジュール１１０とプリント基板１４０との間の配線や支持部材の図示を省略してあり、スイッチング素子モジュール１１０、プリント基板１４０及び回路部品１４１は、絶縁性樹脂（図示せず）にて一体的にモールドされている。
この実施形態によれば、プリント基板１４０ひいては共通部１００Ｂの平面積が第１実施形態よりも大きくなる可能性があるが、プリント基板の数が少ないため共通部１００Ｂの薄型化を図ることができる。
【００２０】
次に、図３は、各実施形態における共通部とカスタマイズ部との接続状態を示す図である。
例えば、多数の入出力機器を使用する顧客にとっては、多数の入出力ピン端子を有するＩ／Ｏ回路をカスタマイズ部に実装する必要がある。この場合、共通部に実装されるＣＰＵ等の制御演算回路として、上記Ｉ／Ｏ回路のピン端子数に応じた数の入出力ピン端子を有する部品を使用すると、制御演算回路ひいては共通部の大型化やコストの上昇を招く恐れがある。
【００２１】
そこで本発明では、図３に示すように、例えば共通部１００Ａ（１００Ｂ）内のプリント基板１３０（１４０）に実装された回路部品１３１（１４１）が制御演算回路を構成するＣＰＵ等であり、カスタマイズ部２００のプリント基板２１０に実装された回路部品２１１がＩ／Ｏ回路用のＩＣ等である場合、両部品間を一対の信号線３０２により接続して相互間の信号授受をシリアル通信にて行うようにした。なお、図３では、図１，図２における基盤用電源線３０１の図示を省略してある。
このようにすれば、ＣＰＵ等からなる回路部品１３１（１４１）としてピン端子数の少ない部品を使用することができ、共通部１００Ａ（１００Ｂ）の小型化やコストの低減が可能になる。
【００２２】
また、前述したように、各実施形態では、共通部１００Ａ，１００Ｂを絶縁性樹脂にて一体的にモールドしてある。この種のインテリジェント・モジュールでは、スイッチング素子モジュール１１０とプリント基板１２０，１３０，１４０との間に数１００［Ｖ］の電位差が存在することがあり、いわゆる空気絶縁では、両者間の距離を５〜６［ｍ］確保しなければならなくなる。これに対し、共通部１００Ａ，１００Ｂを絶縁性樹脂にて一体的にモールドしてスイッチング素子モジュール１１０とプリント基板１２０，１３０，１４０との間を樹脂封止することにより、絶縁距離を短縮して各部材を近接して配置することができ、共通部１００Ａ，１００Ｂひいてはインテリジェント・モジュール全体の小型化、薄型化が可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１００Ａ，１００Ｂ：共通部
１１０：スイッチング素子モジュール
１２０，１３０，１４０，２１０：プリント基板
１２１，１３１，１４１，２１１：回路部品
２００：カスタマイズ部
３０１：基盤用電源線
３０２：信号線
【図１】
2013021748.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013021748.tif 000005