電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置
【課題】基板設計や放熱手段の設計の自由度が増し、小型化が容易な電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置を得ること。
【解決手段】第１のパワーモジュール７，１０と、第１のパワーモジュール７，１０よりも高耐熱な第２のパワーモジュール８と、第１のパワーモジュール７，１０と第２のパワーモジュール８とが混載される基板と、第１のパワーモジュール７，１０および第２のパワーモジュール８が発する熱を放熱する放熱手段１５と、第１のパワーモジュール７，１０と放熱手段１５とを密着固定する固定手段２０と、を備え、第２のパワーモジュール８は、第１のパワーモジュール７，１０の放熱面と放熱手段１５とが固定手段２０により密着固定されることにより、第２のパワーモジュールの放熱面と放熱手段１５とが密着する。
【解決手段】第１のパワーモジュール７，１０と、第１のパワーモジュール７，１０よりも高耐熱な第２のパワーモジュール８と、第１のパワーモジュール７，１０と第２のパワーモジュール８とが混載される基板と、第１のパワーモジュール７，１０および第２のパワーモジュール８が発する熱を放熱する放熱手段１５と、第１のパワーモジュール７，１０と放熱手段１５とを密着固定する固定手段２０と、を備え、第２のパワーモジュール８は、第１のパワーモジュール７，１０の放熱面と放熱手段１５とが固定手段２０により密着固定されることにより、第２のパワーモジュールの放熱面と放熱手段１５とが密着する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールの小型・集積化が進む中、従来のＳｉ（シリコン）系半導体により構成された半導体素子よりも耐熱性・耐電圧性が高く、小型化が可能なＳｉＣ（炭化珪素）やＧａＮ（窒化ガリウム）系材料、またはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ（以下、「ＷＢＧ」という）半導体により構成された半導体素子の採用により、さらなるパワーモジュールの小型化・集積化が進んでいる。このＷＢＧ半導体により構成された半導体素子は、従来のＳｉ系半導体により構成された半導体素子と比較して高価であるので、ＷＢＧ半導体により構成された半導体素子とＳｉ系半導体により構成された半導体素子とを混在させ、電力変換装置を構成する場合がある。
【０００３】
従来、ＷＢＧ半導体素子とＳｉ系半導体素子を含む低耐熱性部品とを熱的に絶縁された別々の基板に実装して各基板に別々の熱電発電モジュールを設け、これらの熱電発電モジュールの両方に一体型放熱手段を接続することにより、放熱手段の製造コストを削減すると共に、組立性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１）が、同一の基板上にＷＢＧ半導体素子とＳｉ系半導体素子とを混載する場合でも、各半導体素子毎に放熱手段を取り付けるのではなく、一体型の放熱手段に複数の半導体素子をネジで固定するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６１３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＷＢＧ半導体により構成された半導体素子は、従来のＳｉ系半導体により構成された半導体素子よりもスイッチング速度が速く、スイッチング損失が小さい特性を有している。この特性を活かして高周波駆動する場合、基板上のパターン配線を太く、且つ、短くする必要があるが、上記従来技術では、基板に放熱手段とＷＢＧ半導体素子とをネジ止めするための作業用穴が必要となるため、上記のように基板上のパターン配線を太く、且つ、短くするといったＷＢＧ半導体の高周波動作を活かすためのパターン配線や基板の小型化が困難である。また、高周波動作によるノイズの抑制を考慮して、ＷＢＧ半導体の実装位置を変更しようとした場合、放熱手段側の穴位置を変更するために放熱フィンの枚数や位置を変更する、あるいは、放熱手段側の作業用穴位置を変更することなく対応しようとした場合、高周波動作によるノイズの抑制を考慮した最適なＷＢＧ半導体や周辺部品の配置ができない等、基板設計や放熱手段の設計の自由度が阻害され、電力変換装置の小型化が困難となる、という問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、基板設計や放熱手段の設計の自由度が増し、小型化が容易な電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電力変換装置は、第１のパワーモジュールと、前記第１のパワーモジュールよりも高耐熱な第２のパワーモジュールと、前記第１のパワーモジュールと前記第２のパワーモジュールとが混載される基板と、前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールが発する熱を放熱する放熱手段と、前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールが発する熱を前記放熱手段に伝導する熱伝導手段と、前記第１のパワーモジュールと前記放熱手段とを前記熱伝導手段を介して密着固定する固定手段と、を備え、前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールは、それぞれの放熱面が基板面と平行になるように前記基板に配置され、前記放熱手段は、前記第１のパワーモジュールの放熱面および前記第２のパワーモジュールの放熱面に前記熱伝導手段を介して接する面が同一平面となるように形成され、前記第１のパワーモジュールの放熱面と前記放熱手段とが前記熱伝導手段を介して前記固定手段により密着固定されることにより、前記第２のパワーモジュールの放熱面と前記放熱手段とが前記熱伝導手段を介して密着することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板設計や放熱手段の設計の自由度が増し、電力変換装置の小型化が容易となる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる空気調和装置の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置である制御基板ユニットの一構成例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかる制御基板ユニットの側面図である。
【図４】図４は、図３に示す制御基板ユニットの矢視図である。
【図５】図５は、実施の形態２にかかる制御基板ユニットの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる空気調和装置の一例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる空気調和装置は、室内機１および室外機２で構成され、室内機１と室外機２との間は、配管３により接続されている。また、室外機２は、実施の形態１にかかる電力変換装置である制御基板ユニット４を備えている。
【００１２】
図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置である制御基板ユニットの一構成例を示す図である。図２に示すように、実施の形態１にかかる電力変換装置である制御基板ユニット４は、室内機１から配管３を介して交流電源６が供給され、交流電源６の交流電力を整流するダイオードブリッジモジュール７、昇圧および力率制御（高調波対策）用のＰＦＣモジュール８、平滑用コンデンサ９、圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０、ファンモータ制御用インバータモジュール１１がプリント基板５に実装され、ダイオードブリッジモジュール７とＰＦＣモジュール８との間にリアクタ１２が接続され構成される。また、制御基板ユニット４は、圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の負荷として圧縮機モータ１３が接続され、ファンモータ制御用インバータモジュール１１の負荷としてファンモータ１４が接続されている。なお、本実施の形態では、ダイオードブリッジモジュール７、圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０、ファンモータ制御用インバータモジュール１１は、Ｓｉ系半導体により構成された低耐熱パワーモジュール（第１のパワーモジュール）であり、ＰＦＣモジュール８は、Ｓｉ系半導体よりも高耐熱なＷＢＧ半導体により構成された高耐熱パワーモジュール（第２のパワーモジュール）である。また、プリント基板５としては、例えば、両面基板であってもよいし、片面基板あるいは多層基板であってもよい。
【００１３】
図３は、実施の形態１にかかる制御基板ユニットの側面図である。また、図４は、図３に示す制御基板ユニットの矢視図である。なお、図３および図４に示す例では、図２に示した平滑用コンデンサ９およびファンモータ制御用インバータモジュール１１を省略している。
【００１４】
図３に示すように、ダイオードブリッジモジュール７は、ダイオードブリッジモジュール用サポート１６を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされ、ＰＦＣモジュール８は、ＰＦＣモジュール用サポート１７を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされ、圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０は、インバータモジュール用サポート１８を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされている。これらのダイオードブリッジモジュール７、ＰＦＣモジュール８、および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０は、それぞれの放熱面（プリント基板５に面するケース外面の反対側の面）がプリント基板５の基板面と平行になるように配置される。
【００１５】
ダイオードブリッジモジュール用サポート１６、ＰＦＣモジュール用サポート１７、およびインバータモジュール用サポート１８は、ＰＦＣモジュール８の放熱面とプリント基板５との直交方向距離が、ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面とプリント基板５との直交方向距離よりも大きくなるように高さが調整されている。本実施の形態では、ＰＦＣモジュール８の放熱面とプリント基板５との直交方向距離がダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面とプリント基板５との直交方向距離よりも数百ｎｍ〜数ｍｍ程度大きくなるように高さが調整されているものとしている。
【００１６】
ダイオードブリッジモジュール７、ＰＦＣモジュール８、および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０のそれぞれの放熱面には、熱伝導を向上させることを目的として放熱グリス１９（熱伝導手段）が塗布され、その放熱グリス１９を介して、放熱手段１５が配置されている。
【００１７】
また、図４に示すように、プリント基板５には、ダイオードブリッジモジュール用サポート１６およびインバータモジュール用サポート１８の実装位置にそれぞれダイオードブリッジモジュール７と圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０とを放熱手段１５にネジ止めするための作業用穴２２が設けられている。また、プリント基板５には、ＰＦＣモジュール用サポート１７の実装位置を固定するための小さい位置固定穴２３が２箇所設けられている。
【００１８】
放熱手段１５には、ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の固定用ネジ挿通孔（図示せず）に対応して固定用ネジ取付穴（図示せず）が設けられている。ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０は、プリント基板５に設けられた作業用穴２２を利用して、固定用ネジ挿通孔に固定用ネジ（固定手段）２０を挿通させて放熱手段１５の固定用ネジ取付穴に固定用ネジ２０を適切なトルクでねじ込むことにより、放熱面が放熱グリス１９を介して放熱手段１５に密着固定される。なお、放熱手段１５の固定用ネジ取付穴は、放熱手段１５に複数備えられている放熱フィン１５ａを避けた位置に設けられている。
【００１９】
上述したように、本実施の形態では、ＰＦＣモジュール８の放熱面とプリント基板５との直交方向距離がダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面とプリント基板５との直交方向距離よりも数百ｎｍ〜数ｍｍ程度大きくなるようにしている。このため、ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面が固定用ネジ２０により放熱グリス１９を介して放熱手段１５に密着固定されることにより、ＰＦＣモジュール８の放熱面が放熱グリス１９を介して放熱手段１５に密着する。
【００２０】
また、上述したように、本実施の形態では、ＷＢＧ半導体により構成されたＰＦＣモジュール８を、固定用ネジ２０を用いることなく、放熱手段１５に密着させる構成としている。このため、プリント基板５にＰＦＣモジュール８を放熱手段１５にネジ止めするための作業用穴２２を設ける必要がなく、ＷＢＧ半導体の高周波動作を活かすためのパターン配線や、高周波動作によるノイズの抑制を考慮した最適な部品配置が容易となり、プリント基板５の小型化も可能となる。また、放熱手段１５にＰＦＣモジュール８をネジ止めするための固定用ネジ取付穴を設ける必要がないため、放熱フィン１５ａの位置によりＰＦＣモジュール８の実装位置が左右されることがなく、さらには、ＰＦＣモジュール８の実装位置により放熱手段１５の設計が左右されることがないため、放熱手段１５の設計が容易となる。
【００２１】
以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置によれば、Ｓｉ系半導体よりも高耐熱なＷＢＧ半導体により構成された高耐熱パワーモジュールであるＰＦＣモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離が、Ｓｉ系半導体により構成された低耐熱パワーモジュールであるダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールの放熱面とプリント基板５との直交方向距離よりも数百ｎｍ〜数ｍｍ程度大きくなるように配置し、ダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールの放熱面を固定用ネジにより放熱手段に熱伝導手段である放熱グリスを介して密着固定することにより、ＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に密着固定させるための固定用ネジを用いることなく、ＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に熱伝導手段である放熱グリスを介して密着させるようにしたので、プリント基板にＰＦＣモジュールを放熱手段にネジ止めするための作業用穴を設ける必要がなく、ＷＢＧ半導体の高周波動作を活かすためのパターン配線や、高周波動作によるノイズの抑制を考慮した最適な部品配置が容易となり、プリント基板の小型化も可能となる。
【００２２】
つまり、ＰＦＣモジュールをＷＢＧ半導体の特徴である低スイッチング損失を活かして高周波スイッチング動作させる場合には、プリント基板上のパターン配線を太く、且つ、短くする等、高周波スイッチングによるパターン配線のインダクタンスの悪影響を軽減することができる。
【００２３】
また、ＰＦＣモジュールを高周波スイッチング動作させない場合でも、ＰＦＣモジュールの周辺部品を実装するスペースが広くなるため、プリント基板を小型化することができる。
【００２４】
また、放熱手段にＰＦＣモジュールをネジ止めするための固定用ネジ取付穴を設ける必要がないため、放熱フィンの位置によりＰＦＣモジュールの実装位置が左右されることがなく、ＰＦＣモジュール自体の配置が容易となる。さらには、ＰＦＣモジュールの実装位置により放熱手段の設計が左右されることがないため、放熱フィンの位置や枚数に対する自由度が増し、放熱手段の設計が容易となる。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態１では、高耐熱パワーモジュールであるＰＦＣモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離が低耐熱モジュールであるダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離よりも数百ｎｍ〜数ｍｍ程度大きくなるように高さを調整する例について説明したが、本実施の形態では、高耐熱パワーモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離と低耐熱パワーモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離とが等しくなるように高さを調整し、高耐熱パワーモジュールおよび低耐熱パワーモジュールの熱伝導手段を異なる仕様とすることにより実施の形態１と同様の効果を得る例について説明する。なお、実施の形態２にかかる電力変換装置の構成は、実施の形態１にかかる電力変換装置と同一であるので、ここでは説明を省略する。
【００２６】
図５は、実施の形態２にかかる制御基板ユニットの側面図である。なお、図５に示す例では、実施の形態１と同様に、図２に示した平滑用コンデンサ９およびファンモータ制御用インバータモジュール１１を省略している。
【００２７】
図５に示すように、ダイオードブリッジモジュール７は、ダイオードブリッジモジュール用サポート１６を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされ、ＰＦＣモジュール８は、ＰＦＣモジュール用サポート１７を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされ、圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０は、インバータモジュール用サポート１８を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされている。なお、プリント基板５としては、実施の形態１と同様に、例えば、両面基板であってもよいし、片面基板あるいは多層基板であってもよい。
【００２８】
ダイオードブリッジモジュール用サポート１６、ＰＦＣモジュール用サポート１７、およびインバータモジュール用サポート１８は、ＰＦＣモジュール８、ダイオードブリッジモジュール７、および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面とプリント基板５との直交方向距離が等しくなるように高さが調整されている。
【００２９】
ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０のそれぞれの放熱面には、実施の形態１と同様に放熱グリス１９（第１の熱伝導手段）が塗布され、その放熱グリス１９を介して、放熱手段１５が配置されている。
【００３０】
また、ＰＦＣモジュール８の放熱面には、放熱グリス１９に代えて、数百ｎｍ〜数ｍｍの厚みのある放熱シート２１（第２の熱伝導手段）が貼り付けられ、その放熱シートを介して、放熱手段１５が配置されている。
【００３１】
また、実施の形態１と同様に、プリント基板５には、ダイオードブリッジモジュール用サポート１６およびインバータモジュール用サポート１８の実装位置にそれぞれダイオードブリッジモジュール７と圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０とを放熱手段１５にネジ止めするための作業用穴２２が設けられている。また、プリント基板５には、ＰＦＣモジュール用サポート１７の実装位置を固定するための小さい位置固定穴２３が２箇所設けられている（図４参照）。
【００３２】
放熱手段１５には、ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の固定用ネジ挿通孔（図示せず）に対応して固定用ネジ取付穴（図示せず）が設けられている。ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０は、プリント基板５に設けられた作業用穴２２を利用して、固定用ネジ挿通孔に固定用ネジ２０を挿通させて放熱手段１５の固定用ネジ取付穴に固定用ネジ２０を適切なトルクでねじ込むことにより、放熱面が放熱グリス１９を介して放熱手段１５に密着固定される。なお、放熱手段１５の固定用ネジ取付穴は、放熱手段１５に複数備えられている放熱フィン１５ａを避けた位置に設けられている。
【００３３】
本実施の形態では、ＰＦＣモジュール８、ダイオードブリッジモジュール７、および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面とプリント基板５との直交方向距離が等しくなるように配置され、ＰＦＣモジュール８の放熱面には、上述したように、放熱グリス１９に代えて、数百ｎｍ〜数ｍｍの厚みのある放熱シート２１が貼り付けられ、その放熱シートを介して、放熱手段１５が配置されるようにしている。このため、ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面が固定用ネジ２０により放熱手段１５に放熱グリス１９を介して密着固定されることにより、ＰＦＣモジュール８の放熱面に貼り付けられた放熱シート２１が適度に圧迫されて押し潰され、ＰＦＣモジュール８の放熱面がその押し潰された放熱シート２１を介して放熱手段１５に密着する。
【００３４】
上述したように、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、ＷＢＧ半導体により構成されたＰＦＣモジュール８を、固定用ネジ２０を用いることなく、放熱手段１５に密着させる構成としている。このため、プリント基板５にＰＦＣモジュール８を放熱手段１５にネジ止めするための作業用穴２２を設ける必要がなく、ＷＢＧ半導体の高周波動作を活かすためのパターン配線や、高周波動作によるノイズの抑制を考慮した最適な部品配置が容易となり、プリント基板５の小型化も可能となる。また、放熱手段１５にＰＦＣモジュール８をネジ止めするための固定用ネジ取付穴を設ける必要がないため、放熱フィン１５ａの位置によりＰＦＣモジュール８の実装位置が左右されることがなく、さらには、ＰＦＣモジュール８の実装位置により放熱手段１５の設計が左右されることがないため、放熱手段１５の設計が容易となる。
【００３５】
以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置によれば、Ｓｉ系半導体よりも高耐熱なＷＢＧ半導体により構成された高耐熱パワーモジュールであるＰＦＣモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離と、Ｓｉ系半導体により構成された低耐熱パワーモジュールであるダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離とが等しくなるように配置し、ダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールの放熱面を固定用ネジにより放熱手段に第１の熱伝導手段である放熱グリスを介して密着固定することにより、ＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に密着固定させるための固定用ネジを用いることなく、ＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に第２の熱伝導手段である放熱シートを介して密着させるようにしたので、実施の形態１と同様に、基板設計や放熱手段の設計の自由度が増し、電力変換装置の小型化が容易となる。
【００３６】
なお、上述した実施の形態２では、第１の熱伝導手段として放熱グリスを適用し、第２の熱伝導手段として数百ｎｍ〜数ｍｍの厚みのある放熱シートを適用して構成する例について説明したが、第１の熱伝導手段として放熱シートを適用し、第２の熱伝導手段として第１の熱伝導手段である放熱シートよりも数百ｎｍ〜数ｍｍ程度厚い放熱シートを適用して構成するようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、上述した実施の形態では、固定用ネジを用いることなくＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に密着させるようにしたが、この場合には、固定用ネジを用いて放熱手段に密着固定させた場合よりも放熱面と放熱手段との間の熱抵抗が増し、温度が上昇することとなる。上述した実施の形態１では、Ｓｉ系半導体よりも高耐熱であり、２００℃以上の高温動作が可能なＷＢＧ半導体を用いてＰＦＣモジュールを構成していることを利用して、固定用ネジを用いることなくＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に密着させる構成とすることを可能としている。
【００３８】
なお、パワーモジュールの温度保護として、例えば、低耐熱パワーモジュールであるダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ駆動用インバータモジュールの温度を検出あるいは推定するための温度サーミスタと、高耐熱パワーモジュールであるＰＦＣモジュールの温度を検出あるいは推定するための温度サーミスタとをそれぞれ放熱手段に設け、ダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ駆動用インバータモジュールの温度、あるいは、ＰＦＣモジュールの温度のどちらか一方の温度が上限温度を超えた場合に、制御基板ユニットを停止させる構成としてもよい。また、例えば、パワーモジュールのケース温度、あるいは、よりジャンクション温度に近い温度情報を電圧出力する端子を備えたパワーモジュールを用いて、複数あるうちのいずれかのパワーモジュールの温度が上限温度を超えた場合に、制御基板ユニットを停止させる構成としてもよい。
【００３９】
また、上述した実施の形態では、ＰＦＣモジュールを高耐熱パワーモジュールとし、ダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールを低耐熱モジュールとした例について説明したが、ダイオードブリッジモジュールを高耐熱パワーモジュールとし、ＰＦＣモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールを低耐熱パワーモジュールとしてもよいし、圧縮機モータ制御用インバータモジュールを高耐熱パワーモジュールとし、ダイオードブリッジモジュールおよびＰＦＣモジュールを低耐熱パワーモジュールとしてもよい。また、ファンモータ制御用インバータモジュールをも放熱手段により放熱される構成とし、ダイオードブリッジモジュール、ＰＦＣモジュール、圧縮機モータ制御用インバータモジュール、およびファンモータ制御用インバータモジュールの４つのうち、１つだけ高耐熱パワーモジュールとし、残りの３つを低耐熱パワーモジュールとしてもよいし、ダイオードブリッジモジュール、ＰＦＣモジュール、圧縮機モータ制御用インバータモジュール、およびファンモータ制御用インバータモジュールの４つのうち、２つを高耐熱パワーモジュールとし、残る２つを低耐熱パワーモジュールとしてもよい。なお、高耐熱パワーモジュールおよび低耐熱パワーモジュールをそれぞれ１つずつ要する構成である場合には、放熱手段が低耐熱パワーモジュールのみで固定されることとなる。この場合には、放熱手段とプリント基板とを固定するための固定手段を別途設ける構成としてもよい。
【００４０】
さらに、上述した実施の形態では、ダイオードモジュール用サポート、ＰＦＣモジュール用サポート、およびインバータモジュール用サポートを備えて各パワーモジュールの高さを調整する構成としているが、これらのサポート部品を用いずに各パワーモジュールの高さを調整する構成であってもよい。
【００４１】
なお、上述した実施の形態において説明したＷＢＧ半導体により構成されたパワーモジュールを用いることによる効果は、各実施の形態において記載した効果にとどまらない。
【００４２】
例えば、ＷＢＧ半導体によって構成されたパワーモジュールは、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、パワーモジュールのさらなる小型化が可能であり、これら小型化されたパワーモジュールを用いることにより、これらのモジュールを組み込んだ電力変換装置の小型化が可能となる。
【００４３】
また、ＷＢＧ半導体によって構成されたパワーモジュールは、上述したように耐熱性も高いため、放熱手段の放熱フィンの小型化が可能であるので、電力変換装置の一層の小型化が可能となり、延いては、その電力変換装置を組み込んだ空気調和装置の小型化・低コスト化を図ることが可能となる。
【００４４】
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１ 室内機
２ 室外機
３ 配管
４ 制御基板ユニット
５ プリント基板
６ 交流電源
７ ダイオードブリッジモジュール（第１のパワーモジュール）
８ ＰＦＣモジュール（第２のパワーモジュール）
９ 平滑用コンデンサ
１０ 圧縮機モータ制御用インバータモジュール（第１のパワーモジュール）
１１ ファンモータ制御用インバータモジュール（第１のパワーモジュール）
１２ リアクタ
１３ 圧縮機モータ
１４ ファンモータ
１５ａ 放熱フィン
１５ 放熱手段
１６ ダイオードブリッジモジュール用サポート
１７ ＰＦＣモジュール用サポート
１８ インバータモジュール用サポート
１９ 放熱グリス（熱伝導手段、第１の熱伝導手段）
２０ 固定用ネジ（固定手段）
２１ 放熱シート（第１の熱伝導手段、第２の熱伝導手段）
２２ 作業用穴
２３ 位置固定穴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールの小型・集積化が進む中、従来のＳｉ（シリコン）系半導体により構成された半導体素子よりも耐熱性・耐電圧性が高く、小型化が可能なＳｉＣ（炭化珪素）やＧａＮ（窒化ガリウム）系材料、またはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ（以下、「ＷＢＧ」という）半導体により構成された半導体素子の採用により、さらなるパワーモジュールの小型化・集積化が進んでいる。このＷＢＧ半導体により構成された半導体素子は、従来のＳｉ系半導体により構成された半導体素子と比較して高価であるので、ＷＢＧ半導体により構成された半導体素子とＳｉ系半導体により構成された半導体素子とを混在させ、電力変換装置を構成する場合がある。
【０００３】
従来、ＷＢＧ半導体素子とＳｉ系半導体素子を含む低耐熱性部品とを熱的に絶縁された別々の基板に実装して各基板に別々の熱電発電モジュールを設け、これらの熱電発電モジュールの両方に一体型放熱手段を接続することにより、放熱手段の製造コストを削減すると共に、組立性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１）が、同一の基板上にＷＢＧ半導体素子とＳｉ系半導体素子とを混載する場合でも、各半導体素子毎に放熱手段を取り付けるのではなく、一体型の放熱手段に複数の半導体素子をネジで固定するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６１３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＷＢＧ半導体により構成された半導体素子は、従来のＳｉ系半導体により構成された半導体素子よりもスイッチング速度が速く、スイッチング損失が小さい特性を有している。この特性を活かして高周波駆動する場合、基板上のパターン配線を太く、且つ、短くする必要があるが、上記従来技術では、基板に放熱手段とＷＢＧ半導体素子とをネジ止めするための作業用穴が必要となるため、上記のように基板上のパターン配線を太く、且つ、短くするといったＷＢＧ半導体の高周波動作を活かすためのパターン配線や基板の小型化が困難である。また、高周波動作によるノイズの抑制を考慮して、ＷＢＧ半導体の実装位置を変更しようとした場合、放熱手段側の穴位置を変更するために放熱フィンの枚数や位置を変更する、あるいは、放熱手段側の作業用穴位置を変更することなく対応しようとした場合、高周波動作によるノイズの抑制を考慮した最適なＷＢＧ半導体や周辺部品の配置ができない等、基板設計や放熱手段の設計の自由度が阻害され、電力変換装置の小型化が困難となる、という問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、基板設計や放熱手段の設計の自由度が増し、小型化が容易な電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電力変換装置は、第１のパワーモジュールと、前記第１のパワーモジュールよりも高耐熱な第２のパワーモジュールと、前記第１のパワーモジュールと前記第２のパワーモジュールとが混載される基板と、前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールが発する熱を放熱する放熱手段と、前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールが発する熱を前記放熱手段に伝導する熱伝導手段と、前記第１のパワーモジュールと前記放熱手段とを前記熱伝導手段を介して密着固定する固定手段と、を備え、前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールは、それぞれの放熱面が基板面と平行になるように前記基板に配置され、前記放熱手段は、前記第１のパワーモジュールの放熱面および前記第２のパワーモジュールの放熱面に前記熱伝導手段を介して接する面が同一平面となるように形成され、前記第１のパワーモジュールの放熱面と前記放熱手段とが前記熱伝導手段を介して前記固定手段により密着固定されることにより、前記第２のパワーモジュールの放熱面と前記放熱手段とが前記熱伝導手段を介して密着することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板設計や放熱手段の設計の自由度が増し、電力変換装置の小型化が容易となる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる空気調和装置の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置である制御基板ユニットの一構成例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかる制御基板ユニットの側面図である。
【図４】図４は、図３に示す制御基板ユニットの矢視図である。
【図５】図５は、実施の形態２にかかる制御基板ユニットの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる空気調和装置の一例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる空気調和装置は、室内機１および室外機２で構成され、室内機１と室外機２との間は、配管３により接続されている。また、室外機２は、実施の形態１にかかる電力変換装置である制御基板ユニット４を備えている。
【００１２】
図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置である制御基板ユニットの一構成例を示す図である。図２に示すように、実施の形態１にかかる電力変換装置である制御基板ユニット４は、室内機１から配管３を介して交流電源６が供給され、交流電源６の交流電力を整流するダイオードブリッジモジュール７、昇圧および力率制御（高調波対策）用のＰＦＣモジュール８、平滑用コンデンサ９、圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０、ファンモータ制御用インバータモジュール１１がプリント基板５に実装され、ダイオードブリッジモジュール７とＰＦＣモジュール８との間にリアクタ１２が接続され構成される。また、制御基板ユニット４は、圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の負荷として圧縮機モータ１３が接続され、ファンモータ制御用インバータモジュール１１の負荷としてファンモータ１４が接続されている。なお、本実施の形態では、ダイオードブリッジモジュール７、圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０、ファンモータ制御用インバータモジュール１１は、Ｓｉ系半導体により構成された低耐熱パワーモジュール（第１のパワーモジュール）であり、ＰＦＣモジュール８は、Ｓｉ系半導体よりも高耐熱なＷＢＧ半導体により構成された高耐熱パワーモジュール（第２のパワーモジュール）である。また、プリント基板５としては、例えば、両面基板であってもよいし、片面基板あるいは多層基板であってもよい。
【００１３】
図３は、実施の形態１にかかる制御基板ユニットの側面図である。また、図４は、図３に示す制御基板ユニットの矢視図である。なお、図３および図４に示す例では、図２に示した平滑用コンデンサ９およびファンモータ制御用インバータモジュール１１を省略している。
【００１４】
図３に示すように、ダイオードブリッジモジュール７は、ダイオードブリッジモジュール用サポート１６を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされ、ＰＦＣモジュール８は、ＰＦＣモジュール用サポート１７を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされ、圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０は、インバータモジュール用サポート１８を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされている。これらのダイオードブリッジモジュール７、ＰＦＣモジュール８、および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０は、それぞれの放熱面（プリント基板５に面するケース外面の反対側の面）がプリント基板５の基板面と平行になるように配置される。
【００１５】
ダイオードブリッジモジュール用サポート１６、ＰＦＣモジュール用サポート１７、およびインバータモジュール用サポート１８は、ＰＦＣモジュール８の放熱面とプリント基板５との直交方向距離が、ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面とプリント基板５との直交方向距離よりも大きくなるように高さが調整されている。本実施の形態では、ＰＦＣモジュール８の放熱面とプリント基板５との直交方向距離がダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面とプリント基板５との直交方向距離よりも数百ｎｍ〜数ｍｍ程度大きくなるように高さが調整されているものとしている。
【００１６】
ダイオードブリッジモジュール７、ＰＦＣモジュール８、および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０のそれぞれの放熱面には、熱伝導を向上させることを目的として放熱グリス１９（熱伝導手段）が塗布され、その放熱グリス１９を介して、放熱手段１５が配置されている。
【００１７】
また、図４に示すように、プリント基板５には、ダイオードブリッジモジュール用サポート１６およびインバータモジュール用サポート１８の実装位置にそれぞれダイオードブリッジモジュール７と圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０とを放熱手段１５にネジ止めするための作業用穴２２が設けられている。また、プリント基板５には、ＰＦＣモジュール用サポート１７の実装位置を固定するための小さい位置固定穴２３が２箇所設けられている。
【００１８】
放熱手段１５には、ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の固定用ネジ挿通孔（図示せず）に対応して固定用ネジ取付穴（図示せず）が設けられている。ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０は、プリント基板５に設けられた作業用穴２２を利用して、固定用ネジ挿通孔に固定用ネジ（固定手段）２０を挿通させて放熱手段１５の固定用ネジ取付穴に固定用ネジ２０を適切なトルクでねじ込むことにより、放熱面が放熱グリス１９を介して放熱手段１５に密着固定される。なお、放熱手段１５の固定用ネジ取付穴は、放熱手段１５に複数備えられている放熱フィン１５ａを避けた位置に設けられている。
【００１９】
上述したように、本実施の形態では、ＰＦＣモジュール８の放熱面とプリント基板５との直交方向距離がダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面とプリント基板５との直交方向距離よりも数百ｎｍ〜数ｍｍ程度大きくなるようにしている。このため、ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面が固定用ネジ２０により放熱グリス１９を介して放熱手段１５に密着固定されることにより、ＰＦＣモジュール８の放熱面が放熱グリス１９を介して放熱手段１５に密着する。
【００２０】
また、上述したように、本実施の形態では、ＷＢＧ半導体により構成されたＰＦＣモジュール８を、固定用ネジ２０を用いることなく、放熱手段１５に密着させる構成としている。このため、プリント基板５にＰＦＣモジュール８を放熱手段１５にネジ止めするための作業用穴２２を設ける必要がなく、ＷＢＧ半導体の高周波動作を活かすためのパターン配線や、高周波動作によるノイズの抑制を考慮した最適な部品配置が容易となり、プリント基板５の小型化も可能となる。また、放熱手段１５にＰＦＣモジュール８をネジ止めするための固定用ネジ取付穴を設ける必要がないため、放熱フィン１５ａの位置によりＰＦＣモジュール８の実装位置が左右されることがなく、さらには、ＰＦＣモジュール８の実装位置により放熱手段１５の設計が左右されることがないため、放熱手段１５の設計が容易となる。
【００２１】
以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置によれば、Ｓｉ系半導体よりも高耐熱なＷＢＧ半導体により構成された高耐熱パワーモジュールであるＰＦＣモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離が、Ｓｉ系半導体により構成された低耐熱パワーモジュールであるダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールの放熱面とプリント基板５との直交方向距離よりも数百ｎｍ〜数ｍｍ程度大きくなるように配置し、ダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールの放熱面を固定用ネジにより放熱手段に熱伝導手段である放熱グリスを介して密着固定することにより、ＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に密着固定させるための固定用ネジを用いることなく、ＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に熱伝導手段である放熱グリスを介して密着させるようにしたので、プリント基板にＰＦＣモジュールを放熱手段にネジ止めするための作業用穴を設ける必要がなく、ＷＢＧ半導体の高周波動作を活かすためのパターン配線や、高周波動作によるノイズの抑制を考慮した最適な部品配置が容易となり、プリント基板の小型化も可能となる。
【００２２】
つまり、ＰＦＣモジュールをＷＢＧ半導体の特徴である低スイッチング損失を活かして高周波スイッチング動作させる場合には、プリント基板上のパターン配線を太く、且つ、短くする等、高周波スイッチングによるパターン配線のインダクタンスの悪影響を軽減することができる。
【００２３】
また、ＰＦＣモジュールを高周波スイッチング動作させない場合でも、ＰＦＣモジュールの周辺部品を実装するスペースが広くなるため、プリント基板を小型化することができる。
【００２４】
また、放熱手段にＰＦＣモジュールをネジ止めするための固定用ネジ取付穴を設ける必要がないため、放熱フィンの位置によりＰＦＣモジュールの実装位置が左右されることがなく、ＰＦＣモジュール自体の配置が容易となる。さらには、ＰＦＣモジュールの実装位置により放熱手段の設計が左右されることがないため、放熱フィンの位置や枚数に対する自由度が増し、放熱手段の設計が容易となる。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態１では、高耐熱パワーモジュールであるＰＦＣモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離が低耐熱モジュールであるダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離よりも数百ｎｍ〜数ｍｍ程度大きくなるように高さを調整する例について説明したが、本実施の形態では、高耐熱パワーモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離と低耐熱パワーモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離とが等しくなるように高さを調整し、高耐熱パワーモジュールおよび低耐熱パワーモジュールの熱伝導手段を異なる仕様とすることにより実施の形態１と同様の効果を得る例について説明する。なお、実施の形態２にかかる電力変換装置の構成は、実施の形態１にかかる電力変換装置と同一であるので、ここでは説明を省略する。
【００２６】
図５は、実施の形態２にかかる制御基板ユニットの側面図である。なお、図５に示す例では、実施の形態１と同様に、図２に示した平滑用コンデンサ９およびファンモータ制御用インバータモジュール１１を省略している。
【００２７】
図５に示すように、ダイオードブリッジモジュール７は、ダイオードブリッジモジュール用サポート１６を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされ、ＰＦＣモジュール８は、ＰＦＣモジュール用サポート１７を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされ、圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０は、インバータモジュール用サポート１８を介してプリント基板５上に配置されて半田付けされている。なお、プリント基板５としては、実施の形態１と同様に、例えば、両面基板であってもよいし、片面基板あるいは多層基板であってもよい。
【００２８】
ダイオードブリッジモジュール用サポート１６、ＰＦＣモジュール用サポート１７、およびインバータモジュール用サポート１８は、ＰＦＣモジュール８、ダイオードブリッジモジュール７、および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面とプリント基板５との直交方向距離が等しくなるように高さが調整されている。
【００２９】
ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０のそれぞれの放熱面には、実施の形態１と同様に放熱グリス１９（第１の熱伝導手段）が塗布され、その放熱グリス１９を介して、放熱手段１５が配置されている。
【００３０】
また、ＰＦＣモジュール８の放熱面には、放熱グリス１９に代えて、数百ｎｍ〜数ｍｍの厚みのある放熱シート２１（第２の熱伝導手段）が貼り付けられ、その放熱シートを介して、放熱手段１５が配置されている。
【００３１】
また、実施の形態１と同様に、プリント基板５には、ダイオードブリッジモジュール用サポート１６およびインバータモジュール用サポート１８の実装位置にそれぞれダイオードブリッジモジュール７と圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０とを放熱手段１５にネジ止めするための作業用穴２２が設けられている。また、プリント基板５には、ＰＦＣモジュール用サポート１７の実装位置を固定するための小さい位置固定穴２３が２箇所設けられている（図４参照）。
【００３２】
放熱手段１５には、ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の固定用ネジ挿通孔（図示せず）に対応して固定用ネジ取付穴（図示せず）が設けられている。ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０は、プリント基板５に設けられた作業用穴２２を利用して、固定用ネジ挿通孔に固定用ネジ２０を挿通させて放熱手段１５の固定用ネジ取付穴に固定用ネジ２０を適切なトルクでねじ込むことにより、放熱面が放熱グリス１９を介して放熱手段１５に密着固定される。なお、放熱手段１５の固定用ネジ取付穴は、放熱手段１５に複数備えられている放熱フィン１５ａを避けた位置に設けられている。
【００３３】
本実施の形態では、ＰＦＣモジュール８、ダイオードブリッジモジュール７、および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面とプリント基板５との直交方向距離が等しくなるように配置され、ＰＦＣモジュール８の放熱面には、上述したように、放熱グリス１９に代えて、数百ｎｍ〜数ｍｍの厚みのある放熱シート２１が貼り付けられ、その放熱シートを介して、放熱手段１５が配置されるようにしている。このため、ダイオードブリッジモジュール７および圧縮機モータ制御用インバータモジュール１０の放熱面が固定用ネジ２０により放熱手段１５に放熱グリス１９を介して密着固定されることにより、ＰＦＣモジュール８の放熱面に貼り付けられた放熱シート２１が適度に圧迫されて押し潰され、ＰＦＣモジュール８の放熱面がその押し潰された放熱シート２１を介して放熱手段１５に密着する。
【００３４】
上述したように、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、ＷＢＧ半導体により構成されたＰＦＣモジュール８を、固定用ネジ２０を用いることなく、放熱手段１５に密着させる構成としている。このため、プリント基板５にＰＦＣモジュール８を放熱手段１５にネジ止めするための作業用穴２２を設ける必要がなく、ＷＢＧ半導体の高周波動作を活かすためのパターン配線や、高周波動作によるノイズの抑制を考慮した最適な部品配置が容易となり、プリント基板５の小型化も可能となる。また、放熱手段１５にＰＦＣモジュール８をネジ止めするための固定用ネジ取付穴を設ける必要がないため、放熱フィン１５ａの位置によりＰＦＣモジュール８の実装位置が左右されることがなく、さらには、ＰＦＣモジュール８の実装位置により放熱手段１５の設計が左右されることがないため、放熱手段１５の設計が容易となる。
【００３５】
以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置、およびそれを備えた空気調和装置によれば、Ｓｉ系半導体よりも高耐熱なＷＢＧ半導体により構成された高耐熱パワーモジュールであるＰＦＣモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離と、Ｓｉ系半導体により構成された低耐熱パワーモジュールであるダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールの放熱面とプリント基板との直交方向距離とが等しくなるように配置し、ダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールの放熱面を固定用ネジにより放熱手段に第１の熱伝導手段である放熱グリスを介して密着固定することにより、ＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に密着固定させるための固定用ネジを用いることなく、ＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に第２の熱伝導手段である放熱シートを介して密着させるようにしたので、実施の形態１と同様に、基板設計や放熱手段の設計の自由度が増し、電力変換装置の小型化が容易となる。
【００３６】
なお、上述した実施の形態２では、第１の熱伝導手段として放熱グリスを適用し、第２の熱伝導手段として数百ｎｍ〜数ｍｍの厚みのある放熱シートを適用して構成する例について説明したが、第１の熱伝導手段として放熱シートを適用し、第２の熱伝導手段として第１の熱伝導手段である放熱シートよりも数百ｎｍ〜数ｍｍ程度厚い放熱シートを適用して構成するようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、上述した実施の形態では、固定用ネジを用いることなくＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に密着させるようにしたが、この場合には、固定用ネジを用いて放熱手段に密着固定させた場合よりも放熱面と放熱手段との間の熱抵抗が増し、温度が上昇することとなる。上述した実施の形態１では、Ｓｉ系半導体よりも高耐熱であり、２００℃以上の高温動作が可能なＷＢＧ半導体を用いてＰＦＣモジュールを構成していることを利用して、固定用ネジを用いることなくＰＦＣモジュールの放熱面を放熱手段に密着させる構成とすることを可能としている。
【００３８】
なお、パワーモジュールの温度保護として、例えば、低耐熱パワーモジュールであるダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ駆動用インバータモジュールの温度を検出あるいは推定するための温度サーミスタと、高耐熱パワーモジュールであるＰＦＣモジュールの温度を検出あるいは推定するための温度サーミスタとをそれぞれ放熱手段に設け、ダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ駆動用インバータモジュールの温度、あるいは、ＰＦＣモジュールの温度のどちらか一方の温度が上限温度を超えた場合に、制御基板ユニットを停止させる構成としてもよい。また、例えば、パワーモジュールのケース温度、あるいは、よりジャンクション温度に近い温度情報を電圧出力する端子を備えたパワーモジュールを用いて、複数あるうちのいずれかのパワーモジュールの温度が上限温度を超えた場合に、制御基板ユニットを停止させる構成としてもよい。
【００３９】
また、上述した実施の形態では、ＰＦＣモジュールを高耐熱パワーモジュールとし、ダイオードブリッジモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールを低耐熱モジュールとした例について説明したが、ダイオードブリッジモジュールを高耐熱パワーモジュールとし、ＰＦＣモジュールおよび圧縮機モータ制御用インバータモジュールを低耐熱パワーモジュールとしてもよいし、圧縮機モータ制御用インバータモジュールを高耐熱パワーモジュールとし、ダイオードブリッジモジュールおよびＰＦＣモジュールを低耐熱パワーモジュールとしてもよい。また、ファンモータ制御用インバータモジュールをも放熱手段により放熱される構成とし、ダイオードブリッジモジュール、ＰＦＣモジュール、圧縮機モータ制御用インバータモジュール、およびファンモータ制御用インバータモジュールの４つのうち、１つだけ高耐熱パワーモジュールとし、残りの３つを低耐熱パワーモジュールとしてもよいし、ダイオードブリッジモジュール、ＰＦＣモジュール、圧縮機モータ制御用インバータモジュール、およびファンモータ制御用インバータモジュールの４つのうち、２つを高耐熱パワーモジュールとし、残る２つを低耐熱パワーモジュールとしてもよい。なお、高耐熱パワーモジュールおよび低耐熱パワーモジュールをそれぞれ１つずつ要する構成である場合には、放熱手段が低耐熱パワーモジュールのみで固定されることとなる。この場合には、放熱手段とプリント基板とを固定するための固定手段を別途設ける構成としてもよい。
【００４０】
さらに、上述した実施の形態では、ダイオードモジュール用サポート、ＰＦＣモジュール用サポート、およびインバータモジュール用サポートを備えて各パワーモジュールの高さを調整する構成としているが、これらのサポート部品を用いずに各パワーモジュールの高さを調整する構成であってもよい。
【００４１】
なお、上述した実施の形態において説明したＷＢＧ半導体により構成されたパワーモジュールを用いることによる効果は、各実施の形態において記載した効果にとどまらない。
【００４２】
例えば、ＷＢＧ半導体によって構成されたパワーモジュールは、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、パワーモジュールのさらなる小型化が可能であり、これら小型化されたパワーモジュールを用いることにより、これらのモジュールを組み込んだ電力変換装置の小型化が可能となる。
【００４３】
また、ＷＢＧ半導体によって構成されたパワーモジュールは、上述したように耐熱性も高いため、放熱手段の放熱フィンの小型化が可能であるので、電力変換装置の一層の小型化が可能となり、延いては、その電力変換装置を組み込んだ空気調和装置の小型化・低コスト化を図ることが可能となる。
【００４４】
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１ 室内機
２ 室外機
３ 配管
４ 制御基板ユニット
５ プリント基板
６ 交流電源
７ ダイオードブリッジモジュール（第１のパワーモジュール）
８ ＰＦＣモジュール（第２のパワーモジュール）
９ 平滑用コンデンサ
１０ 圧縮機モータ制御用インバータモジュール（第１のパワーモジュール）
１１ ファンモータ制御用インバータモジュール（第１のパワーモジュール）
１２ リアクタ
１３ 圧縮機モータ
１４ ファンモータ
１５ａ 放熱フィン
１５ 放熱手段
１６ ダイオードブリッジモジュール用サポート
１７ ＰＦＣモジュール用サポート
１８ インバータモジュール用サポート
１９ 放熱グリス（熱伝導手段、第１の熱伝導手段）
２０ 固定用ネジ（固定手段）
２１ 放熱シート（第１の熱伝導手段、第２の熱伝導手段）
２２ 作業用穴
２３ 位置固定穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のパワーモジュールと、
前記第１のパワーモジュールよりも高耐熱な第２のパワーモジュールと、
前記第１のパワーモジュールと前記第２のパワーモジュールとが混載される基板と、
前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールが発する熱を放熱する放熱手段と、
前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールが発する熱を前記放熱手段に伝導する熱伝導手段と、
前記第１のパワーモジュールと前記放熱手段とを前記熱伝導手段を介して密着固定する固定手段と、
を備え、
前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールは、
それぞれの放熱面が基板面と平行になるように前記基板に配置され、
前記放熱手段は、
前記第１のパワーモジュールの放熱面および前記第２のパワーモジュールの放熱面に前記熱伝導手段を介して接する面が同一平面となるように形成され、
前記第１のパワーモジュールの放熱面と前記放熱手段とが前記熱伝導手段を介して前記固定手段により密着固定されることにより、前記第２のパワーモジュールの放熱面と前記放熱手段とが前記熱伝導手段を介して密着する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第２のパワーモジュールの放熱面と前記基板面との直交方向距離が前記第１のパワーモジュールの放熱面と前記基板面との直交方向距離よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記熱伝導手段は、
前記第１のパワーモジュールが発する熱を前記放熱手段に伝導する第１の熱伝導手段と、
前記第２のパワーモジュールが発する熱を前記放熱手段に伝導する第２の熱伝導手段と、
を有して成り、
前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールの放熱面と前記基板面との直交方向距離が等しいことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１の熱伝導手段は、放熱グリスであり、前記第２の熱伝導手段は、放熱シートであることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１の熱伝導手段は、放熱シートであり、前記第２の熱伝導手段は、前記第１の熱伝導手段よりも厚い放熱シートであることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１のパワーモジュールを複数種備え、複数種の前記第１のパワーモジュールが前記第２のパワーモジュールを囲むように前記基板上に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第２のパワーモジュールは、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドであることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力変換装置を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項１】
第１のパワーモジュールと、
前記第１のパワーモジュールよりも高耐熱な第２のパワーモジュールと、
前記第１のパワーモジュールと前記第２のパワーモジュールとが混載される基板と、
前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールが発する熱を放熱する放熱手段と、
前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールが発する熱を前記放熱手段に伝導する熱伝導手段と、
前記第１のパワーモジュールと前記放熱手段とを前記熱伝導手段を介して密着固定する固定手段と、
を備え、
前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールは、
それぞれの放熱面が基板面と平行になるように前記基板に配置され、
前記放熱手段は、
前記第１のパワーモジュールの放熱面および前記第２のパワーモジュールの放熱面に前記熱伝導手段を介して接する面が同一平面となるように形成され、
前記第１のパワーモジュールの放熱面と前記放熱手段とが前記熱伝導手段を介して前記固定手段により密着固定されることにより、前記第２のパワーモジュールの放熱面と前記放熱手段とが前記熱伝導手段を介して密着する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第２のパワーモジュールの放熱面と前記基板面との直交方向距離が前記第１のパワーモジュールの放熱面と前記基板面との直交方向距離よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記熱伝導手段は、
前記第１のパワーモジュールが発する熱を前記放熱手段に伝導する第１の熱伝導手段と、
前記第２のパワーモジュールが発する熱を前記放熱手段に伝導する第２の熱伝導手段と、
を有して成り、
前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールの放熱面と前記基板面との直交方向距離が等しいことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１の熱伝導手段は、放熱グリスであり、前記第２の熱伝導手段は、放熱シートであることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１の熱伝導手段は、放熱シートであり、前記第２の熱伝導手段は、前記第１の熱伝導手段よりも厚い放熱シートであることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１のパワーモジュールを複数種備え、複数種の前記第１のパワーモジュールが前記第２のパワーモジュールを囲むように前記基板上に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第２のパワーモジュールは、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドであることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力変換装置を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１１５４１０（Ｐ２０１３−１１５４１０Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３４８３（Ｐ２０１１−２６３４８３）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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