(57)【要約】【課題】低温時にサイリスタのゲート電流を減少させることができる実装基板を提供する。【解決手段】実装基板３１はサイリスタ素子３３を備える。サイリスタ素子３３に並列に突入電流防止抵抗素子３４が接続される。突入電流防止抵抗素子３４はサイリスタ素子３３に先立って通電される。突入電流防止抵抗素子３４はサイリスタ素子３３に熱的に結合される。実装基板３１は、サイリスタ素子３３および突入電流防止抵抗素子３４を介してコンバータに接続され、直流電流を交流電流に変換するインバータ３６と、インバータ３６に並列にサイリスタ素子３３および突入電流防止抵抗素子３４に接続される平滑用のキャパシタ３５とを備える。【選択図】図２
2017070033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイリスタ素子と、
前記サイリスタ素子に並列に接続され、かつ前記サイリスタ素子と熱的に結合される突入電流防止抵抗素子と
を備えることを特徴とする実装基板。
【請求項２】
請求項１に記載の実装基板において、前記突入電流防止抵抗素子および前記サイリスタ素子の間に介在し前記突入電流防止抵抗素子に前記サイリスタ素子を接着する熱伝導性を有する部材を備えることを特徴とする実装基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の実装基板において、前記サイリスタ素子に代えてトライアック素子を用いることを特徴とする実装基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイリスタ素子を含む実装基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示されるように、トライアックを含む回路は一般に知られる。回路は交流電源から負荷への電力の供給および遮断をスイッチ制御する。トライアックにはゲート駆動回路が接続される。スイッチ制御にあたってトライアックのゲートにはゲート駆動回路からゲート電流が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７４５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トライアックはゲートに供給される電流に応じてターンオンする。トライアックの温度が低ければ低いほど、ターンオンにあたって大きな電流が要求される。したがって、ゲート駆動回路の設計時には、低温時に大きな電流が流れても熱破壊を引き起こさないように、電流容量の大きな回路部品が選定される。電流容量の大きな回路部品は実装基板の低価格化や小型化を妨げてしまう。
【０００５】
本発明は、低温時にサイリスタのゲート電流を減少させることができる実装基板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】
本発明の一形態は、サイリスタ素子と、前記サイリスタ素子に並列に接続され、かつ前記サイリスタ素子と熱的に結合される突入電流防止抵抗素子とを備える実装基板に関する。
【０００７】
サイリスタ素子はゲートに供給される電流に応じてターンオンする。サイリスタ素子の温度が低ければ低いほど、ターンオンにあたって大きな電流が要求される。ここで、突入電流防止抵抗素子にはサイリスタ素子のターンオンに先立って電流が供給される。電流の供給に応じて突入電流防止抵抗素子は発熱する。突入電流防止抵抗素子の熱がサイリスタ素子に伝達されると、サイリスタ素子の温度は上昇する。その結果、サイリスタ素子のターンオンにあたって要求されるゲート電流の大きさは低減されることができる。
【０００８】
実装基板は、交流電源に接続されて直流電流を出力するコンバータと、前記サイリスタ素子および突入電流防止抵抗素子を介して前記コンバータに接続され、直流電流を交流電流に変換するインバータと、前記インバータに並列に前記サイリスタ素子および前記突入電流防止抵抗素子に接続される平滑用のキャパシタとを備えてもよい。サイリスタ素子のターンオンに先立って突入電流防止抵抗素子経由でキャパシタに直流電流が供給される。キャパシタは充電される。こうして突入電流の進入は防止される。キャパシタの充電後にサイリスタ素子は通電される。したがって、通常の動作シーケンスに従って突入電流防止抵抗素子はサイリスタ素子のターンオンに先立って発熱することができる。
【０００９】
前記サイリスタ素子のゲートには、ゲート電流の供給および遮断を切り替えるフォトトライアックが接続されてもよい。ゲート電流の供給および遮断に応じてサイリスタ素子のターンオンは制御される。その結果、サイリスタ素子は確実に温度上昇の後にターンオンすることができる。
【００１０】
実装基板は、前記突入電流防止抵抗素子および前記サイリスタ素子の間に介在し前記突入電流防止抵抗素子に前記サイリスタ素子を接着する熱伝導性を有する部材をさらに備えてもよい。熱伝導性を有する部材はサイリスタ素子に熱的に突入電流防止抵抗素子を結合する。こうして突入電流防止抵抗素子の熱はサイリスタ素子に伝達される。
熱伝導性を有する部材としては、例えばシリコーン材を用いればよい。
【００１１】
前記サイリスタ素子に代えてトライアック素子を用いてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、低温時にサイリスタのゲート電流を減少させることができる実装基板は提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】モータ駆動回路の回路構成を示すブロック図である。
【図２】実装基板を概略的に示す側面図である。
【図３】温度とゲート電流との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００１５】
図１はモータ用駆動回路１１の全体構成を概略的に示す。モータ用駆動回路１１は、モータ１２に接続されるインバータ１３を備える。インバータ１３は直流電流を交流電流に変換する。インバータ１３の働きで、モータ１２に供給される交流電力の電圧および周波数は変化する。こうした交流電圧の供給に応じてモータ１２は制御される。
【００１６】
インバータ１３にはコンバータ１４が接続される。コンバータ１４はインバータ１３に電力を供給する。コンバータ１４には交流電源１５が接続される。コンバータ１４は交流電源１５の交流電流を直流電流に変換する。コンバータ１４からインバータ１３に直流電流は供給される。
【００１７】
コンバータ１４はダイオードブリッジ１６を含む。ダイオードブリッジ１６は交流電流を整流する。交流電流は直流電流に変換される。交流電源１５からダイオードブリッジ１６に交流電流は供給される。交流電源１５とダイオードブリッジ１６の間にはスイッチ１７が接続される。スイッチ１７はダイオードブリッジ１６への交流電流の供給および遮断を切り替える。
【００１８】
コンバータ１４は平滑用のキャパシタ１８を含む。キャパシタ１８はインバータ１３に並列に接続される。キャパシタ１８は整流後の直流電流のリップルを平滑化する。
【００１９】
コンバータ１４はトライアック２１を含む。トライアック２１はダイオードブリッジ１６およびキャパシタ１８の間に接続される。トライアック２１はターンオンに応じてダイオードブリッジ１６からインバータ１３およびキャパシタ１８に直流電流を供給する。ターンオンにあたってトライアック２１のゲートには所定のゲート電流が供給される。トライアック２１がオフされると、インバータ１３およびキャパシタ１８への直流電流の供給は遮断される。尚、ここではトライアック２１を用いて説明を行うが、図１でトライアック２１が挿入されている箇所の電流は全波整流となるため、トライアックではなくサイリスタを用いてもよい。ダイオードブリッジ１６より交流電源１５に近い側は交流電流が流れているため、ここに挿入する場合はトライアックを用いる。
【００２０】
コンバータ１４は突入電流防止抵抗２２を含む。突入電流防止抵抗２２はトライアック２１に並列にダイオードブリッジ１６およびキャパシタ１８の間に接続される。トライアック２１のオフ時、供給されてくる直流電流はトライアック２１を迂回して突入電流防止抵抗２２を流通する。突入電流防止抵抗２２はキャパシタ１８に流入する突入電流を制限する。
【００２１】
コンバータ１４はゲート駆動回路２３を含む。ゲート駆動回路２３はトライアック２１のゲートおよび出力に接続される。ゲート駆動回路２３からトライアック２１のゲートにゲート電流は供給される。ゲート駆動回路２３には、直流電源２４、フォトトライアック２５および抵抗２６が含まれる。ゲート電流の供給および遮断はフォトトライアック２５で制御される。フォトトライアック２５は光の照射に応じてターンオンする。フォトトライアック２５のオンオフは例えばマイコンで制御される。マイコンはフォトトライアック２５に照射される光の点滅を制御する。抵抗２６はゲート電流を制限する。
【００２２】
図２に示されるように、モータ用駆動回路１１は実装基板３１として提供される。実装基板３１は、ブリッジ整流器３２、トライアック素子３３、突入電流防止抵抗素子３４、キャパシタ素子３５およびインバータ素子３６を備える。これらは基板３７に実装される。ブリッジ整流器３２は前述のダイオードブリッジ１６に相当する電子部品である。トライアック素子３３は前述のトライアック２１に相当する電子部品である。同様に、突入電流防止抵抗素子３４は前述の突入電流防止抵抗２２に相当する電子部品であり、キャパシタ素子３５は前述のキャパシタ１８に相当する電子部品であり、インバータ素子３６は前述のインバータ１３に相当する電子部品である。
【００２３】
突入電流防止抵抗素子３４とトライアック素子３３の間には熱伝導性を有する部材としてシリコーン材３８が挟まれる。シリコーン材３８は、突入電流防止抵抗素子３４にトライアック素子３３を接着する。シリコーン材３８はトライアック素子３３の放熱板３３ａに接触すればよい。放熱板３３ａは例えば高い熱伝導率を有する金属板から形成されればよい。こうした接着に応じて突入電流防止抵抗素子３４は熱的にトライアック素子３３に結合される。突入電流防止抵抗素子３４の熱はシリコーン材３８を介してトライアック素子３３に伝達される。
【００２４】
次にモータ用駆動回路１１の動作を簡単に説明する。スイッチ１７は切断されている。フォトトライアック２５はオフされ、ゲート駆動回路２３からトライアック２１にゲート電流は供給されていない。その結果、トライアック２１は切断される。インバータ１３からモータ１２に電力は供給されていない。こうした状態ではトライアック素子３３や突入電流防止抵抗素子３４の温度は環境温度に保持される。
【００２５】
スイッチ１７が接続されると、キャパシタ１８に充電電流が流れる。このとき、交流電源１５の交流電流はダイオードブリッジ１６で整流され直流電流に変換される。トライアック２１は切断されていることから、直流電流は突入電流防止抵抗２２を流通する。その結果、突入電流防止抵抗２２ではジュール熱が生成される。突入電流防止抵抗素子３４は発熱する。突入電流防止抵抗素子３４の温度は上昇する。突入電流防止抵抗素子３４の熱はトライアック素子３３に伝達される。こうしてトライアック素子３３の温度は上昇する。
【００２６】
交流電源の供給開始から所定時間が経過し、キャパシタ１８の充電が完了し突入電流が流れなくなった所でトライアック２１に対してゲート電流の供給を開始する。図示しないマイコンは上記所定時間後にフォトトライアック２５をターンオンする。フォトトライアック２５のターンオンに応じて直流電源２４からトライアック２１のゲートにゲート電流が供給される。ゲート電流の供給に応じてトライアック２１はターンオンする。直流電流はダイオードブリッジ１６からトライアック２１経由でキャパシタ１８およびインバータ１３に供給される。突入電流防止抵抗２２に電流は流れなくなり突入電流防止抵抗２２での電流の損失は回避される。インバータ１３の動作に応じてモータ１２は制御される。
【００２７】
図３は縦軸がゲート電流の大きさの相対値、横軸が温度を示している。トライアック２１の温度が低ければ低いほど、ターンオンにあたって大きなゲート電流が要求される。例えば図３の例では、摂氏２５度のゲート電流に対して摂氏−４０度の低温時には概ね２．２５倍のゲート電流が要求される。したがって、ゲート駆動回路２３の設計時には、低温時に大きな電流が流れても熱破壊を引き起こさないように、電流容量の大きなフォトトライアック２５や抵抗２６が選定される。電流容量の大きなフォトトライアック２５や抵抗２６（それらに相当する電子部品）は実装基板３１の低価格化や小型化を妨げてしまう。
【００２８】
本実施形態では、突入電流防止抵抗素子３４にはトライアック素子３３のターンオンに先立って電流が供給される。電流の供給に応じて突入電流防止抵抗素子３４は発熱する。突入電流防止抵抗素子３４の熱がトライアック素子３３に伝達されると、トライアック素子３３の温度は環境温度よりも高まる。その結果、トライアック素子３３のターンオンにあたって要求されるゲート電流の大きさは環境温度に対して要求されるゲート電流の大きさよりも低減されることができる。ゲート駆動回路２３の回路部品はトライアック素子３３の温度は上記の構成により一定温度以上となり、低温で起動することがなくなるため、ゲート電流の大きさは低減され、従って小さい電流容量のものが選択されることができる。こうした回路部品の選定は実装基板３１の低価格化や小型化に寄与することができる。しかも、通常の動作シーケンスに従って突入電流防止抵抗素子３４はトライアック素子３３のターンオンに先立って発熱することから、特別な制御回路は不要である。
【００２９】
ゲート駆動回路２３ではゲート電流の供給および遮断の切り替えにあたってフォトトライアック２５が利用される。フォトトライアック２５のオンオフに応じてゲート電流の供給および遮断は制御される。ゲート電流の供給開始のタイミングは突入電流防止抵抗２２に電流が流れ発熱し、その熱がトライアック素子３３に伝熱した後にする様に制御する。こうした制御によりトライアック素子３３は確実に温度上昇の後にターンオンすることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１３  インバータ、１４  コンバータ、１８  キャパシタ、２５  フォトトライアック、３１  実装基板、３３  サイリスタ素子（トライアック素子）、３４  突入電流防止抵抗素子、３８  熱伝導性シリコーン材。
【図１】
2017070033.tif 000003
【図２】
2017070033.tif 000004
【図３】
2017070033.tif 000005