(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の放熱板と、第２の放熱板とにより冷却可能なＰＦＣ回路ユニットであって、前記第１の放熱板は第２の放熱板に対して比較的大きく、
前記ＰＦＣ回路ユニットは、
プリント基板と、
前記プリント基板に実装されたディスクリート半導体とを備え、
前記ディスクリート半導体は、
コレクタ電極がパッケージ表面に露出したスイッチングトランジスタと、
カソード電極がパッケージ表面に露出した高速整流ダイオードとを含み、
前記スイッチングトランジスタは、前記コレクタ電極が前記第１の放熱板に対向するように配置され、前記高速整流ダイオードは、前記カソード電極が前記第２の放熱板に対向するように配置され、前記第１および第２の放熱板は、前記ディスクリート半導体を挟むように取り付けられる、ＰＦＣ回路ユニット。
【請求項２】
前記高速整流ダイオードおよび前記スイッチングトランジスタと前記第２の放熱板との間には、絶縁シートが配置されることを特徴とする請求項１に記載のＰＦＣ回路ユニット。
【請求項３】
前記プリント基板の一方の面には、前記スイッチングトランジスタと、高速整流ダイオードとを含む回路部品が実装され、前記プリント基板の他方の面には外部回路と接続するための端子が配置されることを特徴とする、請求項１に記載のＰＦＣ回路ユニット。
【請求項４】
前記回路部品は、前記ＰＦＣ回路ユニットの雑音対策部品をさらに含む、請求項３に記載のＰＦＣ回路ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＰＦＣ回路ユニットに関し、特に、民生用の電気製品たとえばルームエアコンディショナや冷蔵庫や洗濯機などで応用されるディスクリート半導体を使用するＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＝力率改善を行うアクティブフィルタ）回路の半導体実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年民生用の電気製品において、省エネルギー化のためにＤＣモータの採用が増加してきている。このためには商用電源からＤＣ電源を得る必要がある。商用電源からＤＣ電源を作るときに、ダイオードブリッジと平滑コンデンサによる全波整流回路のみの回路構成では、入力電流波形が正弦波形にならず歪んでしまい、高調波を発生してしまう。この高調波は、各国で規制の対象となっており、高調波を低く抑えるためには、入力電流波形を商用電源電圧波形に同期した正弦波に近づける必要がある。この高調波を低減させるために、力率改善を行うアクティブフィルタ方式のＰＦＣ回路を全波整流回路に組み込むことが一般に実施されている。
【０００３】
従来のＰＦＣ回路ユニットとしては、アルミ絶縁基板に表面実装用の半導体素子を実装したＰＦＣ回路モジュールが一般的である。このようなＰＦＣ回路モジュールにおいては、アルミ絶縁基板に表面実装タイプの半導体素子を実装する場合と、アルミ絶縁基板に半導体チップをダイボンディング実装する場合があり、半導体チップを使用する場合は、チップ間またはチップと電極間がワイヤーボンディングで接続される。
【０００４】
また、従来のＰＦＣ回路ユニットは、実装済みのアルミ絶縁基板を樹脂ケースに取り付け、アルミ絶縁基板のアルミ部分を放熱板に接触するように樹脂ケースにネジ穴が開いた構造になっている。すなわち、半導体素子から発生する熱はアルミ絶縁基板に伝搬し、さらに放熱板に伝搬して冷却される構造になっている。
【０００５】
一般に、アルミ絶縁基板は、それ自体で実装面の半導体素子と裏面のアルミ板とが絶縁されているので絶縁シートを必要としない。ＰＦＣ回路モジュールは、モジュール内部にＰＦＣ制御回路を含み、エポキシ樹脂を充填したものが多く、外部回路との接続は上部にタブ端子があり、ファストン端子で配線するものが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来のＰＦＣ回路モジュールは、アルミ絶縁基板や樹脂ケースを使用しているので、コスト高になるという問題がある。また、アクティブフィルタからなるＰＦＣ回路は、一般にそれ自体から高い雑音を発生する回路であり、ＰＦＣ回路モジュールの場合は、種々の用途に対応するための標準化設計がなされているので、雑音対策は製品ごとにモジュールの外部で行うことが多かった。したがって、雑音発生源での対策ではないので効率のよい対策が困難であった。
【０００７】
さらに、ＰＦＣ回路モジュールは内部のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）が破損した場合、高価なモジュールごと破棄せねばならなかった。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的はディスクリート半導体を使用し、半導体が破損してもその半導体のみを交換して修理が可能なＰＦＣ回路ユニットを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ディスクリート半導体をプリント基板に実装し、そのディスクリート半導体を比較的大きな第１の放熱板に接触せしめて冷却するＰＦＣ回路ユニットにおいて、ディスクリート半導体はスイッチングトランジスタと、高速整流ダイオードとを含み、高速整流ダイオードを裏向けてスイッチングトランジスタと同一平面の第２の放熱板に配置することを特徴とする。
【００１０】
したがって、この発明では、ディスクリート半導体が破損しても、破損したディスクリート半導体を交換するだけで修理が可能となる。
【００１１】
また、高速整流ダイオードおよびスイッチングトランジスタと第２の放熱板との間には、絶縁シートが配置されることを特徴とする。
【００１２】
また、高速整流ダイオードおよびスイッチングトランジスタを介して、第２の放熱板と比較的大きな第１の放熱板とを熱的に結合させることを特徴とする。
【００１３】
さらに、第２の放熱板は、断面Ｌ字形状のアングル部材からなり、その垂直面に高速整流ダイオードおよびスイッチングトランジスタが取付けられることを特徴とする。
【００１４】
さらに、アングル部材の水平面はプリント基板上に配置され、該プリント基板上の部品を避けるためにくり抜かれていることを特徴とする。
【００１５】
さらに、プリント基板の裏面には外部回路と接続するための端子が配置されることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態が適用されるＰＦＣ回路ユニットの基本的な構成を示す回路図である。図１において、交流電源１からの交流電圧は、ダイオードブリッジＤＢによって直流電圧に整流され、ダイオードブリッジＤＢと平滑コンデンサＣ１との間に接続されたＰＦＣ回路ユニット２に与えられる。ＰＦＣ回路ユニット２は力率改善制御回路２０と、コンデンサＣ２１，Ｃ２２と、抵抗Ｒ１と、ＩＧＢＴ  Ｔ１と、ＦＲＤ  Ｄ１（Ｆａｓｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｄｉｏｄｅ：高速整流ダイオード）と、外付されるチョークコイルＬとを含む。
【００１７】
コンデンサＣ２１はＰＦＣ回路ユニット２の入力端子Ｔ＋，Ｔ−間に接続され、コンデンサＣ２２は出力端子Ｐ，Ｎ間に接続され、端子Ｌ１は端子Ｔ＋に接続されるとともにチョークコイルＬの一端に接続され、端子Ｌ２にはチョークコイルＬの他端とＩＧＢＴ  Ｔ１のコレクタＣとＦＲＤ  Ｄ１のアノードＡが接続される。ＩＧＢＴ  Ｔ１のゲートＧには力率改善制御回路２０からスイッチング信号が与えられる。ＩＧＢＴ  Ｔ１のエミッタＥは端子Ｎに接続され、ＦＲＤ  Ｄ１のカソードＫは端子Ｐに接続される。端子Ｔ−と端子Ｎとの間には抵抗Ｒ１が接続される。
【００１８】
このように構成されたＰＦＣ回路ユニットにおいて、力率改善制御回路２０からたとえば２０ｋＨｚのスイッチング信号がＩＧＢＴ  Ｔ１に与えられると、ＩＧＢＴ  Ｔ１がスイッチング動作し、ＯＮデューティを制御することにより、入力電流波形を商用電源電圧波形に同期した正弦波に近づける。
【００１９】
図２はＰＦＣ回路ユニットの具体的な回路図であり、図３はＰＦＣユニットの外観図であり、図４（ａ）はＴＯ−２４７パッケージの正面図であり、（ｂ）は側面図である。
【００２０】
図２に示したＰＦＣ回路ユニットは、ＩＧＢＴ  Ｔ２，Ｔ３を並列に設けた以外は図１の回路構成とほぼ同じである。そして、タブ端子Ｔ＋は全波整流用のダイオードブリッジの＋端子と接続され、Ｔ−端子は同じく全波整流用ダイオードの−端子と接続される。外部配線用のタブ端子Ｐは平滑用電解コンデンサの＋端子と接続され、タブ端子Ｎは同じく平滑用コンデンサの−端子と接続される。チョークコイルＬはタブ端子Ｌ１，Ｌ２から外部に引き出され、別途製品の適当な場所に取付けられる。
【００２１】
ＰＦＣ回路ユニットは、図３に示すように組み立てられている。プリント基板４上にはスペーサ５を介して断面Ｌ字状の第２の放熱板６が取りつけられており、放熱板６の垂直面には絶縁シート７を介してＩＧＢＴ  Ｔ２，Ｔ３とＦＲＤ  Ｄ１とが取付けられている。ＩＧＢＴ  Ｔ２，Ｔ３とＦＲＤ  Ｄ１がディスクリート半導体素子で、たとえば素子パッケージがＴＯ−２２０または図４（ａ），（ｂ）に示すようなＴＯ−２４７に封止されている場合、フルモールド品でない限り、放熱板６と接触する素子の面の電極が露出しており、通常ＩＧＢＴはコレクタ電極が露出し、ＦＲＤはカソード電極が露出している。
【００２２】
このため、図２でＩＧＢＴ  Ｔ２，Ｔ３のコレクタＣと、ＦＲＤ  Ｄ１のカソードＫは電気的に同極にならないので、直接導電性の放熱板６に接触させると電気的に短絡してしまう。この対応のため熱伝導の良好な絶縁シート７が必要になる。この実施形態では、ディスクリート半導体素子のＩＧＢＴ  Ｔ２,Ｔ３とＦＲＤ  Ｄ１のうち、どちらかというと発熱量の少ないＦＲＤ  Ｄ１を裏向けに実装することにより、ＰＦＣ回路ユニットをフラットな放熱板に取付けたとき、絶縁シートの取り付け忘れや破れなどがあってもＰＦＣ回路が短絡することはない。
【００２３】
また、放熱板６の垂直面には、ＰＦＣユニットを図３（ａ）一点鎖線で示す比較的大きな第１の放熱板１１に固定するためのネジ穴８…が形成されている。なお、放熱板１１とＰＦＣユニットの間にはたとえば絶縁シート７と同様の絶縁シート１０を挟み込む形でネジ止めされる。
【００２４】
放熱板６の水平部分は、プリント基板４上に取り付けられた保護回路部品や雑音対策部品などの背の高い部品を避けるためにコ字状にくり抜かれてれている。プリント基板４は両面スルーホール基板で構成されており、前記背の高い部品が実装されている面とは逆の裏面には外部回路と接続するためのタブ端子９が取付けられている。このタブ端子９に図示しないファストン端子を挿入接続することにより、放熱板の高温部に配線材が触れることがなく、安全な配線を達成できる。
【００２５】
従来のＰＦＣ回路モジュールの外部への接続は、たいていのものが比較的大きな放熱板に対して垂直方向にタブ端子が出ており、そのタブ端子へファストン端子によって接続するようにされており、放熱板から配線の折れ曲がり部分までの高さがたとえば６０ｍｍ近くの寸法を必要としたが、この実施形態では、ファストン端子の出ていく方向が比較的大きな放熱板１１に対して垂直方向であるので、放熱板１１から配線の折れ曲がり部分までの高さをたとえば５０ｍｍ以下にして実装することも可能となり、放熱板１１との接触面積も小さくすることができ、高さおよび面積ともに省スペースを図れる。
【００２６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、高速整流ダイオードを裏向けてスイッチングトランジスタと同一平面の第２の放熱板に配置することにより、ディスクリート半導体が破損しても、破損したディスクリート半導体を交換するだけで修理が可能となる。
【００２８】
しかも、従来のＰＦＣ回路モジュールがアルミ絶縁基板や樹脂ケースを使用しているので、コスト高になったのに対して、同じ機能を安価に実現できる。また、ＰＦＣモジュールに比べて雑音対策部品がＰＦＣ回路そのものに実装可能であり、発生源での対策が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態が適用されるＰＦＣ回路ユニットの基本的な構成を示す回路図である。
【図２】  図２はＰＦＣ回路ユニットの具体的な回路図である。
【図３】  ＰＦＣユニットの外観図である。
【図４】  （ａ）はＴＯ−２４７パッケージの正面図であり、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１  交流電源、２  ＰＦＣ回路ユニット、４  プリント基板、５  スペーサ、６，１１  放熱板、７，１０  絶縁シート、８  ネジ穴、９  タブ端子、２０  力率改善制御回路、Ｔ１〜Ｔ３  ＩＧＢＴ、Ｄ１  ＦＲＤ、Ｃ１  平滑コンデンサ、Ｃ２１，Ｃ２２  コンデンサ、ＤＢ  ダイオードブリッジ、Ｌ  チョークコイル。
【図１】
0003837064.tif 000002
【図２】
0003837064.tif 000003
【図３】
0003837064.tif 000004
【図４】
0003837064.tif 000005