(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装面に回路素子が実装される配線基板と、前記配線基板が固定されるとともにパワースィッチング素子および発熱部品を支承する良熱伝導性の金属部材とを備え、
前記金属部材は、
前記パワースィッチング素子を搭載するスィッチング素子搭載面が前記配線基板８の一辺から前記実装面側にて前記実装面に直角となる姿勢で配置される良熱伝導性のスィッチング素子支持部材と、
先端部が前記配線基板の実装面を越えて突出する発熱部品の底面を支承しつつ前記配線基板の反実装面を囲覆する良熱伝導性の配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材と、
を備える電力スィッチング装置であって、
前記スィッチング素子支持部材は、前記スィッチング素子支持部材とは別体の前記配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材の一辺部に前記実装面と直角方向へ締結され、かつ、前記配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材の一辺部と前記スィッチング素子支持部材との前記締結箇所とは別の位置にて前記配線基板の一辺部に前記実装面と直角方向へ締結されていることを特徴とする電力用スィッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワースィッチング素子が搭載される金属部材と、この金属部材に固定されてパワースィッチング素子を制御する電子回路が実装される配線基板とを備える電力用スィッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られているように、電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、入力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路、インバータ回路の出力電圧を変更するトランス、トランスの出力を整流する整流回路、及び、整流回路の出力電圧を平滑化する出力平滑化回路を有している。また、インバータ回路の入力電流の平滑化のために入力平滑回路を設けることも良く行われる。
【０００３】
電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ装置を構成する上記素子のうち少なくともインバータ回路の電力スィッチング素子は冷却やヒートシンクのために金属部材を通じて配線基板に固定され、電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ装置を構成する他の回路部品は配線基板に実装されるのが通常である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ装置（以下単にＤＣ−ＤＣコンバータ回路という）では、発熱部品の冷却性を損なうことなく、かつ、体格増大を招くことなく、組み立て作業の簡素化を図ることが容易ではなかった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、発熱部品の冷却性を損なうことなく、かつ、体格増大を招くことなく、組み立て作業の簡素化を図ることをその目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電力用スィッチング装置は、実装面に回路素子が実装される配線基板と、前記配線基板が固定されるとともにパワースィッチング素子および発熱部品を支承する良熱伝導性の金属部材とを備え、前記金属部材は、前記パワースィッチング素子を搭載するスィッチング素子搭載面が前記配線基板８の一辺から前記実装面側にて前記実装面に直角となる姿勢で配置される良熱伝導性のスィッチング素子支持部材と、先端部が前記配線基板の実装面を越えて突出する発熱部品の底面を支承しつつ前記配線基板の反実装面を囲覆する良熱伝導性の配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材とを備える電力スィッチング装置であって、前記スィッチング素子支持部材は、前記スィッチング素子支持部材とは別体の前記配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材の一辺部に前記実装面と直角方向へ締結され、かつ、前記配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材の一辺部と前記スィッチング素子支持部材との前記締結箇所とは別の位置にて前記配線基板の一辺部に前記実装面と直角方向へ締結されている
配線基板の裏面（反実装面）及び一側面（一辺）を囲覆してＬ字状の金属部材が設けられる。金属部材は互いに別体に形成された板状部材からなり、互いに締結されるスィッチング素子支持部材及び配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材からなり、配線基板の一辺部はスィッチング素子支持部材に支承され、配線基板の他部位は配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材に支承されている。
【０００７】
スィッチング素子支持部材は、配線基板の上記一側面を囲覆、保護するとともにパワースィッチング素子を搭載し、冷却する。
配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材は、配線基板の上記反実装面を一側面を囲覆、保護するとともに発熱部品を担持、冷却する。
なお、スィッチング素子支持部材に搭載されたパワースィッチング素子及び配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材に担持された発熱部品は配線基板の実装面上にて配線基板上の他の回路素子と接続される。
【０００８】
上記構成を採用することにより、以下の作用効果を奏することができる。
まず、配線基板を支承する金属部材は、Ｌ字状に形成されて配線基板の裏面（反実装面）及び一側面（一辺）を囲覆するので、これら裏面（反実装面）及び一側面（一辺）を良好に保護することができる。  次に、パワースィッチング素子はスィッチング素子支持部材により、他の発熱部品は配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材により、それぞれ良好に冷却されることができる。また、パワースィッチング素子と他の発熱部品は離れて配置でき、相互の熱干渉やスペースの取り合いが少ない。また、発熱部品は実装面の好適な部位に突出することができる。なお、この場合、パワースィッチング素子は配線基板の実装面と直角に形成されるスィッチング素子支持部材のスィッチング素子搭載面に設けられて実装面側に突出することになるが、半導体モジュールであるパワースィッチング素子の高さは小さく、それが大きく実装面側に飛び出すことはない。また、パワースィッチング素子及び発熱部品の端子は実装面上で良好に接続することができ、発熱部品の端子は上方からのねじの締結によりブスバーに簡単に接続することができる。更に、スィッチング素子支持部材と配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材とは、密着、締結されているので、両者間の熱伝導が良好となり、パワースィッチング素子も発熱部品もスィッチング素子支持部材と配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材との両方をヒートシンクや放熱部材として用いることができる。
【０００９】
本構成では更に、パワースィッチング素子を搭載するスィッチング素子支持部材と発熱部品を担持する配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材とを別体化している。
これにより、パワースィッチング素子をスィッチング素子支持部材に搭載し、パワースィッチング素子の外部接続端子を配線基板側に接続した後で、配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材をスィッチング素子支持部材に固定し、配線基板を囲覆、支持することが可能となり、パワースィッチング素子の外部接続端子の接続処理方法に各種のものを採用することができ、組み立て作業が簡素となる。たとえば、パワースィッチング素子をスィッチング素子支持部材に固定し、その外部接続端子を配線基板にはんだ付けした後、スィッチング素子支持部材及び配線基板を配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材に締結する。このようにすれば、外部接続端子の接続作業とくにはんだ付け作業時に配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材が邪魔となることがない。
【００１４】
【発明を実施するための態様】
本発明の電子回路装置の一例としてＤＣ−ＤＣコンバータ装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００１５】
【実施例１】
本発明の電子回路装置の実施例としてのＤＣ−ＤＣコンバータ装置（本発明でいう電力用スィッチング装置）を図１を参照して説明する。図１は、このＤＣ−ＤＣコンバータ装置の回路図である。
このＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、電気自動車の走行エネルギー蓄電用の主バッテリ（図示せず）から、補機及び制御装置給電用の補機バッテリに電圧変換して給電するためのものであって、直流電源（図示せず）に接続されてその電流を平滑化する入力平滑回路１、入力平滑回路１から入力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路２、インバータ回路２の出力電圧を変更するトランス３、トランス３の出力を整流する全波整流回路モジュール４、及び、全波整流回路モジュール４の出力電圧を平滑化する出力平滑化回路５を有するインバータ回路をその主要な構成要素とし、更に、インバータ回路２を制御するコントローラ、電流センサなどを有し、出力平滑化回路５は平滑コンデンサ６及びチョークコイル７からなる。
【００１６】
更に、このＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、斜視図である図２に示すように、上記部品や回路素子を実装するための配線基板８及びベースプレート（本発明でいう金属部材）９を有している。配線基板８の実装面には、各部品や回路素子の間を縫って多数のブスバー１０が延設されている。
インバータ回路２は周知のように４個のＩＧＢＴモジュール（パワースィッチング素子）１１をいわゆるＨブリッジ構成してなり、各ＩＧＢＴモジュール１１はＩＧＢＴとフライバックダイオードとを逆並列接続してなる。
【００１７】
配線基板８は、全波整流回路モジュール４、ＩＧＢＴモジュール１１、トランス３及びチョークコイル７以外の部品や回路素子が実装面に実装される多層アルミナ基板からなる。各部品や回路素子を配線基板８に実装するには、図４に示すように、配線基板８に設けたホールに端子を挿入し、配線基板８の反実装面側ではんだで固定して行われる。
【００１８】
ベースプレート９は、アルミ部材であって、配線基板８の反実装面に近接してそれと平行に延設される厚板状の平行板部（本発明でいう配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材）９１と、平行板部９１の短辺から配線基板８側へ向けて平行板部９１と直角に立設される線状突起部９２と、パワースィッチング素子支持板部（スィッチング素子支持部材）９３とからなる。
【００１９】
パワースィッチング素子支持板部９３は、その配線基板８側の主面にインバータ回路２の各ＩＧＢＴモジュール１１が搭載されるヒートシンクであって、線状突起部９２の頂面にねじ９４により締結され、これにより、ベースプレート９の平行板部９１は配線基板８の反実装面に所定間隔を隔てて対面されている。したがって、ベースプレート９の平行板部９１は、配線基板８の反実装面を保護するケース機能を有するとともに、ＩＧＢＴモジュール１１の放熱板としての機能も有している。
【００２０】
配線基板８の一辺は、図４に示すように、パワースィッチング素子支持板部９３の下端部から配線基板８側へ配線基板８と平行に延設される配線基板支持突起９５の下面に接して締結されている。配線基板８の他部位も、平行板部９１から配線基板８側へ向けて立設される配線基板支持突起９６に締結され、これにより、ベースプレート９は、配線基板８を支持する機能も果たしている。
【００２１】
配線基板８には、図３、図４に示すように、トランス３挿入用の孔部８１と、全波整流回路モジュール４及びチョークコイル７挿入用の切り欠き部８２とが設けられている。トランス３は孔部８１に挿入されて、その底面は平行板部９１の上面に突設されたトランス用台座部９７に着座されている。全波整流回路モジュール４は切り欠き部８２に挿入されて、その底面は平行板部９１の上面に突設された台座部９８に着座されている。チョークコイル７は全波整流回路モジュール４に隣接して切り欠き部８２に挿入されて、その底面は平行板部９１の上面に突設された台座部９９に着座されている。すなわち、ベースプレート９は大重量部品であるトランス３及びチョークコイル７を担持する機能を有するとともに、大発熱部品である全波整流回路モジュール４を支持し放熱する機能も有する。
【００２２】
全波整流回路モジュール４は、台座部９８上に穿設されたねじ穴に締結されるが、トランス３およびチョークコイル７の下部はコアであるので台座部９７、９９に締結されない。ここで重要なことは、各台座部９７〜９９の高さはそれぞれ異なるように形成されて、それらの上に搭載された全波整流回路モジュール４、トランス３およびチョークコイル７の端子が、締結のために配線基板８の実装面上方の各ブスバー１０にそれぞれ重なることができるようになっている点にある。
【００２３】
トランス３は、一次コイル及び二次コイルが巻装された三脚形コア３０を有しており、この、三脚形コア３０の上にコア押さえプレート３１が被せられている。コア押さえプレート３１は、三脚形コア３０の側面に沿って配線基板８から立設される一対の側板部３１１と、両側板部３１１の先端間に設けられて三脚形コア３０の頂面に密接する天板部３１２とを有する門形薄板金属部材である。両側板部３１１は、配線基板８を貫通するねじによりベースプレート９の平行板部９１に締結され、これによりトランス３が配線基板８及びベースプレート９に固定されている。天板部３１２は、中央部がトランス３側に向けて湾曲してトランス３をベースプレート９の平行板部９１に向けて弾性付勢している。
【００２４】
チョークコイル７は、コイルが巻装された三脚形コア７０を有しており、この三脚形コア７０の上にコア押さえプレート７１が被せられている。コア押さえプレート７１は、三脚形コア７０の側面に沿って配線基板８から立設される一対の側板部７１１と、両側板部７１１の先端間に設けられて三脚形コア７０の頂面に密接する天板部７１２とを有する門形薄板金属部材である。両側板部７１１は、配線基板８を貫通するねじによりベースプレート９の平行板部９１に締結され、これによりチョークコイル７が配線基板８及びベースプレート９に固定されている。天板部７１２は、中央部がチョークコイル７側に向けて湾曲してチョークコイル７をベースプレート９の平行板部９１に向けて弾性付勢している。
【００２５】
インバータ回路２のＩＧＢＴモジュール（パワースィッチング素子）１１について、図５を参照して説明する。
各ＩＧＢＴモジュール１１は、ＩＧＢＴチップ及びダイオードチップがアルミブロックに接着され、樹脂モールドされてなり、それぞれ三本の外部接続端子１１ａが取り出されている。１１ｂは温度センサである。各ＩＧＢＴモジュール１１は薄い電気絶縁フィルム１１ｃを介して図示しないねじによりパワースィッチング素子支持板部９３に締結されている。各ＩＧＢＴモジュール１１の外部接続端子１１ａ及び温度センサ１１ｂの端子はそれぞれ配線基板８に設けた孔に挿入されて、配線基板８の裏面側ではんだ付けされている。
【００２６】
パワースィッチング素子支持板部９３は、その配線基板８側の主面にインバータ回路２の各ＩＧＢＴモジュール１１が搭載されるヒートシンクであって、線状突起部９２の頂面にねじ９４により締結され、これにより、ベースプレート９の平行板部９１は配線基板８の反実装面に所定間隔を隔てて対面されている。したがって、ベースプレート９の平行板部９１は、配線基板８の反実装面を保護するケース機能を有するとともに、ＩＧＢＴモジュール１１の放熱板としての機能も有している。
【００２７】
次に、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の要部組み立て順序を以下に説明する。まず、図５に示すように、必要な部品や回路素子を配線基板８の実装面に組み付け、それらの端子を配線基板８に設けた孔に挿入する。また、ＩＧＢＴモジュール１１及び温度センサ１１ｂをパワースィッチング素子支持板部９３に締結し、それらの外部接続端子１１ａを配線基板８に設けた孔に挿入する。また、パワースィッチング素子支持板部９３を配線基板８の一辺に締結する（図５参照）。
【００２８】
次に、このサブアッセンブリを噴流はんだ槽にセットして配線基板８の裏面側ではんだ付けを行い、その後、パワースィッチング素子支持板部９３を線状突起部９２に締結する。
最後に、図４に示すように、トランス３、全波整流回路モジュール４及びチョークコイル７を上方から取り付け、全波整流回路モジュール４を締結し、コア押さえプレート３１、７１を締結する。最後に、これらトランス３、全波整流回路モジュール４及びチョークコイル７の端子をブスバー１０などに締結する。
【００２９】
以上説明した本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ装置によれば、先に説明した作用効果の他に、次の効果を奏することができる。
本発明でいう配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材は平行板部９１及び線状突起部９２からなり、線状突起部９２が配線基板８と平行板部９１との間のギャップを確保するので、スィッチング素子支持部材であるパワースィッチング素子支持板部９２の下面に配線基板８を固定することができ、これによりパワースィッチング素子支持板部９２を配線基板８に固定した状態で配線基板８の裏面の噴流はんだ槽を用いた一括はんだ付けを支障なく行うことができる。
【００３０】
インバータ回路２のパワースィッチング素子を支持してそれを冷却するとともに配線基板を支持するベースプレート（金属部材）９は、配線基板８の反実装面に所定間隔を隔ててそれを保護する。更に、ベースプレート９はトランス３またはチョークコイル７の底面に密着して、その支持、冷却を行うことができる。
また、コアをもつため背が高くなるこのトランス３及びチョークコイル７の端子が、ベースプレート９と配線基板８との隙間分だけ、配線基板８側にシフトすることができるので、配線基板８に実装される背が低いその他の部品や回路素子とトランス３やチョークコイル７の端子との接続が容易となる。
【００３１】
その上、トランス３、全波整流回路モジュール４及びチョークコイル７が配線基板８の穴部や切り欠き部を通じてベースプレート９の平行板部９１に密着されるので、トランス３などのこれらの部品を配線基板８の周囲に設ける場合に比較して配線上、適切な場所に設けることができ、各部品間のスペース配分や配線引き回しが簡素とすることができ、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の体格縮小にも有効である。また、配線基板８に設けられたトランス３またはチョークコイル７挿入用の穴や切り欠きは、トランス３またはチョークコイル７の位置決め用のガイドとしても用いることができる。
【００３２】
更に、トランス３、全波整流回路モジュール４およびチョークコイル７すなわち各発熱部品を担持するベースプレートの台座部９７〜９９の頂面（発熱部品担持面）は、図４に示すように、互いに異なる高さに設定されて、これにより、これら発熱部品の端子がベースプレート９上方の各ブスバー１０にそれぞれ容易に締結されることができる。また、この締結により、各発熱部品をベースプレート９の平行板部９１に押し付けて伝熱抵抗を低減できる効果も奏する。
【００３３】
また更に、これら台座部９７〜９９は、ベースプレート９のアルミダイキャストにより作製することができ、製造工程を複雑化することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】  図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ装置の斜視図である。
【図３】  図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ装置の一部斜視図である。
【図４】  図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ装置の分解斜視図である。
【図５】  図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
２はインバータ回路、３はトランス（発熱部品）、４は全波整流回路モジュール（発熱部品）、７はチョークコイル（発熱部品）、８は配線基板、９はベースプレート（金属部材）、１０はブスバー、１１はＩＧＢＴモジュール（パワースィッチング素子）、１１ａはＩＧＢＴモジュール１１の外部接続端子、９１はベースプレート９の平行板部（配線基板囲覆支持兼発熱部品担持部材）、９２はベースプレート９の線状突起部、９３はベースプレート９のパワースィッチング素子支持板部（スィッチング素子支持部材）、８１は配線基板８の穴部、８２は配線基板８の切り欠き部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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