回路基板及びそれを用いた電力変換装置
【課題】電力変換装置に用いられるパワーモジュールに搭載する絶縁基板を介し、その筐体と接続した接地面へと流出するコモンモード電流（漏洩電流）に起因する電磁界放射を抑制する。
【解決手段】電力変換装置のパワーモジュールに搭載されパワー半導体素子を実装する絶縁基板において、絶縁基板に寄生する容量を意図的に用い、インダクタと並列共振器を形成する。インダクタは外付部品実装もしくは絶縁基板内の配線パターンにより構成する。この構成により、絶縁基板に電気的に高インピーダンス特性を持たせられ、絶縁基板を介して流出するコモンモード電流すなわちそれに起因する電磁界放射を抑制できる。
【解決手段】電力変換装置のパワーモジュールに搭載されパワー半導体素子を実装する絶縁基板において、絶縁基板に寄生する容量を意図的に用い、インダクタと並列共振器を形成する。インダクタは外付部品実装もしくは絶縁基板内の配線パターンにより構成する。この構成により、絶縁基板に電気的に高インピーダンス特性を持たせられ、絶縁基板を介して流出するコモンモード電流すなわちそれに起因する電磁界放射を抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板、特に電力変換装置に用いられるパワーモジュールの回路基板の実装に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の電動化が進むにつれて、自動車への搭載品数が多くなっている電気電子装置に対する電磁環境適合性への規制が厳しくなっている。そのため、車載インバータ等のあらゆる電気装置もしくはそれらを構成するハーネスからの放射ノイズの低減が求められている。
【０００３】
特に、インバータ装置に搭載するパワーモジュールに用いられるパワー半導体の技術革新により、高速スイッチングが実現される反面、インバータ出力端子電圧の高速スイッチング変動に応じ、当該パワーモジュールに寄生する容量を介し接地面へ流れ出るコモンモード電流が増大するという問題が生じる。このコモンモード電流が、各装置で共有する接地面を迷走することにより、大きな電流ループを形成し、放射ノイズを増大させてしまう。
【０００４】
特許文献１では、ノイズ経路となる絶縁基板の誘電損失が高くなるよう、その材料にエポキシ樹脂に無機材を充填した熱硬化性組成物を使用することにより、絶縁基板のインピーダンスを高め、コモンモード電流を流れ難くするという材料視点での対策が記載されている。
【０００５】
しかしながら、絶縁基板の材質を工夫した対策のみにおいては、高周波におけるコモンモードノイズ対策が十分でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３５６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたもので、パワーモジュールから漏洩する高周波のコモンモード電流を抑制するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による電力変換装置は、その構成要素であるインバータ装置に搭載するパワーモジュールの絶縁基板（絶縁層）を媒体とし、当該絶縁基板の上面に位置するＩＧＢＴ等のパワー半導体と、下面に位置する金属ベースの実装面間に寄生する容量を経由し、接地面（アース）へ流出するコモンモード電流（漏洩電流）を低減させる機能を備える。それは、前記絶縁基板の寄生容量と並列にインダクタを接続することで、当該絶縁基板に並列共振器を形成する構造を有する（請求項１の発明）。この並列共振器は、先述の寄生容量とインダクタで定まる共振周波数において、電気的に高インピーダンスの特性を持つため、絶縁基板を流出するコモンモード電流の経路を遮断する効果を有する。
【０００９】
ここで、請求項１の発明において、上述の並列共振器を構成する箇所を、インバータのスイッチング動作により急峻かつ高電圧で変動する各相交流出力端子、すなわちパワーモジュールの各相下アームのコレクタ電極に接着する配線パターンと、絶縁基板を介してその反対側に面する金属ベース板の間に施すことで最大限のノイズ低減効果を発揮する。
【００１０】
請求項２及び請求項３の発明は、絶縁基板の上下面に配線パターン層を有する２層配線絶縁基板における本発明の応用例であり、下アームの配線パターンと金属ベースの間に外付け用チップインダクタを挿入することにより並列共振器を構成する。ここで、直流において下アームの配線パターンと金属ベースが導通しないように、当該インダクタと直列に直流カット用の外付け用チップコンデンサを接続する。
【００１１】
請求項４及び請求項７及びそれらに付随する請求項の発明は、絶縁基板の配線パターンを用いて絶縁基板内に並列共振器を構成する。この際、絶縁基板は２層以上の配線パターンを有する多層配線用絶縁基板を用いる。その並列共振器を構成するインダクタは、絶縁基板の配線パターン層を用いて、当該インダクタの一端部から伸びる配線パターンが、他端部を中心として当該他端部に近づくように屈曲しながら渦状に形成することにより実現する。以降の記述において、この配線パターンにより形成されたインダクタを、平型インダクタと称することにする。
【００１２】
また、平型インダクタを第２の絶縁基板上の配線パターンで形成した構成を挙げる。共振器の共振周波数は、平型インダクタのインダクタンスと、下アームパワー半導体を実装する第１の絶縁基板上の配線パターンと第２の絶縁基板上の配線パターン間に形成する寄生容量、及び第２の絶縁基板上の配線パターンと金属ベース間に形成する寄生容量により決まる。所望の共振周波数となるように、各基板間に形成する寄生容量を、各配線パターン層のオーバーラップ面積及び間隔により適宜調整する。共振器を構成する平型インダクタ及び寄生容量を、第２の絶縁基板の配線パターンを用い、下アームのパワー半導体の下層に形成することで、パワーモジュールの大きさは従来と同等の大きさで実現することが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、パワーモジュールから漏洩する高周波のコモンモード電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。
【図２】インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３の電気回路構成図である。
【図３（ａ）】本実施形態に関するパワーモジュール３００の上方斜視図である。
【図３（ｂ）】当該パワーモジュール３００の上視図である。
【図３（ｃ）】当該パワーモジュール３００の横視図である。
【図４】本実施形態に関するパワーモジュール３００の直流端子の分解斜視図である。
【図５】上下アーム直列回路１５０を構成する回路パターンを示した分解斜視図である。
【図６】インバータに搭載するパワーモジュールの一般的な実装の構成断面図である。
【図７】本実施形態に係るパワーモジュール３００の部分拡大図である。
【図８（ａ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。
【図８（ｂ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上視図である。
【図８（ｃ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した横視図である。
【図８（ｄ）】本実施形態の構成を用いた上下アーム直列回路１５０を回路的に表現した図である。
【図９（ａ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。
【図９（ｂ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上視図である。
【図９（ｃ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した横視図である。
【図１０（ａ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。
【図１０（ｂ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上視図。
【図１０（ｃ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した横視図である。
【図１１】各実施形態に対応する等価回路図である。
【図１２】共振器のインピーダンス概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態を説明する前に、本実施形態に係る課題及び原理を説明する。
【００１６】
図６を用いて、上記のパワーモジュールから絶縁基板（絶縁層）の寄生容量を介してコモンモード電流が流れる原理を説明する。図６はインバータに搭載するパワーモジュールの一般的な実装の構成断面図である。本例においては、インバータを構成する各相及び各アームの素子が個別の基板上に独立して実装する場合で説明するが、１つもしくは複数の基板上に実装する場合であっても同様である。尚、図中の符号は、断り無い限り上アームと下アームでそれぞれ対応するものは同符号とする。
【００１７】
スイッチング素子である上アームＩＧＢＴ３２８及び下アームＩＧＢＴ３３０は、各々の絶縁基板（絶縁層）３３４上の配線パターン（第１配線導体）３３４ｋにコレクタ電極を下向きに実装される。配線パターンへの実装の際は、はんだ３３７を用いて接着する。ＩＧＢＴと並列配置するダイオード１５６，１６６の実装に関しても、上述と同じ様にはんだを用いて配線パターン上に接着される。絶縁基板３３４上のもう一方の配線パターン（第２配線導体）３３４ｒは、絶縁基板３３４を介して上側の配線パターン３３４ｋと反対側に対面配置している。
【００１８】
金属ベース３０４は、配線パターン３３４ｒにはんだ３３７を用いて接着され、絶縁基板３３４に実装されたパワー半導体を冷却する。ここで、コモンモード電流経路となる絶縁基板の寄生容量３５０は、当該絶縁基板３３４を挟んで上側の配線パターン３３４ｋと下側の配線パターン３３４ｒのオーバーラップする部分にて形成される。
【００１９】
また、金属ベース３０４、及び当該金属ベース３０４にインバータ装置の金属筐体を介して接続された接地面１６０は、寄生インダクタ３４９を有する。ここでの接地面とは、車両用インバータを例に挙げるとシャーシに相当する。
【００２０】
以上より、パワーモジュールは、寄生容量３５０と寄生インダクタ３４９が直列接続した構造を取るため、当該パワーモジュールは絶縁基板を介した直列共振器と見なされる。
この直列共振器は、図１２に示される、共振器のインピーダンス概略図に破線で示したような特性を持つ。共振周波数ｆresoにおいて低インピーダンスとなる領域が存在し、ｆresoを境界にして低域側で容量性、高域側で誘導性に振舞う。このｆresoは絶縁基板の寄生容量３５０と金属ベース及び接地面の寄生インダクタ３４９により定まる。
【００２１】
ここで、インバータ回路からのコモンモード電流すなわち漏洩電流が問題となるのは、インバータの動作周波数もしくはその高調波が、パワーモジュールの絶縁基板３３４が低インピーダンスになる周波数、すなわちｆreso周辺に位置するときである。このとき、絶縁基板３３４を貫通して接地面１６０に流れ出るコモンモード電流が過大になるという現象が起きる。
【００２２】
また別の表現をすると、下アームＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極に接続した配線パターン３３４ｋの電位は、インバータの出力端子１５９と同電位であり、上アームＩＧＢＴ３２８と下アームＩＧＢＴ３３０のスイッチングに応じて急峻な電位変動をする方形波である（図６左上の方形波を参照）。図６に示されるｉは絶縁基板を流れるコモンモード電流を示し、Ｃpは絶縁基板３３４の寄生容量３５０、ｖはインバータ出力端子１５９の電位である。急峻変動するインバータ出力電位ｖにより、下アームに寄生する容量３５０に流れる電流は、ｉ＝Ｃp（ｄｖ／ｄｔ）で表される。これより、その方形波ｖの急峻変動する立上り及び立下り部分において、絶縁基板３３４を介して流れ出るコモンモード電流ｉが過大となる。以上が、絶縁基板３３４を貫通するコモンモード電流の発生原理である。
【００２３】
なお、チップサイズ，周波数，寄生容量，インピーダンスに関する具体的な数値を用いて、ノイズの発生要因を説明する。図６において、アーム１相分のＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６が、寸法が５０mm×３０mm程度の絶縁基板３３４に形成された配線パターン３３４ｋ上に実装される場合を例に挙げる。絶縁基板３３４に熱伝導性の良いセラミックス基板を用いた場合、寄生容量（Ｃp）３５０は１００ｐＦ程度を有す。これは、絶縁基板３３４のインピーダンス｜Ｚ｜が１００ＭＨｚにおいて約１６Ωとなり、さらに数１００ＭＨｚを超えると｜Ｚ｜は１０Ω以下の低インピーダンスとなる。以上より、絶縁基板を介して流れる漏洩電流のノイズ問題は高周波において顕在化することがわかる。
【００２４】
上述したノイズ発生の要因を解消するためには、ノイズ発生の主要箇所であるパワーモジュール内部で形成されるノイズ経路を遮断することが非常に効果的である。そこで、ノイズ低減のため、ノイズ経路となる絶縁基板に対策を施すことを考える。例えば、絶縁基板の誘電損失が高くなるよう、その材料にエポキシ樹脂に無機材を充填した熱硬化性組成物を使用することにより、絶縁基板のインピーダンスを高め、コモンモード電流を流れ難くするという材料視点での対策が記載されている。
【００２５】
しかし、絶縁基板に高抵抗となる特殊材料を用いた対策では、その材質の誘電損失を利用してインピーダンスを高めているが、当該絶縁基板のインピーダンスの抵抗成分は周波数に反比例する値を持つため、高周波のコモンモード電流への対策には、より大きな誘電損失を持つ材質を使用する必要がある。しかし、実際に誘電正接（tanδ）が１０％を超えるような絶縁基板を創生することは困難である。従って、絶縁基板の材質を工夫した対策のみにおいては、高周波におけるコモンモードノイズ対策が十分でない。そこで、以下の実施形態にて説明する構成により高周波におけるコモンモードノイズを低減するようにしている。
【００２６】
本実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。本実施形態に係る電力変換装置は、ハイブリッド用の自動車や純粋な電気自動車に適用可能であるが、代表例として、ハイブリッド自動車に適用した場合における制御構成と回路構成について、図１と図２を用いて説明する。
【００２７】
図１は、ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。本実施形態に係る電力変換装置では、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。
【００２８】
車両駆動用インバータ装置は、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は運転モードに応じ、車両駆動用電動機が発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。
【００２９】
なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用電力変換装置として最適であるが、これら以外の電力変換装置、例えば電車や船舶，航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に対しても適用可能である。
【００３０】
図１において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶの駆動源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶの駆動源及びＨＥＶの電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２，１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記す。
【００３１】
車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支され、前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸が回転可能に軸支され、後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている（図示省略）。本実施形態のＨＥＶでは、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。前輪車軸１１４の中央部には前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側には変速機１１８の出力軸が機械的に接続されている。変速機１１８の入力側にはモータジェネレータ１９２の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ１９２の入力側には動力分配機構１２２を介してエンジン１２０の出力側及びモータジェネレータ１９４の出力側が機械的に接続されている。尚、モータジェネレータ１９２，１９４及び動力分配機構１２２は、変速機１１８の筐体の内部に収納されている。
【００３２】
インバータ装置１４０，１４２にはバッテリ１３６が電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との相互において電力の授受が可能である。本実施形態では、モータジェネレータ１９２及びインバータ装置１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４及びインバータ装置１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。すなわち、エンジン１２０からの動力によって車両を駆動している場合において、車両の駆動トルクをアシストする場合には第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、同様の場合において、車両の車速をアシストする場合には第１電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。
【００３３】
また、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
【００３４】
バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機としては例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータであり、バッテリ１３６からインバータ４３装置に直流電力が供給され、インバータ装置４３で交流の電力に変換されてモータ１９５に供給される。前記インバータ装置４３はインバータ装置１４０や１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数，電力を制御する。例えばモータ１９５の回転子の回転に対し進み位相の交流電力を供給することにより、モータ１９５はトルクを発生する。一方、遅れ位相の交流電力を発生することで、モータ１９５は発電機として作用し、モータ１９５は回生制動状態の運転となる。このようなインバータ装置４３の制御機能はインバータ装置１４０や１４２の制御機能と同様である。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２や１９４の容量より小さいので、インバータ装置４３の最大変換電力がインバータ装置１４０や１４２より小さいが、インバータ装置４３の回路構成は基本的にインバータ装置１４０や１４２の回路構成と同じである。
【００３５】
次に、図２を用いてインバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３の電気回路構成を説明する。尚、図１，図２に示す実施形態では、インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３は同様の構成で同様の作用を為し、同様の機能を有しているので、ここでは、代表例としてインバータ装置１４０の説明を行う。
【００３６】
本実施形態に係る電力変換装置２００は、インバータ装置１４０とコンデンサモジュール５００とを備え、インバータ装置１４０はインバータ回路１４４と制御部１７０とを有している。また、インバータ回路１４４は、上アームとして動作する上アームＩＧＢＴ３２８（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）及びダイオード１５６と、下アームとして動作する下アームＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と、からなる上下アーム直列回路１５０をモータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）分設けられ、それぞれの上下アーム直列回路１５０の中点部分（中間電極１６９）から交流端子１５９及び交流コネクタ１８８を通してモータジェネレータ１９２への交流電力線（交流バスバー）１８６と接続する構成である。上アームＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は正極端子（Ｐ端子）１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ電極に、下アームＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は負極端子（Ｎ端子）１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ電極にそれぞれ電気的に接続（直流バスバーで接続）されている。
【００３７】
また、制御部１７０はインバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、ドライバ回路１７４へ信号線１７６を介して制御信号を供給する制御回路１７２と、を有している。
【００３８】
上アームＩＧＢＴ３２８や下アームＩＧＢＴ３３０は、スイッチング用パワー半導体素子であり、制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力はモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。
【００３９】
インバータ回路１４４は３相ブリッジ回路により構成されており、３相分の上下アーム直列回路１５０がそれぞれ、バッテリ１３６の正極側と負極側に電気的に接続されている直流正極端子３１４と直流負極端子３１６の間に電気的に並列に接続されている。上アームＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３、エミッタ電極（信号用エミッタ電極端子１５５）、ゲート電極（ゲート電極端子１５４）を備えている。上アームＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３とエミッタ電極との間にはダイオード１５６が図示するように電気的に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としてはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。
【００４０】
コンデンサモジュール５００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成するためのものである。コンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の正極側が、コンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の負極側がそれぞれ直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されている。
【００４１】
制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値、及びモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が入力されている。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。
【００４２】
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。
【００４３】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する下アームＩＧＢＴ３３０のゲート電極に、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。
【００４４】
また、制御部１７０は、異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行い、上下アーム直列回路１５０を保護している。このため、制御部１７０にはセンシング情報が入力されている。例えば各アームの信号用エミッタ電極端子１５５，１６５からは各ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，３３０を過電流から保護する。上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、上下アーム直列回路１５０（引いては、この回路１５０を含む半導体モジュール）を過温度或いは過電圧から保護する。
【００４５】
図３（ａ）は本実施形態に関するパワーモジュール３００の上方斜視図であり、図３（ｂ）は当該パワーモジュール３００の上視図、図３（ｃ）は当該パワーモジュール３００の横視図である。図４は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の直流端子の分解斜視図である。
【００４６】
図４に示されるように、パワーモジュール３００は、大きく分けて、例えば樹脂材料のパワーモジュールケース３０２内の配線を含めた上アーム回路１５１，下アーム回路１５２の半導体モジュール部と、金属材料例えばＣｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉＣなどからなる金属ベース３０４と、外部との接続端子としてモータと接続するためのＵ，Ｖ，Ｗ相の交流端子１５９と、コンデンサモジュール５００と接続する直流正極端子３１４及び直流負極端子３１６とが絶縁紙３１８（図４参照）を介在して構成される。
【００４７】
また、前記半導体モジュール部は、絶縁基板３３４の配線パターン３３４ｋ上の実装面に上アームＩＧＢＴ３２８，下アームＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６，１６６等が接着され、レジン又はシリコンゲル（不図示）によって保護されている。ここで、絶縁基板３３４は熱伝導性の良いセラミック基板を用いているが、樹脂基板であっても良い。また、絶縁基板３３４の配線パターン３３４ｒと放熱用の金属ベース３０４ははんだ３３７を用いて接続している。
【００４８】
図３（ｃ）に示されるように、金属ベース３０４は、冷却水流路に浸されて冷却水（冷却媒体）へ効率良く放熱するために、絶縁基板３３４の反対側にフィンの形状３０５を有している。また、金属ベース３０４は、その一方の面にインバータ回路を構成するＩＧＢＴやダイオードを実装し、当該金属ベース３０４の外周に樹脂製のパワーモジュールケース３０２を備える。
【００４９】
図４に示すように、パワーモジュール３００に内蔵された直流端子３１３は、絶縁紙３１８を挟んで、直流負極端子３１６，直流正極端子３１４の積層構造を成す。また、直流負極端子３１６，直流正極端子３１４の端部を互いに反対方向に屈曲させ、積層構造の直流バスバーとパワーモジュール３００とを電気的に接続するための負極接続部３１６ａ及び正極接続部３１４ａを形成する。
【００５０】
また、直流正極端子３１４及び直流負極端子３１６は、回路配線パターン３３４ｋと接続するための接続端３１４ｋ，３１６ｋを有する。また、各接続端３１４ｋ，３１６ｋは、回路配線パターン３３４ｋの方向に向かって突出し、かつ回路配線パターン３３４ｋとの接合面を形成するために、その先端部が屈曲している。接続端３１４ｋ，３１６ｋと回路配線パターン３３４ｋは、はんだなどを介して接続されるか、もしくは直接金属どうしを超音波溶接により接続される。
【００５１】
図５（ａ）に示すように、上下アーム直列回路１５０は、上アーム回路１５１，下アーム回路１５２、これら上アーム回路１５１，下アーム回路１５２を結線するための端子３７０、及び交流電力を出力するための交流端子１５９を備える。また、図５（ｂ）に示すように、上アーム回路１５１，下アーム回路１５２は、金属ベース３０４の上に、回路配線パターン３３４ｋを形成した各々の絶縁基板３３４、さらに、この回路配線パターン３３４ｋの上にＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６，１６６を備える。
【００５２】
上アーム回路１５１において、上アームＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６は、当該上アームＩＧＢＴ３２８の裏面側に位置するコレクタ電極及びダイオード１５６の裏面側に位置するカソード電極が、回路配線パターン３３４ｋとはんだ３３７により接合される。回路配線パターンを形成した絶縁基板３３４は、回路配線パターン３３４ｋと反対面（裏面）３３４ｒが、パターンの無い、いわゆるベタパターンを形成している。この絶縁基板の裏面のベタパターンと、金属ベース３０４とが、はんだ３３７で接合される。下アーム回路１５２も上アームと同様に、金属ベース３０４の上に配置された絶縁基板３３４と、この絶縁基板３３４の上に配線された回路配線パターン３３４ｋと、この回路配線パターン３３４ｋの上に実装された下アームＩＧＢＴ３３０，ダイオード１６６を備える。
【００５３】
尚、本実施形態における各相の各アームは、ＩＧＢＴとダイオードを並列接続した回路を一組として、この回路を２組並列に接続して構成される。この回路を何組並列に接続するかは、モータ１９２に通電される電流量によって決定され、本実施形態に係るモータ１９２に通電される電流よりも大電流が必要な場合には、回路を３組、もしくはそれ以上を並列接続して構成される。逆に、モータを小さい電流で駆動することができる場合には、各相の各アームは、一組の回路のみで構成される。
【実施例１】
【００５４】
図７は、本実施形態に係るパワーモジュール３００の部分拡大図である。図３に示されるパワーモジュール３００の各相出力交流端子１５９の電位がバッテリ電圧１３６の大きさで急峻に変動する際、図７（ｃ）に示される絶縁基板３３４の寄生容量（Ｃp）３５０を介して金属ベース３０４もしくは特に車両用である場合に当該金属ベース３０４に接続するシャーシ等の接地面１６０へコモンモード電流（漏洩電流）が流れる。
【００５５】
本実施形態では、当該コモンモード電流の主要流出経路となる下アームの各相絶縁基板３３４のインピーダンスを高く見せることにより、コモンモード電流の流出を抑制している。
【００５６】
図７（ａ）は下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。ここで、表記の煩雑さを避けるため主要パーツのみ記載している。また、図７（ｂ）は上視図、図７（ｃ）は横視図である。
【００５７】
絶縁基板３３４の寄生容量（Ｃp）３５０は、下アームＩＧＢＴ３３０のコレクタ面が接触する配線パターン３３４ｋと金属ベース３０４側の配線パターン３３４ｒのオーバーラップ部分によって形成される。本実施形態の特徴は、絶縁基板３３４のインピーダンスを電気的に高めるため、当該寄生容量（Ｃp）３５０と並列に外付け用チップインダクタ（Ｌ）３５２が配置するように、絶縁基板３３４上の配線パターン３３４ｋを用いて表面実装する点にある。尚、配線パターン３３４ｋと金属ベース３０４が直流で導通するのを防ぐため、外付け用チップインダクタ３５２と直列に外付け用チップコンデンサ（Ｃs）３５１を接続させる。
【００５８】
外付け用チップインダクタ３５２は、一端が配線パターン３３４ｋと接続され、かつ他端が中継配線導体３６１ａと接続される。外付け用チップコンデンサ（Ｃs）３５１は、一端が中継配線導体３６１ａと接続され、かつ他端が中継配線導体３６１ｂと接続される。中継配線導体３６１ｂは、配線パターン３３４ｋと配線パターン３３４ｒとを繋ぐためのスルーホール（接続導体）３５７と接続される。つまり、外付け用チップインダクタ３５２と外付け用チップコンデンサ（Ｃs）３５１と中継配線導体３６１ａと中継配線導体３６１ｂは電気的に直列に接続される。なお、中継配線導体３６１ａと中継配線導体３６１ｂは、配線パターン３３４ｋが配置された側の絶縁基板３３４の面上に配置される。
【００５９】
上述の構成により、絶縁基板３３４は、図１１（ａ）に示す直並型のＬＣ共振器を形成することになる。その共振器のインピーダンス特性｜Ｚ｜は図１２の概略図中の実線で示すように、高インピーダンスになる極周波数
と低インピーダンスになる零周波数
を持つ。共振器のＱ値が無限大であると仮定した場合、ＬＣ共振器の｜Ｚ｜は、極周波数ｆ∞において極大値（並列共振に見える）、零周波数ｆzeroにおいて極小値（直列共振に見える）を示すことになり、極周波数ｆ∞では絶縁基板３３４を介したコモンモード電流（漏洩電流）を無限小まで低減できるが、零周波数ｆzeroにおいてはこの周波数成分を持ったコモンモード電流が絶縁基板を貫通して流れる危険性がある。
【００６０】
しかし、実際のインダクタは抵抗成分を持つため共振器のＱ値は有限となる。本実施形態におけるＬＣ共振器は、零周波数ｆzeroにおいて低インピーダンスになる周波数領域が存在してしまうが、共振器すなわちインダクタのＱ値を意図的に低下させることにより、低インピーダンスになる周波数領域においてインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜を増大させることが可能である。この処置により、零周波数ｆzeroに等しい周波数成分を持ったコモンモード電流が過大に流れるという危険性を防ぐことが可能である。
【００６１】
実際に共振器のＱ値を低下させる方法としては、外付け用チップインダクタ３５２に直列にチップ抵抗を接続する、もしくは外付け用チップインダクタを実装する際の配線パターン３３４ｋの線幅を狭くすることで可能である。ここで、共振器のＱ値を意図的に低下させることにより、高インピーダンスになる極周波数ｆ∞における｜Ｚ｜は低下することになり、インピーダンス特性｜Ｚ｜が周波数に対して平坦化する働きがある。これより、絶縁基板３３４のインピーダンスを、直流から高周波まで広帯域に渡って従来より高くすることが可能である。あるいは、高周波におけるコモンモード電流を抑制することが主目的であり、その着目する周波数領域において絶縁基板３３４を高インピーダンスに保つ必要がある場合、低インピーダンスになる零周波数ｆzeroがノイズ規格で定められていない周波数帯になるよう、外付け用チップインダクタ（Ｌ）３５２及び外付け用チップコンデンサ（Ｃs）３５１の最適化を行うことにより、絶縁基板３３４に構成する共振器の零周波数ｆzeroにおける問題点を防ぐことが可能である。
【実施例２】
【００６２】
図８（ａ）は、下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。また、図８（ｂ）は上視図、図８（ｃ）は横視図、図８（ｄ）は本実施形態の構成を用いた上下アーム直列回路１５０を回路的に表現した図である。
【００６３】
本実施形態の特徴は、絶縁基板３３４のインピーダンスを電気的に高めるため、絶縁基板の配線パターンを用いて絶縁基板内に並列共振器を構成した点にある。本構成を用いることにより、従来のパワーモジュールと同等の表面積で、コモンモードノイズ対策機能を持ったパワーモジュールが実現できる。
【００６４】
その並列共振器に用いるインダクタ（Ｌ）３５５は、絶縁基板内の配線パターン層を用いて、当該インダクタの一端部３９０から伸びる配線パターンが、他端部３９２を中心として当該他端部３９２に近づくように屈曲または湾曲しながら渦状に形成することにより実現する。この配線パターンにより形成されたインダクタ（Ｌ）３５５を、平型インダクタと称することにする。
【００６５】
尚、本実施形態は、絶縁基板（絶縁層）表面の上下面及びその間に形成する計３層の配線パターンを備えた２層の絶縁基板を用いて実現され、下アームＩＧＢＴ３３０を実装する上方の絶縁基板を第一の絶縁基板３３４−１、金属ベースと接する下方の絶縁基板を第二の絶縁基板３３４−２とする。
【００６６】
平型インダクタ（Ｌ）３５５は、（絶縁層内である）第二の絶縁基板３３４−２の上側に位置する配線パターン（中間導体）３３４−２ｋを用いて構成しており、そのインダクタンスは渦形状の外径，巻数，線幅，線間隔によって定められる。平型インダクタ３５５の一方の取出し口は、後述する第一の絶縁基板間の寄生容量（Ｃp）３５３と平型インダクタ３５５が並列配置するように、第一の絶縁基板の配線パターン（第１配線導体）３３４−１ｋにスルーホール（接続導体）３５７で導通させる。そして、もう一方の平型インダクタ３５５の取出し口は、同一層にある第二の絶縁基板の配線パターン３３４−２ｋで形成する平板３５６に接続する。
【００６７】
また、図８（ｃ）に示されるように、ＬＣ共振器を構成する絶縁基板内の容量はＣpとＣsが存在するが、前者のＣpは、第一の絶縁基板の配線パターン３３４−１ｋと、第二の絶縁基板の配線パターン３３４−２ｋで形成した平板３５６がオーバーラップする面積及び間隔すなわち第一の絶縁基板３３４−１の厚さによって定まる。後者のＣsは、第二の絶縁基板上方の配線パターン３３４−２ｋで形成した平板３５６と、第二の絶縁基板下方の配線パターン（第２配線導体）３３４−２ｒがオーバーラップする面積及び間隔すなわち第二の絶縁基板３３４−２の厚さによって定まる。なお、構成要素の寸法，周波数，寄生容量，インピーダンスに関する具体的な数値を用いて、ノイズの発生要因を説明する。本実施例では、絶縁基板３３４が高インピーダンスとなる周波数ｆ∞を１００ＭＨｚと設定し、先述した従来構造と同じ寸法（５０mm×３０mm程度）の絶縁基板内に並列共振器を構成することを前提に、各構成素子の設計値を決める。図８（ｃ）に示す寄生容量（Ｃp）３５３は、配線パターン３３４−１ｋと平板３５６のオーバーラップ面積により任意に与えられ、従来構造の例より１００ｐＦ以下に設定される。当該寄生容量（Ｃp）３５３と１００ＭＨｚの共振周波数を持つ並列共振器を構成するためには、平型インダクタ（Ｌ）３５５は数１０ｎＨである必要がある。先述した絶縁基板の寸法内で当該平型インダクタ（Ｌ）３５５は、一例として最外径２５mm，線幅３mm，線間隔０.７mm，巻数３の屈曲した渦形状で形成することで、約７０ｎＨのインダクタンスを実現する。本実施例において、この形状のインダクタを用いて設計すると、当該インダクタ３５５と並列に寄生する容量（Ｃp）３５３は、約３６ｐＦとなるよう平板３５６を配置する。また、直列に寄生する容量（Ｃs）３５４は低インピーダンスとなる直列共振器の共振周波数ｆzeroを決めるため、ｆzeroがインバータ出力電位の持つスペクトルが小さい周波数帯もしくはノイズ規格で規制されていない周波数帯となるよう設計する必要がある。ここでは、ｆzeroを６０ＭＨｚと設定すると、当該寄生容量（Ｃs）３５４は約６５ｐＦとなるように配線パターン３３４−２ｒと平板３５６のオーバーラップ面積または絶縁基板の厚さを調整することで設計可能である。
【００６８】
上記構成によるＬＣ共振器は、図１１（ｂ）に示すような並直型のＬＣ共振器となる。
その共振器のインピーダンス特性｜Ｚ｜は図１２の概略図中の実線で示すよう、高インピーダンスになる極周波数
と低インピーダンスになる零周波数
を持つ。
【００６９】
ここで留意することは、図１２に示す極周波数ｆ∞と零周波数ｆzeroの周波数間隔を決める独立変数となる第二の絶縁基板内の寄生容量（Ｃs）３５４の、第一の絶縁基板内の寄生容量（Ｃp）３５３に対する大小関係であり、ｆ∞≫ｆzeroとするためにはＣs≫Ｃpでなければならない。これより、ＣsがＣpに対し大きくなるためには、第一の絶縁基板内の寄生容量（Ｃp）３５３を決める第一の絶縁基板の配線パターン３３４−１ｋと第二の絶縁基板３３４−２の配線パターンで形成した平板３５６の間でオーバーラップする面積及び間隔、並びに、第二の絶縁基板内の寄生容量（Ｃs）３５４を決める第二の絶縁基板で形成した平板３５６と配線パターン３３４−２ｒの間でオーバーラップする面積及び間隔を、この平板３５６の水平方向の配置調整、加えて垂直方向の間隔を考慮することにより、Ｃs≫Ｃpの大小関係を実現させる。
【００７０】
本構成によると、平型インダクタ（Ｌ）３５５の形状寸法、第一の絶縁基板内の寄生容量（Ｃp）３５３と第二の絶縁基板内の寄生容量（Ｃs）３５４の大きさを決める各配線パターン間のオーバーラップ面積を適宜調整可能である。上記の各パラメータを最適化することで、極周波数ｆ∞及び零周波数ｆzeroを任意に設定可能であり、周波数に関し自由度のあるコモンモードノイズ対策を行えるという利点がある。
【００７１】
また、前述した第一の発明構成で述べた通り、本発明構成においても同様に高インピーダンスになる極周波数ｆ∞と低インピーダンスになる零周波数ｆzeroが存在するが、零周波数ｆzeroの周波数領域における低インピーダンス特性に関する対策も同様に行うことで対処できる。ここで、本発明構成における並列共振器のインダクタに配線パターンを用いた場合に、共振器のＱ値を意図的に低下させるための手段としては、平型インダクタ３５５を形成する際に用いる、配線パターン３３４−２ｋの線幅を狭くすることにより実現可能である。
【実施例３】
【００７２】
図９（ａ）は下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。また、図９（ｂ）は上視図、図９（ｃ）は横視図である。本実施形態と前記第２実施形態との相違箇所は、平型インダクタ（Ｌ）３５５を第一の絶縁基板の配線パターン３３４−１ｋに形成している点である。平型インダクタ３５５の一方の取出し口は、同一層の配線パターン３３４−１ｋに接続し、もう一方の取出し口は、第二の絶縁基板の配線パターン３３４−２ｋで形成する平板３５６にスルーホール３５７を用いて導通する構成を持つ。
【００７３】
ここで構成されるＬＣ共振器は、前記第二の発明構成と同様で図１１（ｂ）に示す並直型のＬＣ共振器となる。その共振器のインピーダンス特性｜Ｚ｜は図１２の概略図中の実線で示すよう、高インピーダンスになる極周波数
と低インピーダンスになる零周波数
を持つ。また、極周波数ｆ∞及び零周波数ｆzeroを決定するための、平型インダクタ（Ｌ）３５５及び第一の絶縁基板内の寄生容量（Ｃp）３５３と第二の絶縁基板内の寄生容量（Ｃs）３５４の構造上の決定法は、前記第二の発明構成と同様である。本発明構成によると、実装面積が増大するという欠点はあるが、第二の発明構成で前述したｆ∞≫ｆzeroとするためのＣs≫Ｃpとなる条件の適合範囲が広がるという利点がある。
【実施例４】
【００７４】
図１０（ａ）は下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。また、図１０（ｂ）は上視図、図１０（ｃ）は横視図である。本実施形態は、前記第３実施形態においてＬＣ共振器を構成するために第一の絶縁基板の配線パターン３３４−１ｋを用いていた平型インダクタ３５５を、外付け用チップインダクタ３５２に変更し、第一の絶縁基板の配線パターン３３４−１ｋを用いて表面実装していることを特徴とする。その他、第一の絶縁基板内の寄生容量（Ｃp）３５３と第二の絶縁基板内の寄生容量（Ｃs）３５４の構造上の決定法は、前記第二の発明構成と同様である。本実施形態の並列共振器に外付け用チップインダクタを用いることにより、平型インダクタを用いる第三の発明構成に比べ、パワーモジュールの面積を過度に費やすことなく実現することが可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板、特に電力変換装置に用いられるパワーモジュールの回路基板の実装に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の電動化が進むにつれて、自動車への搭載品数が多くなっている電気電子装置に対する電磁環境適合性への規制が厳しくなっている。そのため、車載インバータ等のあらゆる電気装置もしくはそれらを構成するハーネスからの放射ノイズの低減が求められている。
【０００３】
特に、インバータ装置に搭載するパワーモジュールに用いられるパワー半導体の技術革新により、高速スイッチングが実現される反面、インバータ出力端子電圧の高速スイッチング変動に応じ、当該パワーモジュールに寄生する容量を介し接地面へ流れ出るコモンモード電流が増大するという問題が生じる。このコモンモード電流が、各装置で共有する接地面を迷走することにより、大きな電流ループを形成し、放射ノイズを増大させてしまう。
【０００４】
特許文献１では、ノイズ経路となる絶縁基板の誘電損失が高くなるよう、その材料にエポキシ樹脂に無機材を充填した熱硬化性組成物を使用することにより、絶縁基板のインピーダンスを高め、コモンモード電流を流れ難くするという材料視点での対策が記載されている。
【０００５】
しかしながら、絶縁基板の材質を工夫した対策のみにおいては、高周波におけるコモンモードノイズ対策が十分でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３５６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたもので、パワーモジュールから漏洩する高周波のコモンモード電流を抑制するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による電力変換装置は、その構成要素であるインバータ装置に搭載するパワーモジュールの絶縁基板（絶縁層）を媒体とし、当該絶縁基板の上面に位置するＩＧＢＴ等のパワー半導体と、下面に位置する金属ベースの実装面間に寄生する容量を経由し、接地面（アース）へ流出するコモンモード電流（漏洩電流）を低減させる機能を備える。それは、前記絶縁基板の寄生容量と並列にインダクタを接続することで、当該絶縁基板に並列共振器を形成する構造を有する（請求項１の発明）。この並列共振器は、先述の寄生容量とインダクタで定まる共振周波数において、電気的に高インピーダンスの特性を持つため、絶縁基板を流出するコモンモード電流の経路を遮断する効果を有する。
【０００９】
ここで、請求項１の発明において、上述の並列共振器を構成する箇所を、インバータのスイッチング動作により急峻かつ高電圧で変動する各相交流出力端子、すなわちパワーモジュールの各相下アームのコレクタ電極に接着する配線パターンと、絶縁基板を介してその反対側に面する金属ベース板の間に施すことで最大限のノイズ低減効果を発揮する。
【００１０】
請求項２及び請求項３の発明は、絶縁基板の上下面に配線パターン層を有する２層配線絶縁基板における本発明の応用例であり、下アームの配線パターンと金属ベースの間に外付け用チップインダクタを挿入することにより並列共振器を構成する。ここで、直流において下アームの配線パターンと金属ベースが導通しないように、当該インダクタと直列に直流カット用の外付け用チップコンデンサを接続する。
【００１１】
請求項４及び請求項７及びそれらに付随する請求項の発明は、絶縁基板の配線パターンを用いて絶縁基板内に並列共振器を構成する。この際、絶縁基板は２層以上の配線パターンを有する多層配線用絶縁基板を用いる。その並列共振器を構成するインダクタは、絶縁基板の配線パターン層を用いて、当該インダクタの一端部から伸びる配線パターンが、他端部を中心として当該他端部に近づくように屈曲しながら渦状に形成することにより実現する。以降の記述において、この配線パターンにより形成されたインダクタを、平型インダクタと称することにする。
【００１２】
また、平型インダクタを第２の絶縁基板上の配線パターンで形成した構成を挙げる。共振器の共振周波数は、平型インダクタのインダクタンスと、下アームパワー半導体を実装する第１の絶縁基板上の配線パターンと第２の絶縁基板上の配線パターン間に形成する寄生容量、及び第２の絶縁基板上の配線パターンと金属ベース間に形成する寄生容量により決まる。所望の共振周波数となるように、各基板間に形成する寄生容量を、各配線パターン層のオーバーラップ面積及び間隔により適宜調整する。共振器を構成する平型インダクタ及び寄生容量を、第２の絶縁基板の配線パターンを用い、下アームのパワー半導体の下層に形成することで、パワーモジュールの大きさは従来と同等の大きさで実現することが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、パワーモジュールから漏洩する高周波のコモンモード電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。
【図２】インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３の電気回路構成図である。
【図３（ａ）】本実施形態に関するパワーモジュール３００の上方斜視図である。
【図３（ｂ）】当該パワーモジュール３００の上視図である。
【図３（ｃ）】当該パワーモジュール３００の横視図である。
【図４】本実施形態に関するパワーモジュール３００の直流端子の分解斜視図である。
【図５】上下アーム直列回路１５０を構成する回路パターンを示した分解斜視図である。
【図６】インバータに搭載するパワーモジュールの一般的な実装の構成断面図である。
【図７】本実施形態に係るパワーモジュール３００の部分拡大図である。
【図８（ａ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。
【図８（ｂ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上視図である。
【図８（ｃ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した横視図である。
【図８（ｄ）】本実施形態の構成を用いた上下アーム直列回路１５０を回路的に表現した図である。
【図９（ａ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。
【図９（ｂ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上視図である。
【図９（ｃ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した横視図である。
【図１０（ａ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。
【図１０（ｂ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上視図。
【図１０（ｃ）】下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した横視図である。
【図１１】各実施形態に対応する等価回路図である。
【図１２】共振器のインピーダンス概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態を説明する前に、本実施形態に係る課題及び原理を説明する。
【００１６】
図６を用いて、上記のパワーモジュールから絶縁基板（絶縁層）の寄生容量を介してコモンモード電流が流れる原理を説明する。図６はインバータに搭載するパワーモジュールの一般的な実装の構成断面図である。本例においては、インバータを構成する各相及び各アームの素子が個別の基板上に独立して実装する場合で説明するが、１つもしくは複数の基板上に実装する場合であっても同様である。尚、図中の符号は、断り無い限り上アームと下アームでそれぞれ対応するものは同符号とする。
【００１７】
スイッチング素子である上アームＩＧＢＴ３２８及び下アームＩＧＢＴ３３０は、各々の絶縁基板（絶縁層）３３４上の配線パターン（第１配線導体）３３４ｋにコレクタ電極を下向きに実装される。配線パターンへの実装の際は、はんだ３３７を用いて接着する。ＩＧＢＴと並列配置するダイオード１５６，１６６の実装に関しても、上述と同じ様にはんだを用いて配線パターン上に接着される。絶縁基板３３４上のもう一方の配線パターン（第２配線導体）３３４ｒは、絶縁基板３３４を介して上側の配線パターン３３４ｋと反対側に対面配置している。
【００１８】
金属ベース３０４は、配線パターン３３４ｒにはんだ３３７を用いて接着され、絶縁基板３３４に実装されたパワー半導体を冷却する。ここで、コモンモード電流経路となる絶縁基板の寄生容量３５０は、当該絶縁基板３３４を挟んで上側の配線パターン３３４ｋと下側の配線パターン３３４ｒのオーバーラップする部分にて形成される。
【００１９】
また、金属ベース３０４、及び当該金属ベース３０４にインバータ装置の金属筐体を介して接続された接地面１６０は、寄生インダクタ３４９を有する。ここでの接地面とは、車両用インバータを例に挙げるとシャーシに相当する。
【００２０】
以上より、パワーモジュールは、寄生容量３５０と寄生インダクタ３４９が直列接続した構造を取るため、当該パワーモジュールは絶縁基板を介した直列共振器と見なされる。
この直列共振器は、図１２に示される、共振器のインピーダンス概略図に破線で示したような特性を持つ。共振周波数ｆresoにおいて低インピーダンスとなる領域が存在し、ｆresoを境界にして低域側で容量性、高域側で誘導性に振舞う。このｆresoは絶縁基板の寄生容量３５０と金属ベース及び接地面の寄生インダクタ３４９により定まる。
【００２１】
ここで、インバータ回路からのコモンモード電流すなわち漏洩電流が問題となるのは、インバータの動作周波数もしくはその高調波が、パワーモジュールの絶縁基板３３４が低インピーダンスになる周波数、すなわちｆreso周辺に位置するときである。このとき、絶縁基板３３４を貫通して接地面１６０に流れ出るコモンモード電流が過大になるという現象が起きる。
【００２２】
また別の表現をすると、下アームＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極に接続した配線パターン３３４ｋの電位は、インバータの出力端子１５９と同電位であり、上アームＩＧＢＴ３２８と下アームＩＧＢＴ３３０のスイッチングに応じて急峻な電位変動をする方形波である（図６左上の方形波を参照）。図６に示されるｉは絶縁基板を流れるコモンモード電流を示し、Ｃpは絶縁基板３３４の寄生容量３５０、ｖはインバータ出力端子１５９の電位である。急峻変動するインバータ出力電位ｖにより、下アームに寄生する容量３５０に流れる電流は、ｉ＝Ｃp（ｄｖ／ｄｔ）で表される。これより、その方形波ｖの急峻変動する立上り及び立下り部分において、絶縁基板３３４を介して流れ出るコモンモード電流ｉが過大となる。以上が、絶縁基板３３４を貫通するコモンモード電流の発生原理である。
【００２３】
なお、チップサイズ，周波数，寄生容量，インピーダンスに関する具体的な数値を用いて、ノイズの発生要因を説明する。図６において、アーム１相分のＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６が、寸法が５０mm×３０mm程度の絶縁基板３３４に形成された配線パターン３３４ｋ上に実装される場合を例に挙げる。絶縁基板３３４に熱伝導性の良いセラミックス基板を用いた場合、寄生容量（Ｃp）３５０は１００ｐＦ程度を有す。これは、絶縁基板３３４のインピーダンス｜Ｚ｜が１００ＭＨｚにおいて約１６Ωとなり、さらに数１００ＭＨｚを超えると｜Ｚ｜は１０Ω以下の低インピーダンスとなる。以上より、絶縁基板を介して流れる漏洩電流のノイズ問題は高周波において顕在化することがわかる。
【００２４】
上述したノイズ発生の要因を解消するためには、ノイズ発生の主要箇所であるパワーモジュール内部で形成されるノイズ経路を遮断することが非常に効果的である。そこで、ノイズ低減のため、ノイズ経路となる絶縁基板に対策を施すことを考える。例えば、絶縁基板の誘電損失が高くなるよう、その材料にエポキシ樹脂に無機材を充填した熱硬化性組成物を使用することにより、絶縁基板のインピーダンスを高め、コモンモード電流を流れ難くするという材料視点での対策が記載されている。
【００２５】
しかし、絶縁基板に高抵抗となる特殊材料を用いた対策では、その材質の誘電損失を利用してインピーダンスを高めているが、当該絶縁基板のインピーダンスの抵抗成分は周波数に反比例する値を持つため、高周波のコモンモード電流への対策には、より大きな誘電損失を持つ材質を使用する必要がある。しかし、実際に誘電正接（tanδ）が１０％を超えるような絶縁基板を創生することは困難である。従って、絶縁基板の材質を工夫した対策のみにおいては、高周波におけるコモンモードノイズ対策が十分でない。そこで、以下の実施形態にて説明する構成により高周波におけるコモンモードノイズを低減するようにしている。
【００２６】
本実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。本実施形態に係る電力変換装置は、ハイブリッド用の自動車や純粋な電気自動車に適用可能であるが、代表例として、ハイブリッド自動車に適用した場合における制御構成と回路構成について、図１と図２を用いて説明する。
【００２７】
図１は、ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。本実施形態に係る電力変換装置では、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。
【００２８】
車両駆動用インバータ装置は、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は運転モードに応じ、車両駆動用電動機が発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。
【００２９】
なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用電力変換装置として最適であるが、これら以外の電力変換装置、例えば電車や船舶，航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に対しても適用可能である。
【００３０】
図１において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶの駆動源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶの駆動源及びＨＥＶの電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２，１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記す。
【００３１】
車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支され、前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸が回転可能に軸支され、後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている（図示省略）。本実施形態のＨＥＶでは、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。前輪車軸１１４の中央部には前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側には変速機１１８の出力軸が機械的に接続されている。変速機１１８の入力側にはモータジェネレータ１９２の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ１９２の入力側には動力分配機構１２２を介してエンジン１２０の出力側及びモータジェネレータ１９４の出力側が機械的に接続されている。尚、モータジェネレータ１９２，１９４及び動力分配機構１２２は、変速機１１８の筐体の内部に収納されている。
【００３２】
インバータ装置１４０，１４２にはバッテリ１３６が電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との相互において電力の授受が可能である。本実施形態では、モータジェネレータ１９２及びインバータ装置１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４及びインバータ装置１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。すなわち、エンジン１２０からの動力によって車両を駆動している場合において、車両の駆動トルクをアシストする場合には第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、同様の場合において、車両の車速をアシストする場合には第１電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。
【００３３】
また、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
【００３４】
バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機としては例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータであり、バッテリ１３６からインバータ４３装置に直流電力が供給され、インバータ装置４３で交流の電力に変換されてモータ１９５に供給される。前記インバータ装置４３はインバータ装置１４０や１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数，電力を制御する。例えばモータ１９５の回転子の回転に対し進み位相の交流電力を供給することにより、モータ１９５はトルクを発生する。一方、遅れ位相の交流電力を発生することで、モータ１９５は発電機として作用し、モータ１９５は回生制動状態の運転となる。このようなインバータ装置４３の制御機能はインバータ装置１４０や１４２の制御機能と同様である。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２や１９４の容量より小さいので、インバータ装置４３の最大変換電力がインバータ装置１４０や１４２より小さいが、インバータ装置４３の回路構成は基本的にインバータ装置１４０や１４２の回路構成と同じである。
【００３５】
次に、図２を用いてインバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３の電気回路構成を説明する。尚、図１，図２に示す実施形態では、インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３は同様の構成で同様の作用を為し、同様の機能を有しているので、ここでは、代表例としてインバータ装置１４０の説明を行う。
【００３６】
本実施形態に係る電力変換装置２００は、インバータ装置１４０とコンデンサモジュール５００とを備え、インバータ装置１４０はインバータ回路１４４と制御部１７０とを有している。また、インバータ回路１４４は、上アームとして動作する上アームＩＧＢＴ３２８（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）及びダイオード１５６と、下アームとして動作する下アームＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と、からなる上下アーム直列回路１５０をモータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）分設けられ、それぞれの上下アーム直列回路１５０の中点部分（中間電極１６９）から交流端子１５９及び交流コネクタ１８８を通してモータジェネレータ１９２への交流電力線（交流バスバー）１８６と接続する構成である。上アームＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は正極端子（Ｐ端子）１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ電極に、下アームＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は負極端子（Ｎ端子）１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ電極にそれぞれ電気的に接続（直流バスバーで接続）されている。
【００３７】
また、制御部１７０はインバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、ドライバ回路１７４へ信号線１７６を介して制御信号を供給する制御回路１７２と、を有している。
【００３８】
上アームＩＧＢＴ３２８や下アームＩＧＢＴ３３０は、スイッチング用パワー半導体素子であり、制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力はモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。
【００３９】
インバータ回路１４４は３相ブリッジ回路により構成されており、３相分の上下アーム直列回路１５０がそれぞれ、バッテリ１３６の正極側と負極側に電気的に接続されている直流正極端子３１４と直流負極端子３１６の間に電気的に並列に接続されている。上アームＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３、エミッタ電極（信号用エミッタ電極端子１５５）、ゲート電極（ゲート電極端子１５４）を備えている。上アームＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３とエミッタ電極との間にはダイオード１５６が図示するように電気的に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としてはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。
【００４０】
コンデンサモジュール５００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成するためのものである。コンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の正極側が、コンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の負極側がそれぞれ直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されている。
【００４１】
制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値、及びモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が入力されている。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。
【００４２】
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。
【００４３】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する下アームＩＧＢＴ３３０のゲート電極に、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。
【００４４】
また、制御部１７０は、異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行い、上下アーム直列回路１５０を保護している。このため、制御部１７０にはセンシング情報が入力されている。例えば各アームの信号用エミッタ電極端子１５５，１６５からは各ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，３３０を過電流から保護する。上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、上下アーム直列回路１５０（引いては、この回路１５０を含む半導体モジュール）を過温度或いは過電圧から保護する。
【００４５】
図３（ａ）は本実施形態に関するパワーモジュール３００の上方斜視図であり、図３（ｂ）は当該パワーモジュール３００の上視図、図３（ｃ）は当該パワーモジュール３００の横視図である。図４は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の直流端子の分解斜視図である。
【００４６】
図４に示されるように、パワーモジュール３００は、大きく分けて、例えば樹脂材料のパワーモジュールケース３０２内の配線を含めた上アーム回路１５１，下アーム回路１５２の半導体モジュール部と、金属材料例えばＣｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉＣなどからなる金属ベース３０４と、外部との接続端子としてモータと接続するためのＵ，Ｖ，Ｗ相の交流端子１５９と、コンデンサモジュール５００と接続する直流正極端子３１４及び直流負極端子３１６とが絶縁紙３１８（図４参照）を介在して構成される。
【００４７】
また、前記半導体モジュール部は、絶縁基板３３４の配線パターン３３４ｋ上の実装面に上アームＩＧＢＴ３２８，下アームＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６，１６６等が接着され、レジン又はシリコンゲル（不図示）によって保護されている。ここで、絶縁基板３３４は熱伝導性の良いセラミック基板を用いているが、樹脂基板であっても良い。また、絶縁基板３３４の配線パターン３３４ｒと放熱用の金属ベース３０４ははんだ３３７を用いて接続している。
【００４８】
図３（ｃ）に示されるように、金属ベース３０４は、冷却水流路に浸されて冷却水（冷却媒体）へ効率良く放熱するために、絶縁基板３３４の反対側にフィンの形状３０５を有している。また、金属ベース３０４は、その一方の面にインバータ回路を構成するＩＧＢＴやダイオードを実装し、当該金属ベース３０４の外周に樹脂製のパワーモジュールケース３０２を備える。
【００４９】
図４に示すように、パワーモジュール３００に内蔵された直流端子３１３は、絶縁紙３１８を挟んで、直流負極端子３１６，直流正極端子３１４の積層構造を成す。また、直流負極端子３１６，直流正極端子３１４の端部を互いに反対方向に屈曲させ、積層構造の直流バスバーとパワーモジュール３００とを電気的に接続するための負極接続部３１６ａ及び正極接続部３１４ａを形成する。
【００５０】
また、直流正極端子３１４及び直流負極端子３１６は、回路配線パターン３３４ｋと接続するための接続端３１４ｋ，３１６ｋを有する。また、各接続端３１４ｋ，３１６ｋは、回路配線パターン３３４ｋの方向に向かって突出し、かつ回路配線パターン３３４ｋとの接合面を形成するために、その先端部が屈曲している。接続端３１４ｋ，３１６ｋと回路配線パターン３３４ｋは、はんだなどを介して接続されるか、もしくは直接金属どうしを超音波溶接により接続される。
【００５１】
図５（ａ）に示すように、上下アーム直列回路１５０は、上アーム回路１５１，下アーム回路１５２、これら上アーム回路１５１，下アーム回路１５２を結線するための端子３７０、及び交流電力を出力するための交流端子１５９を備える。また、図５（ｂ）に示すように、上アーム回路１５１，下アーム回路１５２は、金属ベース３０４の上に、回路配線パターン３３４ｋを形成した各々の絶縁基板３３４、さらに、この回路配線パターン３３４ｋの上にＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６，１６６を備える。
【００５２】
上アーム回路１５１において、上アームＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６は、当該上アームＩＧＢＴ３２８の裏面側に位置するコレクタ電極及びダイオード１５６の裏面側に位置するカソード電極が、回路配線パターン３３４ｋとはんだ３３７により接合される。回路配線パターンを形成した絶縁基板３３４は、回路配線パターン３３４ｋと反対面（裏面）３３４ｒが、パターンの無い、いわゆるベタパターンを形成している。この絶縁基板の裏面のベタパターンと、金属ベース３０４とが、はんだ３３７で接合される。下アーム回路１５２も上アームと同様に、金属ベース３０４の上に配置された絶縁基板３３４と、この絶縁基板３３４の上に配線された回路配線パターン３３４ｋと、この回路配線パターン３３４ｋの上に実装された下アームＩＧＢＴ３３０，ダイオード１６６を備える。
【００５３】
尚、本実施形態における各相の各アームは、ＩＧＢＴとダイオードを並列接続した回路を一組として、この回路を２組並列に接続して構成される。この回路を何組並列に接続するかは、モータ１９２に通電される電流量によって決定され、本実施形態に係るモータ１９２に通電される電流よりも大電流が必要な場合には、回路を３組、もしくはそれ以上を並列接続して構成される。逆に、モータを小さい電流で駆動することができる場合には、各相の各アームは、一組の回路のみで構成される。
【実施例１】
【００５４】
図７は、本実施形態に係るパワーモジュール３００の部分拡大図である。図３に示されるパワーモジュール３００の各相出力交流端子１５９の電位がバッテリ電圧１３６の大きさで急峻に変動する際、図７（ｃ）に示される絶縁基板３３４の寄生容量（Ｃp）３５０を介して金属ベース３０４もしくは特に車両用である場合に当該金属ベース３０４に接続するシャーシ等の接地面１６０へコモンモード電流（漏洩電流）が流れる。
【００５５】
本実施形態では、当該コモンモード電流の主要流出経路となる下アームの各相絶縁基板３３４のインピーダンスを高く見せることにより、コモンモード電流の流出を抑制している。
【００５６】
図７（ａ）は下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。ここで、表記の煩雑さを避けるため主要パーツのみ記載している。また、図７（ｂ）は上視図、図７（ｃ）は横視図である。
【００５７】
絶縁基板３３４の寄生容量（Ｃp）３５０は、下アームＩＧＢＴ３３０のコレクタ面が接触する配線パターン３３４ｋと金属ベース３０４側の配線パターン３３４ｒのオーバーラップ部分によって形成される。本実施形態の特徴は、絶縁基板３３４のインピーダンスを電気的に高めるため、当該寄生容量（Ｃp）３５０と並列に外付け用チップインダクタ（Ｌ）３５２が配置するように、絶縁基板３３４上の配線パターン３３４ｋを用いて表面実装する点にある。尚、配線パターン３３４ｋと金属ベース３０４が直流で導通するのを防ぐため、外付け用チップインダクタ３５２と直列に外付け用チップコンデンサ（Ｃs）３５１を接続させる。
【００５８】
外付け用チップインダクタ３５２は、一端が配線パターン３３４ｋと接続され、かつ他端が中継配線導体３６１ａと接続される。外付け用チップコンデンサ（Ｃs）３５１は、一端が中継配線導体３６１ａと接続され、かつ他端が中継配線導体３６１ｂと接続される。中継配線導体３６１ｂは、配線パターン３３４ｋと配線パターン３３４ｒとを繋ぐためのスルーホール（接続導体）３５７と接続される。つまり、外付け用チップインダクタ３５２と外付け用チップコンデンサ（Ｃs）３５１と中継配線導体３６１ａと中継配線導体３６１ｂは電気的に直列に接続される。なお、中継配線導体３６１ａと中継配線導体３６１ｂは、配線パターン３３４ｋが配置された側の絶縁基板３３４の面上に配置される。
【００５９】
上述の構成により、絶縁基板３３４は、図１１（ａ）に示す直並型のＬＣ共振器を形成することになる。その共振器のインピーダンス特性｜Ｚ｜は図１２の概略図中の実線で示すように、高インピーダンスになる極周波数
と低インピーダンスになる零周波数
を持つ。共振器のＱ値が無限大であると仮定した場合、ＬＣ共振器の｜Ｚ｜は、極周波数ｆ∞において極大値（並列共振に見える）、零周波数ｆzeroにおいて極小値（直列共振に見える）を示すことになり、極周波数ｆ∞では絶縁基板３３４を介したコモンモード電流（漏洩電流）を無限小まで低減できるが、零周波数ｆzeroにおいてはこの周波数成分を持ったコモンモード電流が絶縁基板を貫通して流れる危険性がある。
【００６０】
しかし、実際のインダクタは抵抗成分を持つため共振器のＱ値は有限となる。本実施形態におけるＬＣ共振器は、零周波数ｆzeroにおいて低インピーダンスになる周波数領域が存在してしまうが、共振器すなわちインダクタのＱ値を意図的に低下させることにより、低インピーダンスになる周波数領域においてインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜を増大させることが可能である。この処置により、零周波数ｆzeroに等しい周波数成分を持ったコモンモード電流が過大に流れるという危険性を防ぐことが可能である。
【００６１】
実際に共振器のＱ値を低下させる方法としては、外付け用チップインダクタ３５２に直列にチップ抵抗を接続する、もしくは外付け用チップインダクタを実装する際の配線パターン３３４ｋの線幅を狭くすることで可能である。ここで、共振器のＱ値を意図的に低下させることにより、高インピーダンスになる極周波数ｆ∞における｜Ｚ｜は低下することになり、インピーダンス特性｜Ｚ｜が周波数に対して平坦化する働きがある。これより、絶縁基板３３４のインピーダンスを、直流から高周波まで広帯域に渡って従来より高くすることが可能である。あるいは、高周波におけるコモンモード電流を抑制することが主目的であり、その着目する周波数領域において絶縁基板３３４を高インピーダンスに保つ必要がある場合、低インピーダンスになる零周波数ｆzeroがノイズ規格で定められていない周波数帯になるよう、外付け用チップインダクタ（Ｌ）３５２及び外付け用チップコンデンサ（Ｃs）３５１の最適化を行うことにより、絶縁基板３３４に構成する共振器の零周波数ｆzeroにおける問題点を防ぐことが可能である。
【実施例２】
【００６２】
図８（ａ）は、下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。また、図８（ｂ）は上視図、図８（ｃ）は横視図、図８（ｄ）は本実施形態の構成を用いた上下アーム直列回路１５０を回路的に表現した図である。
【００６３】
本実施形態の特徴は、絶縁基板３３４のインピーダンスを電気的に高めるため、絶縁基板の配線パターンを用いて絶縁基板内に並列共振器を構成した点にある。本構成を用いることにより、従来のパワーモジュールと同等の表面積で、コモンモードノイズ対策機能を持ったパワーモジュールが実現できる。
【００６４】
その並列共振器に用いるインダクタ（Ｌ）３５５は、絶縁基板内の配線パターン層を用いて、当該インダクタの一端部３９０から伸びる配線パターンが、他端部３９２を中心として当該他端部３９２に近づくように屈曲または湾曲しながら渦状に形成することにより実現する。この配線パターンにより形成されたインダクタ（Ｌ）３５５を、平型インダクタと称することにする。
【００６５】
尚、本実施形態は、絶縁基板（絶縁層）表面の上下面及びその間に形成する計３層の配線パターンを備えた２層の絶縁基板を用いて実現され、下アームＩＧＢＴ３３０を実装する上方の絶縁基板を第一の絶縁基板３３４−１、金属ベースと接する下方の絶縁基板を第二の絶縁基板３３４−２とする。
【００６６】
平型インダクタ（Ｌ）３５５は、（絶縁層内である）第二の絶縁基板３３４−２の上側に位置する配線パターン（中間導体）３３４−２ｋを用いて構成しており、そのインダクタンスは渦形状の外径，巻数，線幅，線間隔によって定められる。平型インダクタ３５５の一方の取出し口は、後述する第一の絶縁基板間の寄生容量（Ｃp）３５３と平型インダクタ３５５が並列配置するように、第一の絶縁基板の配線パターン（第１配線導体）３３４−１ｋにスルーホール（接続導体）３５７で導通させる。そして、もう一方の平型インダクタ３５５の取出し口は、同一層にある第二の絶縁基板の配線パターン３３４−２ｋで形成する平板３５６に接続する。
【００６７】
また、図８（ｃ）に示されるように、ＬＣ共振器を構成する絶縁基板内の容量はＣpとＣsが存在するが、前者のＣpは、第一の絶縁基板の配線パターン３３４−１ｋと、第二の絶縁基板の配線パターン３３４−２ｋで形成した平板３５６がオーバーラップする面積及び間隔すなわち第一の絶縁基板３３４−１の厚さによって定まる。後者のＣsは、第二の絶縁基板上方の配線パターン３３４−２ｋで形成した平板３５６と、第二の絶縁基板下方の配線パターン（第２配線導体）３３４−２ｒがオーバーラップする面積及び間隔すなわち第二の絶縁基板３３４−２の厚さによって定まる。なお、構成要素の寸法，周波数，寄生容量，インピーダンスに関する具体的な数値を用いて、ノイズの発生要因を説明する。本実施例では、絶縁基板３３４が高インピーダンスとなる周波数ｆ∞を１００ＭＨｚと設定し、先述した従来構造と同じ寸法（５０mm×３０mm程度）の絶縁基板内に並列共振器を構成することを前提に、各構成素子の設計値を決める。図８（ｃ）に示す寄生容量（Ｃp）３５３は、配線パターン３３４−１ｋと平板３５６のオーバーラップ面積により任意に与えられ、従来構造の例より１００ｐＦ以下に設定される。当該寄生容量（Ｃp）３５３と１００ＭＨｚの共振周波数を持つ並列共振器を構成するためには、平型インダクタ（Ｌ）３５５は数１０ｎＨである必要がある。先述した絶縁基板の寸法内で当該平型インダクタ（Ｌ）３５５は、一例として最外径２５mm，線幅３mm，線間隔０.７mm，巻数３の屈曲した渦形状で形成することで、約７０ｎＨのインダクタンスを実現する。本実施例において、この形状のインダクタを用いて設計すると、当該インダクタ３５５と並列に寄生する容量（Ｃp）３５３は、約３６ｐＦとなるよう平板３５６を配置する。また、直列に寄生する容量（Ｃs）３５４は低インピーダンスとなる直列共振器の共振周波数ｆzeroを決めるため、ｆzeroがインバータ出力電位の持つスペクトルが小さい周波数帯もしくはノイズ規格で規制されていない周波数帯となるよう設計する必要がある。ここでは、ｆzeroを６０ＭＨｚと設定すると、当該寄生容量（Ｃs）３５４は約６５ｐＦとなるように配線パターン３３４−２ｒと平板３５６のオーバーラップ面積または絶縁基板の厚さを調整することで設計可能である。
【００６８】
上記構成によるＬＣ共振器は、図１１（ｂ）に示すような並直型のＬＣ共振器となる。
その共振器のインピーダンス特性｜Ｚ｜は図１２の概略図中の実線で示すよう、高インピーダンスになる極周波数
と低インピーダンスになる零周波数
を持つ。
【００６９】
ここで留意することは、図１２に示す極周波数ｆ∞と零周波数ｆzeroの周波数間隔を決める独立変数となる第二の絶縁基板内の寄生容量（Ｃs）３５４の、第一の絶縁基板内の寄生容量（Ｃp）３５３に対する大小関係であり、ｆ∞≫ｆzeroとするためにはＣs≫Ｃpでなければならない。これより、ＣsがＣpに対し大きくなるためには、第一の絶縁基板内の寄生容量（Ｃp）３５３を決める第一の絶縁基板の配線パターン３３４−１ｋと第二の絶縁基板３３４−２の配線パターンで形成した平板３５６の間でオーバーラップする面積及び間隔、並びに、第二の絶縁基板内の寄生容量（Ｃs）３５４を決める第二の絶縁基板で形成した平板３５６と配線パターン３３４−２ｒの間でオーバーラップする面積及び間隔を、この平板３５６の水平方向の配置調整、加えて垂直方向の間隔を考慮することにより、Ｃs≫Ｃpの大小関係を実現させる。
【００７０】
本構成によると、平型インダクタ（Ｌ）３５５の形状寸法、第一の絶縁基板内の寄生容量（Ｃp）３５３と第二の絶縁基板内の寄生容量（Ｃs）３５４の大きさを決める各配線パターン間のオーバーラップ面積を適宜調整可能である。上記の各パラメータを最適化することで、極周波数ｆ∞及び零周波数ｆzeroを任意に設定可能であり、周波数に関し自由度のあるコモンモードノイズ対策を行えるという利点がある。
【００７１】
また、前述した第一の発明構成で述べた通り、本発明構成においても同様に高インピーダンスになる極周波数ｆ∞と低インピーダンスになる零周波数ｆzeroが存在するが、零周波数ｆzeroの周波数領域における低インピーダンス特性に関する対策も同様に行うことで対処できる。ここで、本発明構成における並列共振器のインダクタに配線パターンを用いた場合に、共振器のＱ値を意図的に低下させるための手段としては、平型インダクタ３５５を形成する際に用いる、配線パターン３３４−２ｋの線幅を狭くすることにより実現可能である。
【実施例３】
【００７２】
図９（ａ）は下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。また、図９（ｂ）は上視図、図９（ｃ）は横視図である。本実施形態と前記第２実施形態との相違箇所は、平型インダクタ（Ｌ）３５５を第一の絶縁基板の配線パターン３３４−１ｋに形成している点である。平型インダクタ３５５の一方の取出し口は、同一層の配線パターン３３４−１ｋに接続し、もう一方の取出し口は、第二の絶縁基板の配線パターン３３４−２ｋで形成する平板３５６にスルーホール３５７を用いて導通する構成を持つ。
【００７３】
ここで構成されるＬＣ共振器は、前記第二の発明構成と同様で図１１（ｂ）に示す並直型のＬＣ共振器となる。その共振器のインピーダンス特性｜Ｚ｜は図１２の概略図中の実線で示すよう、高インピーダンスになる極周波数
と低インピーダンスになる零周波数
を持つ。また、極周波数ｆ∞及び零周波数ｆzeroを決定するための、平型インダクタ（Ｌ）３５５及び第一の絶縁基板内の寄生容量（Ｃp）３５３と第二の絶縁基板内の寄生容量（Ｃs）３５４の構造上の決定法は、前記第二の発明構成と同様である。本発明構成によると、実装面積が増大するという欠点はあるが、第二の発明構成で前述したｆ∞≫ｆzeroとするためのＣs≫Ｃpとなる条件の適合範囲が広がるという利点がある。
【実施例４】
【００７４】
図１０（ａ）は下アームＩＧＢＴ３３０を搭載した下アーム回路１５２部分を切り出した上方斜視図である。また、図１０（ｂ）は上視図、図１０（ｃ）は横視図である。本実施形態は、前記第３実施形態においてＬＣ共振器を構成するために第一の絶縁基板の配線パターン３３４−１ｋを用いていた平型インダクタ３５５を、外付け用チップインダクタ３５２に変更し、第一の絶縁基板の配線パターン３３４−１ｋを用いて表面実装していることを特徴とする。その他、第一の絶縁基板内の寄生容量（Ｃp）３５３と第二の絶縁基板内の寄生容量（Ｃs）３５４の構造上の決定法は、前記第二の発明構成と同様である。本実施形態の並列共振器に外付け用チップインダクタを用いることにより、平型インダクタを用いる第三の発明構成に比べ、パワーモジュールの面積を過度に費やすことなく実現することが可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動用モータに交流電流を出力するインバータ装置に備えられる回路基板であって、
絶縁層と、
インバータ回路を構成する上アーム及び下アームのうち下アームを構成する半導体チップを実装し、かつ前記絶縁層の一方の面に形成された第１配線導体と、
前記絶縁層を挟んで、前記第１配線導体とは反対側の他方の面に形成され、かつ前記車両のアースに接続される第２配線導体と、
前記第１配線導体と前記第２配線導体との間に発生する寄生容量と並列に接続されることにより、当該寄生容量と並列共振器を構成するためのインダクタと、
を備える回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載された回路基板であって、
前記絶縁層の前記一方の面に形成された中継配線導体を備え、
前記インダクタは、当該インダクタの一方の端子が前記第２配線導体に接続され、当該インダクタの他方の端子が前記中継配線導体に接続される外付け用チップインダクタである回路基板。
【請求項３】
請求項２に記載された回路基板であって、
前記中継配線導体に、前記インダクタと直列に接続される外付け用チップコンデンサを接続する回路基板。
【請求項４】
請求項１に記載された回路基板であって、
前記インダクタは、前記絶縁層の一方側の表面に形成され、当該インダクタの一端部から伸びる配線パターンが、他端部を中心として当該他端部に近づくように屈曲又は湾曲しながら渦状に形成されることによりインダクタンス成分を有するように構成される回路基板。
【請求項５】
請求項２または３に記載されたいずれかの回路基板であって、
前記絶縁層の一方の面に形成された前記中継配線導体と、前記絶縁層の他方の面に形成する前記第２配線導体と、を電気的に接続し、かつ前記絶縁層を貫通させる接続導体を備える回路基板。
【請求項６】
請求項５に記載された回路基板であって、
前記接続導体は、前記絶縁層の一方の導体面側から他方の導体面側に伸びるスルーホールである回路基板。
【請求項７】
車両の駆動用モータに交流電流を出力するインバータ装置に備えられる回路基板であって、
絶縁層と、
インバータ回路部を構成する上アーム及び下アームのうち下アームを構成する半導体チップを実装し、かつ前記絶縁層の一方の面に形成された第１配線導体と、
前記絶縁層を挟んで、前記第１配線導体とは反対側の他方の面に形成され、かつ前記車両のアースに接続される第２配線導体と、
前記絶縁層内に形成され、かつ一方の面が前記第１配線導体と対向され、さらに他方の面が前記第２配線導体と対向するように配置される中間導体と、
前記第１配線導体と前記中間導体との間に蓄えられる寄生容量と並列に接続され、かつ前記第２配線導体と前記中間導体との間に発生する寄生容量と直列に接続されることにより、当該寄生容量と並列共振器を構成するためのインダクタと、
を備えた回路基板。
【請求項８】
請求項７に記載された回路基板であって、
前記インダクタは、前記絶縁層の一方の面に形成された第１配線導体を用いて形成され、当該インダクタの一端部から伸びる配線パターンが、他端部を中心として当該他端部に近づくように屈曲または湾曲しながら渦状に形成されることによりインダクタンス成分を有するように構成される回路基板。
【請求項９】
請求項７に記載された回路基板であって、
前記インダクタは、前記絶縁層内に形成された中間導体を用いて形成され、当該インダクタの一端部から伸びる配線パターンが、他端部を中心として当該他端部に近づくように屈曲または湾曲しながら渦状に形成されることによりインダクタンス成分を有するように構成される回路基板。
【請求項１０】
請求項９に記載の回路基板であって、
前記絶縁層の前記一方の面に形成された中継配線導体と、
一方の端子が前記中間導体に接続され、かつ他方の端子が前記中継配線導体に接続され、前記インダクタと直列に接続される外付け用チップインダクタと、
を備える回路基板。
【請求項１１】
車両の駆動用モータに交流電流を出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路を実装するための回路基板と、
前記インバータ回路と前記回路基板を収納し、かつ前記車両のアースに接続される金属筐体と、を備え、
前記回路基板は、
絶縁層と、
インバータ回路を構成する上アーム及び下アームのうち下アームを構成する半導体チップを実装し、かつ前記絶縁層の一方の面に形成された第１配線導体と、
前記絶縁層を挟んで、前記第１配線導体とは反対側の他方の面に形成され、かつ前記金属筐体に接続される第２配線導体と、
前記第１配線導体と前記第２配線導体との間に発生する寄生容量と並列に接続されることにより、当該寄生容量と並列共振器を構成するためのインダクタと、
を備える電力変換装置。
【請求項１２】
車両の駆動用モータに交流電流を出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路を実装するための回路基板と、
前記インバータ回路と前記回路基板を収納し、かつ前記車両のアースに接続される金属筐体と、を備え、
前記回路基板は、
絶縁層と、
インバータ回路を構成する上アーム及び下アームのうち下アームを構成する半導体チップを実装し、かつ前記絶縁層の一方の面に配線された第１配線導体と、
前記絶縁層を挟んで、前記第１配線導体とは反対側の他方の面に形成され、かつ前記車両のアースに接続される第２配線導体と、
前記絶縁層内に形成され、かつ一方の面が前記第１配線導体と対向され、さらに他方の面が前記第２配線導体と対向するように配置される中間導体と、
前記第１配線導体と前記中間導体との間に発生する寄生容量と並列に接続され、かつ前記第２配線導体と前記中間導体との間に発生する寄生容量と直列に接続されることにより、当該寄生容量と並列共振器を構成するためのインダクタと、
を備える電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のいずれかの電力変換装置であって、
絶縁材を介して前記回路基板を搭載し、かつ前記インバータ回路を構成する半導体素子を冷却するための冷却媒体に当該半導体素子の発生熱を伝達する金属ベースを備え、前記金属ベースは、前記第２配線導体と前記金属筐体と接続される電力変換装置。
【請求項１】
車両の駆動用モータに交流電流を出力するインバータ装置に備えられる回路基板であって、
絶縁層と、
インバータ回路を構成する上アーム及び下アームのうち下アームを構成する半導体チップを実装し、かつ前記絶縁層の一方の面に形成された第１配線導体と、
前記絶縁層を挟んで、前記第１配線導体とは反対側の他方の面に形成され、かつ前記車両のアースに接続される第２配線導体と、
前記第１配線導体と前記第２配線導体との間に発生する寄生容量と並列に接続されることにより、当該寄生容量と並列共振器を構成するためのインダクタと、
を備える回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載された回路基板であって、
前記絶縁層の前記一方の面に形成された中継配線導体を備え、
前記インダクタは、当該インダクタの一方の端子が前記第２配線導体に接続され、当該インダクタの他方の端子が前記中継配線導体に接続される外付け用チップインダクタである回路基板。
【請求項３】
請求項２に記載された回路基板であって、
前記中継配線導体に、前記インダクタと直列に接続される外付け用チップコンデンサを接続する回路基板。
【請求項４】
請求項１に記載された回路基板であって、
前記インダクタは、前記絶縁層の一方側の表面に形成され、当該インダクタの一端部から伸びる配線パターンが、他端部を中心として当該他端部に近づくように屈曲又は湾曲しながら渦状に形成されることによりインダクタンス成分を有するように構成される回路基板。
【請求項５】
請求項２または３に記載されたいずれかの回路基板であって、
前記絶縁層の一方の面に形成された前記中継配線導体と、前記絶縁層の他方の面に形成する前記第２配線導体と、を電気的に接続し、かつ前記絶縁層を貫通させる接続導体を備える回路基板。
【請求項６】
請求項５に記載された回路基板であって、
前記接続導体は、前記絶縁層の一方の導体面側から他方の導体面側に伸びるスルーホールである回路基板。
【請求項７】
車両の駆動用モータに交流電流を出力するインバータ装置に備えられる回路基板であって、
絶縁層と、
インバータ回路部を構成する上アーム及び下アームのうち下アームを構成する半導体チップを実装し、かつ前記絶縁層の一方の面に形成された第１配線導体と、
前記絶縁層を挟んで、前記第１配線導体とは反対側の他方の面に形成され、かつ前記車両のアースに接続される第２配線導体と、
前記絶縁層内に形成され、かつ一方の面が前記第１配線導体と対向され、さらに他方の面が前記第２配線導体と対向するように配置される中間導体と、
前記第１配線導体と前記中間導体との間に蓄えられる寄生容量と並列に接続され、かつ前記第２配線導体と前記中間導体との間に発生する寄生容量と直列に接続されることにより、当該寄生容量と並列共振器を構成するためのインダクタと、
を備えた回路基板。
【請求項８】
請求項７に記載された回路基板であって、
前記インダクタは、前記絶縁層の一方の面に形成された第１配線導体を用いて形成され、当該インダクタの一端部から伸びる配線パターンが、他端部を中心として当該他端部に近づくように屈曲または湾曲しながら渦状に形成されることによりインダクタンス成分を有するように構成される回路基板。
【請求項９】
請求項７に記載された回路基板であって、
前記インダクタは、前記絶縁層内に形成された中間導体を用いて形成され、当該インダクタの一端部から伸びる配線パターンが、他端部を中心として当該他端部に近づくように屈曲または湾曲しながら渦状に形成されることによりインダクタンス成分を有するように構成される回路基板。
【請求項１０】
請求項９に記載の回路基板であって、
前記絶縁層の前記一方の面に形成された中継配線導体と、
一方の端子が前記中間導体に接続され、かつ他方の端子が前記中継配線導体に接続され、前記インダクタと直列に接続される外付け用チップインダクタと、
を備える回路基板。
【請求項１１】
車両の駆動用モータに交流電流を出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路を実装するための回路基板と、
前記インバータ回路と前記回路基板を収納し、かつ前記車両のアースに接続される金属筐体と、を備え、
前記回路基板は、
絶縁層と、
インバータ回路を構成する上アーム及び下アームのうち下アームを構成する半導体チップを実装し、かつ前記絶縁層の一方の面に形成された第１配線導体と、
前記絶縁層を挟んで、前記第１配線導体とは反対側の他方の面に形成され、かつ前記金属筐体に接続される第２配線導体と、
前記第１配線導体と前記第２配線導体との間に発生する寄生容量と並列に接続されることにより、当該寄生容量と並列共振器を構成するためのインダクタと、
を備える電力変換装置。
【請求項１２】
車両の駆動用モータに交流電流を出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路を実装するための回路基板と、
前記インバータ回路と前記回路基板を収納し、かつ前記車両のアースに接続される金属筐体と、を備え、
前記回路基板は、
絶縁層と、
インバータ回路を構成する上アーム及び下アームのうち下アームを構成する半導体チップを実装し、かつ前記絶縁層の一方の面に配線された第１配線導体と、
前記絶縁層を挟んで、前記第１配線導体とは反対側の他方の面に形成され、かつ前記車両のアースに接続される第２配線導体と、
前記絶縁層内に形成され、かつ一方の面が前記第１配線導体と対向され、さらに他方の面が前記第２配線導体と対向するように配置される中間導体と、
前記第１配線導体と前記中間導体との間に発生する寄生容量と並列に接続され、かつ前記第２配線導体と前記中間導体との間に発生する寄生容量と直列に接続されることにより、当該寄生容量と並列共振器を構成するためのインダクタと、
を備える電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のいずれかの電力変換装置であって、
絶縁材を介して前記回路基板を搭載し、かつ前記インバータ回路を構成する半導体素子を冷却するための冷却媒体に当該半導体素子の発生熱を伝達する金属ベースを備え、前記金属ベースは、前記第２配線導体と前記金属筐体と接続される電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図３（ｃ）】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８（ａ）】
【図８（ｂ）】
【図８（ｃ）】
【図８（ｄ）】
【図９（ａ）】
【図９（ｂ）】
【図９（ｃ）】
【図１０（ａ）】
【図１０（ｂ）】
【図１０（ｃ）】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図３（ｃ）】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８（ａ）】
【図８（ｂ）】
【図８（ｃ）】
【図８（ｄ）】
【図９（ａ）】
【図９（ｂ）】
【図９（ｃ）】
【図１０（ａ）】
【図１０（ｂ）】
【図１０（ｃ）】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１７２３２９（Ｐ２０１１−１７２３２９Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１９３０（Ｐ２０１０−３１９３０）
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]