(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源とグランドとの間に負荷と共に直列に接続される駆動用トランジスタを備え、前記駆動用トランジスタの導通状態を制御することで、前記負荷を駆動制御する負荷駆動装置において、
前記駆動用トランジスタに並列接続され、且つ、吸熱面が前記駆動用トランジスタ側となるように配置されるサーモ・モジュールを備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記サーモ・モジュールは、前記駆動用トランジスタと放熱フィンと共に一体化されて駆動素子ユニットを構成していることを特徴とする請求項１記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記サーモ・モジュールは、吸熱面が前記駆動用トランジスタに直接的又は間接的に接触するように、且つ放熱面が前記放熱フィン側となるように配置されていることを特徴とする請求項２記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記サーモ・モジュールは、放熱面が前記放熱フィンに直接的又は間接的に接触するように配置されていることを特徴とする請求項３記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記放熱フィンは、配線が導出される以外の部分が閉塞された筒状をなしており、
前記サーモ・モジュールと前記駆動用トランジスタとは、前記放熱フィンの内部に配置されていることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
請求項２乃至５の何れかに記載の負荷駆動装置を備え、
前記負荷を、ファンを回転させるモータとして、
前記ファンにより送風される経路中に、前記駆動素子ユニットを配置したことを特徴とする負荷駆動装置の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源とグランドとの間に負荷と共に直列に接続される駆動用トランジスタの導通状態を制御して、負荷を駆動制御する負荷駆動装置，及び負荷駆動装置の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電源とグランドとの間に、ＤＣモータ等の負荷と共にパワーＭＯＳＦＥＴを直列に接続し、ＦＥＴの導通状態を制御してモータを駆動する場合には、ＦＥＴに通電された電流は殆どが熱エネルギーとして消費されている。そして、ＦＥＴの発熱を抑制するため送風により強制冷却を行う場合もあるが、それでも冷却が不十分であれば、負荷の制御自体に制限をかける必要も生じる。
【０００３】
このように、駆動用トランジスタの冷却を行う技術として、特許文献１に開示されているものがある。特許文献１では、ペルチェ効果により冷却を行う冷却素子を用いており、制御装置が温度検出装置からの電圧信号に基づきパワートランジスタの温度を算出し、その温度に応じてバスバーに取り付けられた冷却素子に流す電流を制御することで、バスバーに接続されているパワートランジスタを冷却するようになっている。
【特許文献１】特開２００６−２８７１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、パワートランジスタを冷却するため制御装置が冷却素子に通電する電流を制御しており、冷却を行うために付加する構成が複雑になってしまうという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑な制御を行わずとも、駆動用トランジスタを冷却できる負荷駆動装置，及び負荷駆動装置の冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の負荷駆動装置によれば、駆動用トランジスタに並列接続され、且つ、吸熱面が駆動用トランジスタ側となるように配置されるサーモ・モジュールを備えるので、負荷に対して通電を行う場合はサーモ・モジュールにも電流が流れて駆動用トランジスタが冷却される。したがって、駆動用トランジスタを冷却するための制御が全く不要となり、冷却を行うために付加する構成を最小限にできる。
【０００６】
請求項２記載の負荷駆動装置によれば、サーモ・モジュールを、駆動用トランジスタと放熱フィンと共に一体化して駆動素子ユニットを構成するので、駆動用トランジスタが発した熱を放熱フィンに伝達して冷却を効率的に行うことができる。
【０００７】
請求項３記載の負荷駆動装置によれば、サーモ・モジュールの吸熱面が駆動用トランジスタに直接的又は間接的に接触するように、且つ放熱面が放熱フィン側となるように配置するので、駆動用トランジスタが発した熱をサーモ・モジュールが吸熱し、放出した熱を放熱フィンに伝達することで行う冷却を一層効率的に行うことができる。
【０００８】
請求項４記載の負荷駆動装置によれば、サーモ・モジュールの放熱面を放熱フィンに直接的又は間接的に接触するように配置するので、サーモ・モジュールが放出した熱を、より確実に放熱フィンに伝えることができる。
【０００９】
請求項５記載の負荷駆動装置の冷却システムによれば、サーモ・モジュール及び駆動用トランジスタを、筒状をなす放熱フィンの内部に配置するので、駆動用トランジスタの冷却を一層効率的に行うことができる。
【００１０】
請求項６記載の負荷駆動装置の冷却システムによれば、請求項２乃至５の何れかに記載の負荷駆動装置を備えて、ファンを回転させるモータを負荷として、そのファンにより送風される経路中に駆動素子ユニットを配置する。したがって、負荷駆動装置がモータを駆動すれば、ファンの送風によって駆動素子ユニットを冷却できるので、駆動素子ユニットを冷却するための構成を別途設ける必要がなく、負荷駆動装置と冷却システムとを含む全体を小型に構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１実施例）
以下、本発明を車両（例えば自動車）に搭載されるエアコンディショナー（以下、エアコンと称す）に用いられる送風用のブロワモータやクーリングファンモータを負荷として駆動する装置に適用した場合の第１実施例について図１乃至図３を参照して説明する。図１において、バッテリ（電源）１の正側端子とグランドとの間には、ヒューズ２，リレースイッチ３（スイッチ回路），ＤＣモータ（送風ファンモータ，負荷）４，ＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子，駆動用トランジスタ）５の直列回路が接続されている。モータ４は、図示しない送風ファンを回転させてエアコンの送風を行なう。
【００１２】
そして、ＦＥＴ５には、サーモ・モジュール６が並列に接続されている。サーモ・モジュール６は、Ｐ型，Ｎ型半導体素子の組合せによって構成され、直流電流が通電されると、一方の面から吸収した熱を他方の面から放熱するように作用する（尚、通電方向が逆転すると、吸熱，放熱の方向も逆になる）。
【００１３】
入力信号処理部７は、空調制御を行う図示しないエアコンＥＣＵ(Electronic Control Unit)によって出力される駆動制御信号ＳＩを処理する。エアコンＥＣＵは、駆動制御信号（モータ４に対する印加電圧指令）を例えば搬送波周波数が５ｋＨｚ程度であるＰＷＭ信号として出力する。そして、入力信号処理部７は、そのＰＷＭ（パルス幅変調）信号をフィルタなどによりＤ／Ｖ変換し、変換した電圧信号に基づき駆動指令信号を生成して駆動回路８に出力する。
【００１４】
駆動回路８は、与えられた駆動指令信号に応じてリレースイッチ３の開閉を制御し、モータ４を駆動する場合はリレースイッチ３を閉じてＦＥＴ５のゲートに駆動信号を出力する。すると、ＦＥＴ５は、そのゲート駆動信号のレベルに応じてモータ４に対する印加電圧を制御する（リニア駆動）。電圧モニタ９は、ＦＥＴ５のドレイン電圧ＶＭ（−）をモニタして駆動回路８にモニタ信号を出力している。そして、駆動回路８は、ドレイン電圧ＶＭ（−）を参照しながらモータ４に対する印加電圧が狙い値になるようにフィードバック制御する。以上が負荷駆動装置１０を構成している。
【００１５】
図２は駆動素子ユニットの構成を、一部を破断して示す側面図である。駆動素子ユニット１１は、ＦＥＴ５とサーモ・モジュール６とを放熱フィン１２に内蔵して一体化することで構成されている。ＦＥＴ５は、樹脂によりハーフモールドパッケージされており、サーモ・モジュール６は、吸熱面がＦＥＴ５のパッケージに対向するようにして、そのパッケージに高熱伝導接着剤（例えばシリコン系）１３により接着されている。そして、両者が一体化されたものが放熱フィン１２の内部に挿入され、ＦＥＴ５の非モールド部分と、サーモ・モジュール６の放熱面とが放熱フィン１２の内面に接するようにして、やはり高熱伝導接着剤１３により接着固定されている。
【００１６】
更に、放熱フィン１２内部の隙間部分にも、高熱伝導接着剤１３が充填されている。図２中下方に対して、ＦＥＴ５のリード５Ｌが放熱フィン１２の外部に導出されており、モータ４やグランドとの電気的接続をとるためのコネクタ１４が基部となっている。結果的に、ＦＥＴ５及びサーモ・モジュール６は、放熱フィン１２の内部に密閉された状態となっている。
【００１７】
次に、本実施例の作用について図３も参照して説明する。駆動回路８は、ＥＣＵより駆動指令信号が与えられていない場合はリレースイッチ３をオフにしており、駆動指令信号が与えられるとリレースイッチ３をオンしてＦＥＴ５のゲートに駆動信号を出力し、モータ４に対する印加電圧を制御する（ロウサイド駆動方式）。
この時、サーモ・モジュール６に対しても電流が流れて、サーモ・モジュール６はＦＥＴ５が発した熱を吸熱面より吸熱し、放熱面より放熱フィン１２を介して放熱させることでＦＥＴ５を冷却する。すなわち、モータ４の通電電流をＩＭ，ＦＥＴ５を介して流れる電流をＩ１，サーモ・モジュール６に流れる電流をＩ２とすると、（ＩＭ＝Ｉ１＋Ｉ２）の関係にある。
【００１８】
図３は、ＦＥＴ５に、サーモ・モジュール６を並列に接続した場合と接続しない場合とについて、負荷：モータ４への印加電圧の変化に対する消費電力の変化をシミュレーションした結果の一例を示す。但し、サーモ・モジュール６については、抵抗値２Ωの抵抗素子とみなしており、図３の結果は、上記抵抗素子に電流が分流することによる消費電力の変化である。また、電源電圧は１３．５Ｖ，負荷は１２Ｖにおいて２６０Ｗである。この図３から明らかなように、サーモ・モジュール６を接続した場合は、印加電圧が低くなるほど消費電力が低下している。
【００１９】
以上のように本実施例によれば、ＦＥＴ５に並列接続されるサーモ・モジュール６を備えるので、モータ４に対して通電を行う場合はサーモ・モジュール６にも電流が流れてＦＥＴ５が冷却される。したがって、ＦＥＴ５を冷却するための制御が全く不要となり、冷却を行うために付加する構成を最小限にできる。
そして、サーモ・モジュール６を、ＦＥＴ５と共に筒状をなす放熱フィン１２の内部に配置して駆動素子ユニット１１を構成し、サーモ・モジュール６の吸熱面がＦＥＴ５に高熱伝導接着剤１３を介して間接的に接触するように、且つ放熱面が放熱フィン１２側となるように配置するので、ＦＥＴ５が発した熱をサーモ・モジュール６が一旦吸熱し、放出した熱を放熱フィン１２に伝達して冷却を一層効率的に行うことができる。また、ＦＥＴ５の防水性も確保できる。更に、サーモ・モジュール６の放熱面を、放熱フィン１２の内面に高熱伝導接着剤１３を介して間接的に接触するように配置するので、サーモ・モジュール６が放出した熱をより確実に放熱フィン１２に伝えることができる。
【００２０】
（第２実施例）
図４は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施例の負荷駆動装置２１は、第１実施例の構成をハイサイド駆動方式に変更したものであり、リレースイッチ３とグランドとの間には、ＦＥＴ５とサーモ・モジュール６との並列回路，モータ４が順次接続されている。また、電圧モニタ９は、ＦＥＴ５のソース電位を検出するようになっている。以上のように構成される第２実施例による場合も第１実施例と同様の効果が得られる。
【００２１】
（第３実施例）
図５は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分について説明する。第３実施例の負荷駆動装置２２は、第１実施例の構成に、電流検出抵抗２３，電流モニタ２４及び保護機能部２５を追加したものである。電流検出抵抗２３は、ＦＥＴ５とサーモ・モジュール６との並列回路グランドとの間に接続されており、その電流検出抵抗２３の両端には、電流モニタ２４の入力端子が接続されている。
【００２２】
電流モニタ２４は、電流検出抵抗２３の端子電圧に基づいて当該抵抗２３に流れる電流を検出するものであり、その検出信号は保護機能部２５に出力されている。保護機能部２５は、与えられた検出信号に基づいてＦＥＴ５の保護動作を行なう。例えば、モータ４がロック状態になった場合に、検出される電流値がしきい値を超える過電流が流れると、保護機能部２５は、ＦＥＴ５による印加電圧を低下させるように駆動回路８Ａに指令を与えて通電電流量を制限する。
以上のように構成される第３実施例による場合も、第１実施例と同様の効果が得られる。
【００２３】
（第４実施例）
図６は本発明の第４実施例を示すものである。第４実施例の負荷駆動装置３１は、モータ４をＨブリッジ回路３２により駆動する構成であり、図６は、Ｈブリッジ回路３２部分のみ示している。Ｈブリッジ回路３２は、４つのＦＥＴ５ａ〜５ｄで構成されており、モータ４は、ＦＥＴ５ａ，５ｂの共通接続点（ソース，ドレイン）と、ＦＥＴ５ｃ，５ｄの共通接続点との間に接続されている。そして、各ＦＥＴ５ａ〜５ｄに対して、４つのサーモ・モジュール６ａ〜６ｄがそれぞれ並列に接続されている。また、電源＋ＢとＦＥＴ５ａ，５ｃのドレインとの間には、リレースイッチ３ａ，３ｂがそれぞれ挿入されている。
【００２４】
次に、第４実施例の作用について説明する。モータ４を駆動しない場合、リレースイッチ３ａ，３ｂは何れもオフされている。そして、モータ４を正転させる場合には、リレースイッチ３ａをオンすると共にＦＥＴ５ａ，５ｄをオンさせる。すると、サーモ・モジュール６ａ，６ｄにも同時に通電が行われて、ＦＥＴ５ａ，５ｄを冷却する。一方、モータ４を逆転させる場合には、リレースイッチ３ｂをオンすると共にＦＥＴ５ｃ，５ｂをオンさせる。すると、サーモ・モジュール６ｃ，６ｂにも同時に通電が行われて、ＦＥＴ５ｃ，５ｂを冷却する。
以上のように第４実施例によれば、本発明を、Ｈブリッジ回路３２を備える負荷駆動装置３１に適用した場合に、Ｈブリッジ回路３２を構成する各ＦＥＴ５ａ〜５ｄを、サーモ・モジュール６ａ〜６ｄにより冷却することができる。
【００２５】
（第５実施例）
図７は本発明の第５実施例を示すものである。図７は図６と同様に負荷駆動装置３３の一部を示すもので、負荷を、モータ４に替えて抵抗体からなるヒータ３４としたものである。斯様に構成される第５実施例による場合も、第１実施例と同様の効果が得られる。
【００２６】
（第６実施例）
図８は本発明の第６実施例を示すものである。第６実施例は、例えば第１実施例の負荷駆動装置１０における駆動素子ユニット１１を送風冷却するシステムの具体例を示すものである。図７に示すファン４１はモータ４により回転されるものであり、送風用のダクト４２（送風経路）の内部に駆動素子ユニット１１の放熱フィン１２部分が位置するように配置されている。以上が、冷却システム４３を構成している。
【００２７】
すなわち、駆動回路８がモータ４を制御してファン４１を回転させて送風を行うと、その送風により駆動素子ユニット１１を強制冷却するようになっている。したがって、サーモ・モジュール６が吸収したＦＥＴ５の発熱を放熱フィン１２に伝えて放熱すると、放熱フィン１２がファン４１の送風により冷却されて熱が放散されるので、ＦＥＴ５をより効率的に冷却することができる。
【００２８】
以上のように第６実施例によれば、ファン４１を回転させるモータ４を負荷として、そのファン４１により送風される経路中に駆動素子ユニット１１を配置するので、負荷駆動装置１０がモータ４を駆動すれば、ファン４１の送風によって駆動素子ユニットを冷却でき、駆動素子ユニット１１を冷却するための構成を別途設ける必要がなく、負荷駆動装置１０と冷却システム４３とを含む全体を小型に構成できる。
【００２９】
（第７実施例）
図９は、本発明の第７実施例を示す図２相当図である。第７実施例の駆動素子ユニット５１は、筒状をなす放熱フィン１２に替えて、２つの板状の放熱フィン５２，５３を用いて構成されている。すなわち、放熱フィン５２は、ＦＥＴ５の非モールド側に配置・固定されており、放熱フィン５３は、サーモ・モジュール６の放熱面側に配置・固定されている。そして、放熱フィン５２，５３の図中上端側には、例えば樹脂で構成されるケース５４が配置されている。尚、このケース５４は、ＦＥＴ５及びサーモ・モジュール６の側面部（図中の手前側，奥行側）を覆うように形成されていても良い。
以上のように構成される第７実施例による場合も、ＦＥＴ５が発した熱を直接放熱フィン５２に伝達すると共に、サーモ・モジュール６を介して放熱フィン５３にも伝達して放熱冷却を良好に行うことができる。
【００３０】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
高熱伝導接着剤１３を使用せずとも、グリス等を使用してＦＥＴ５とサーモ・モジュール６とをねじ止めやばね止めで固定しても良い。また、サーモ・モジュール６の吸熱面とＦＥＴ５，放熱面と放熱フィン１２の内面とが直接的に接するように配置しても良い。第７実施例の駆動素子ユニット５１についても同様である。
必ずしも駆動素子ユニット１１，５１を構成して冷却を行う必要はない。
第７実施例の駆動素子ユニット５１を用いて、第６実施例のような冷却システムを構成しても良い。
【００３１】
駆動用トランジスタは、ハーフモールドパッケージされているものに限らず、フルモールドパッケージされているものでも良い。
ハイサイドの駆動用トランジスタは、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いても良い。また、駆動用トランジスタは、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）でも良い。
負荷は、車両に搭載されるモータ等に限ることはない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施例であり、モータ駆動装置の構成を示す機能ブロック図
【図２】駆動素子ユニットの構成を、一部を破断して示す側面図
【図３】サーモ・モジュールの有無に応じた、モータへの印加電圧変化に対する消費電力変化をシミュレーションした結果の一例を示す図
【図４】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図５】本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図６】本発明の第４実施例を示す図１の一部相当図
【図７】本発明の第５実施例を示す図１の一部相当図
【図８】本発明の第６実施例であり、冷却システムの構成を示す図
【図９】本発明の第７実施例を示す図２相当図
【符号の説明】
【００３３】
図面中、１はバッテリ（電源）、４はＤＣモータ（負荷）、５はＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ（駆動用トランジスタ）、６はサーモ・モジュール、１０は負荷駆動装置、１１は駆動素子ユニット、１２は放熱フィン、２１，２２，３１，３３は負荷駆動装置、３４はヒータ（負荷）、４１はファン、４２はダクト（送風経路）、４３は冷却システム、５１は駆動素子ユニット、５２，５３は放熱フィンを示す。
【図１】
0005024188.tif 000002
【図２】
0005024188.tif 000003
【図３】
0005024188.tif 000004
【図４】
0005024188.tif 000005
【図５】
0005024188.tif 000006
【図６】
0005024188.tif 000007
【図７】
0005024188.tif 000008
【図８】
0005024188.tif 000009
【図９】
0005024188.tif 000010