電力変換装置のスイッチモジュール
【課題】スイッチング素子毎の出力経路における寄生インダクタンスの影響を小さくし、出力電力の安定化に寄与できる電力変換装置のスイッチモジュールを提供する。
【解決手段】配線構造体２１の出力用プレート２５，２６において、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ毎の出力端子（エミッタ端子ｔｅ又はコレクタ端子ｔｃ）からインバータ回路１１の出力端子部２５ｇ，２６ｇまでの電力伝達距離Ｌ１〜Ｌ４が等しくなるように、即ちスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ毎の出力経路のインダクタンスが同等となるように構成される。
【解決手段】配線構造体２１の出力用プレート２５，２６において、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ毎の出力端子（エミッタ端子ｔｅ又はコレクタ端子ｔｃ）からインバータ回路１１の出力端子部２５ｇ，２６ｇまでの電力伝達距離Ｌ１〜Ｌ４が等しくなるように、即ちスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ毎の出力経路のインダクタンスが同等となるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチング素子と金属プレート配線とを用いて構成される電力変換装置のスイッチモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、インバータ等の電力変換装置において、複数の半導体スイッチング素子を用いるブリッジ回路をモジュール化して構成したものがある。
例えば特許文献１に開示の半導体装置（スイッチモジュール）では、三相インバータ回路のブリッジ回路が６個の半導体スイッチング素子を用いてモジュール化されている。具体的には、ケース中央部に３本のバスバーが平行に配置され、その両側にスイッチング素子が３個ずつ配置されている。そして、各スイッチング素子の出力端子と各バスバーの半田付け端子は、ケースに装着されるプリント基板にそれぞれ接続され、このプリント基板のパターンを介して各スイッチング素子の出力端子がそれに対応するバスバーと電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３５１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、インバータ回路（ブリッジ回路）では、上アーム及び下アームにそれぞれ３個のスイッチング素子が配置され、各組毎（各相毎）で上アームの所定のスイッチング素子と下アームの所定のスイッチング素子とが対で動作する。この場合、対で動作する上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが同一のバスバーに接続されるが、それぞれのスイッチング素子の出力端子とバスバーとの接続点（合流点）までの配線距離が不等であると、各組毎で寄生インダクタンス値が異なり、各組の出力電圧がアンバランスとなる等の問題が生じる。また、このことは三相インバータ回路のみならず、単相インバータ回路であっても同様な問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、スイッチング素子毎の出力経路における寄生インダクタンスの影響を小さくし、出力電力の安定化に寄与することができる電力変換装置のスイッチモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数のスイッチング素子を用いたブリッジ回路にて構成され、各スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を高周波交流電力に変換する電力変換装置において、前記各スイッチング素子の端子を複数のプレート配線よりなる配線構造体に接続して構成された電力変換装置のスイッチモジュールであって、前記ブリッジ回路の上下アームに配置される各スイッチング素子の出力端子と、前記ブリッジ回路の出力ノードとの間を接続する前記配線構造体のプレート配線において、前記各スイッチング素子毎の前記出力ノードまでの電力伝達距離を等しく設定して構成されたことをその要旨とする。
【０００７】
この発明では、ブリッジ回路の各スイッチング素子の出力端子と該回路の出力ノードとの間を接続する配線構造体のプレート配線において、各スイッチング素子毎の出力ノードまでの電力伝達距離が等しくなるように、スイッチモジュールが構成される。これにより、スイッチング素子毎の出力経路のインダクタンスが同等となるため、各スイッチング素子同士の出力電流・電圧の伝達差が極めて小さく、ブリッジ回路から出力される高周波交流電力が歪みの小さい安定したものとなる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記配線構造体のプレート配線としてプラス側及びマイナス側電源用バスバーが用いられ、各電源用バスバーを介して前記ブリッジ回路に前記直流電力を入力するものであり、前記各電源用バスバーは、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成されたことをその要旨とする。
【０００９】
この発明では、配線構造体のプレート配線として用いられ、ブリッジ回路に直流電力を入力するためのプラス側及びマイナス側電源用バスバーは、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成される。これにより、各電源用バスバーで発生する磁界が互いに打ち消すように作用し、放射磁界の低減とともに、電源用バスバーのインダクタンスの低減に貢献できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記プラス側及びマイナス側電源用バスバーには、平面同士で対向して寄生キャパシタンスを形成する平板部が備えられたことをその要旨とする。
【００１１】
この発明では、プラス側及びマイナス側電源用バスバーに備えられる平板部にて寄生キャパシタンスが形成されることから、そのキャパシタンス効果で電源用バスバーのインダクタンスの低減に貢献できる。また、平板部にて放熱面積が拡大するため、電源用バスバーにおける放熱効果が向上する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記配線構造体のプレート配線として制御入力用プレートが用いられ、該制御入力用プレートを介して前記スイッチング素子の制御端子に制御信号を入力するものであり、前記制御入力用プレートは、自身の信号伝達経路が前記各電源用バスバーの主たる電流の流れに対して交差するように構成されたことをその要旨とする。
【００１３】
この発明では、配線構造体のプレート配線として用いられ、スイッチング素子の制御端子に制御信号を入力するための制御入力用プレートは、自身の信号伝達経路が各電源用バスバーの主たる電流の流れに対して交差するように構成される。これにより、比較的大となり得る電源用バスバーでの放射磁界の制御信号側に与える影響が低減され、誤動作等の問題が未然に防止される。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記ブリッジ回路の各アームに配置されるスイッチング素子は、それぞれ２つのスイッチング素子が並列接続されてなるものであり、アーム毎に対をなす各スイッチング素子の出力端子と前記出力ノードとの間の電力伝達距離を等しく設定して構成されたことをその要旨とする。
【００１５】
この発明では、ブリッジ回路の各アームに配置されるスイッチング素子は、それぞれ２つのスイッチング素子が並列接続されて構成され、アーム毎に対をなす各スイッチング素子の出力端子と出力ノードとの間の電力伝達距離が等しく設定される。これにより、個々のアーム毎において並列接続されるスイッチング素子同士においても出力経路のインダクタンスが同等となるため、各スイッチング素子同士の出力電流・電圧の伝達差が極めて小さく、ブリッジ回路からの出力電力の安定化に貢献できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記アーム毎に対をなす各スイッチング素子は、前記配線構造体を挟んだ両側に並設されたことをその要旨とする。
【００１７】
この発明では、アーム毎に対をなす各スイッチング素子は、配線構造体を挟んだ両側に配置され、互いに対向するように並設されるため、配線構造体のプレート配線を同一形状や対称形状というような単純な形状に形成可能となり、コンパクト化に貢献できる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項４及び５に従属の請求項６に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記アーム毎に対をなす各スイッチング素子の制御端子間を接続するための前記制御入力用プレートは、前記アーム毎に設けられるものであって、それぞれ同形状に形成されたことをその要旨とする。
【００１９】
この発明では、アーム毎に対をなす各スイッチング素子の制御端子間を接続するための制御入力用プレートは、アーム毎に設けられ、それぞれ同形状に形成される。これにより、制御入力用プレートが１品番となり、部品管理や組立が行い易い。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記制御入力用プレートは、点対称形状に形成されたことをその要旨とする。
この発明では、制御入力用プレートは点対称形状に形成されるため、１８０度回転させても組み立て可能で、組み立ての煩雑性が軽減される。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記配線構造体のプレート配線として前記出力ノードを有する出力用プレートが用いられ、前記上下アームの各スイッチング素子の出力端子が接続されて前記出力ノードから前記高周波交流電力を出力するものであり、前記出力用プレートは、前記上下アーム毎に設けられるものであって、それぞれ同形状に形成されたことをその要旨とする。
【００２２】
この発明では、配線構造体のプレート配線として用いられ、出力ノードから高周波交流電力を出力するための出力用プレートは、上下アーム毎に設けられ、それぞれ同形状に形成される。これにより、出力用プレートが１品番となり、部品管理や組立が行い易い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、スイッチング素子毎の出力経路における寄生インダクタンスの影響を小さくし、出力電力の安定化に寄与することができる電力変換装置のスイッチモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図２】インバータ回路に用いるスイッチモジュールの回路図である。
【図３】スイッチモジュールの構成を説明するための斜視図である。
【図４】スイッチモジュールに用いる配線構造体の構成を説明するための分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、平滑コンデンサＣａ、インバータ回路１１、絶縁トランス１２、共振コンデンサＣｘ、整流回路１３、及びフィルタ回路１４を備えている。
【００２６】
絶縁トランス１２の一次側には、インバータ回路１１が備えられている。インバータ回路１１は、本実施形態ではＩＧＢＴよりなる半導体スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を４組用いたフルブリッジ回路にて構成される。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４（後述の各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ）には、逆接ダイオードＤ１〜Ｄ４及びコンデンサＣ１〜Ｃ４を内蔵したものが用いられている。そして、インバータ回路１１は、平滑コンデンサＣａを介して入力される直流電力を制御回路１５の制御に基づく各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチング動作にて高周波交流電力に変換し、変換した高周波交流電力を絶縁トランス１２の一次側コイル１２ａに供給する。絶縁トランス１２は、一次側コイル１２ａに供給された高周波交流電力を二次側コイル１２ｂにて所定電圧に変換する。
【００２７】
絶縁トランス１２の二次側では、その二次側コイル１２ｂに共振コンデンサＣｘが直列に接続されており、その後段には整流回路１３が備えられている。整流回路１３は、４個のダイオードＤ５〜Ｄ８を用いたフルブリッジ回路にて構成される。整流回路１３の後段には、フィルタ回路１４が備えられている。フィルタ回路１４は、平滑リアクトルＬｂ及び平滑コンデンサＣｂで構成される。フィルタ回路１４は、平滑リアクトルＬｂ及び平滑コンデンサＣｂにて整流回路１３を経た直流電力の平滑化を行い、平滑化後の直流電力を負荷側に出力する。
【００２８】
次に、本実施形態のインバータ回路１１についての具体的な構成を説明する。
本実施形態のインバータ回路１１は単相インバータ回路であり、図２にその具体的構成を示すように、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の１組毎（各アーム毎）に２個ずつが並列接続された合計８個のスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂのブリッジ回路にて構成されている。そして、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、これらの電気的接続を図る配線構造体２１とともに、スイッチモジュール２０としてモジュール化されて構成されている。
【００２９】
図３及び図４に示すように、スイッチモジュール２０を構成する配線構造体２１として、基板２２、２つの電源用バスバー２３，２４、２つの出力用プレート２５，２６、及び４つの制御入力用プレート２７〜３０が用いられている。配線構造体２１は、基板２２の上面にプラス側電源用バスバー２３が、その上面にマイナス側電源用バスバー２４が順に載置され、マイナス側電源用バスバー２４の上面には２つの出力用プレート２５，２６が並べて載置され、各出力用プレート２５，２６の上面には制御入力用プレート２７〜３０がそれぞれ２つずつ載置されてなる。
【００３０】
プラス側電源用バスバー２３は、略長方形板状の基板２２の長手方向長さよりも若干長く該基板２２の幅（短手方向長さ）の約１／３程度の細長長方形状をなす直線配線部２３ａと、該直線配線部２３ａの側辺から延出され基板２２の長手方向長さより若干短く該基板２２の幅と同程度の長方形状をなす平板部２３ｂとを有している。直線配線部２３ａの長手方向両端部には、それぞれ接続端子部２３ｃ，２３ｄが立設されている。接続端子部２３ｃ，２３ｄは、雄ネジにて構成されている。
【００３１】
平板部２３ｂの一方側の長辺（図４において手前側の辺）からは２つの接続端子２３ｅ，２３ｆが該直線配線部２３ａの延びる方向と直交する方向に延出され、直線配線部２３ａの他方側の長辺（図４において奥側の辺）からは２つの接続端子２３ｇ，２３ｈが該直線配線部２３ａの延びる方向と直交する方向に延出されている。プラス側電源用バスバー２３には、合計４つの接続端子２３ｅ〜２３ｈが備えられている。プラス側電源用バスバー２３は、直線配線部２３ａが基板２２の一方の長辺側に寄せて配置され、平板部２３ｂが基板２２と大部分で重なるように配置されている。接続端子２３ｅ〜２３ｈは、基板２２から幅方向外側に突出する。
【００３２】
マイナス側電源用バスバー２４は、後述する自身の接続端子２４ｅ〜２４ｈ以外、プラス側電源用バスバー２３と線対称形状に形成されている。具体的には、マイナス側電源用バスバー２４は、基板２２の長手方向長さよりも若干長く該基板２２の幅の約１／３程度の細長長方形状をなす直線配線部２４ａと、該直線配線部２４ａの側辺から延出され基板２２の長手方向長さより若干短く該基板２２の幅と同程度の長方形状をなす平板部２４ｂとを有している。直線配線部２４ａの長手方向両端部には、それぞれ接続端子部２４ｃ，２４ｄが立設されている。接続端子部２４ｃ，２４ｄは、雄ネジにて構成されている。
【００３３】
直線配線部２４ａの一方側の長辺（図４において手前側の辺）からは２つの接続端子２４ｅ，２４ｆが該直線配線部２４ａの延びる方向と直交する方向に延出され、平板部２４ｂの他方側の長辺（図４において奥側の辺）からは２つの接続端子２４ｇ，２４ｈが該直線配線部２４ａの延びる方向と直交する方向に延出されている。マイナス側電源用バスバー２４においても、合計４つの接続端子２４ｅ〜２４ｈが備えられている。マイナス側電源用バスバー２４は、直線配線部２４ａが基板２２の他方の長辺側に寄せて配置され、平板部２４ｂがプラス側電源用バスバー２３の平板部２３ｂと重なるように配置されている。接続端子２４ｅ〜２４ｈは基板２２から幅方向外側に突出するとともに、プラス側電源用バスバー２３の接続端子２３ｅ〜２３ｈとは所定間隔を有して配置される。
【００３４】
出力用プレート２５，２６は、自身の接続端子２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄと接続端子部２５ｅ，２６ｅを有する突出部２５ｆ，２６ｆとを除いた本体部分が、基板２２の幅と同程度で、マイナス側電源用バスバー２４の平板部２４ｂ（プラス側電源用バスバー２３の平板部２３ｂ）の半分の面積より若干小さい略正方形状に形成されている。出力用プレート２５，２６は、接続端子部２５ｅ，２６ｅを有する突出部２５ｆ，２６ｆ以外、同形状をなしている。
【００３５】
出力用プレート２５，２６は、対向する一対の辺において、４つの角部近傍からそれぞれ接続端子２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄが延出されている。出力用プレート２５，２６は、マイナス側電源用バスバー２４の平板部２４ｂ上においてその長手方向端部にそれぞれ寄せて配置され、接続端子２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄは、基板２２から幅方向外側に突出する。接続端子２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄは、プラス側電源用バスバー２３及びマイナス側電源用バスバー２４の対応する接続端子２３ｅ〜２３ｈ，２４ｅ〜２４ｈと近接しながらも、所定間隔を有して重ならないように配置される。
【００３６】
出力用プレート２５，２６の中心部には、それぞれ出力端子部２５ｇ，２６ｇが立設されている。出力端子部２５ｇ，２６ｇは、雄ネジにて構成されている。また、出力用プレート２５，２６がマイナス側電源用バスバー２４に対する配置状態で、各出力用プレート２５，２６の互いに対向する辺とは反対側の辺の中央から外側に突出する突出部２５ｆ，２６ｆが形成されている。各突出部２５ｆ，２６ｆには、それぞれ接続端子部２５ｅ，２６ｅが立設されている。接続端子部２５ｅ，２６ｅは、雄ネジにて構成されている。
【００３７】
制御入力用プレート２７〜３０は、自身の接続端子２７ａ，２７ｂ〜３０ａ，３０ｂを除く部分が基板２２の幅と同程度で、出力用プレート２５，２６の半分の面積より若干小さい横長形状に形成されている。接続端子２７ａ，２７ｂ〜３０ａ，３０ｂは、基板２２から幅方向外側に突出するとともに、プラス側電源用バスバー２３、マイナス側電源用バスバー２４及び出力用プレート２５，２６の対応する接続端子２３ｅ〜２３ｈ，２４ｅ〜２４ｈ，２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄと近接しながらも、所定間隔を有して重ならないように配置される。これら制御入力用プレート２７〜３０は、各出力用プレート２５，２６上にそれぞれ２つずつ各プレート２５，２６の出力端子部２５ｇ，２６ｇを非接触で挟むようにして、自身の長手方向が基板２２の幅方向に沿うように配置される。制御入力用プレート２７〜３０の中心部には、それぞれ入力端子部２７ｃ〜３０ｃが立設されている。入力端子部２７ｃ〜３０ｃは、雄型のファストン（平型）端子にて構成されている。このような制御入力用プレート２７〜３０は、互いに同形状に形成されている。つまり、制御入力用プレート２７〜３０は、１品番で構成されている。しかも、制御入力用プレート２７〜３０は点対称形状をなしているため、１８０度回転させても組み立て可能で、組み立ての煩雑性が軽減されている。
【００３８】
因みに、本実施形態では、基板２２、プラス側電源用バスバー２３、マイナス側電源用バスバー２４、出力用プレート２５，２６、及び制御入力用プレート２７〜３０は、積層方向に隣接するもの同士が例えば両面貼着シート（図示略）で固定されて配線構造体２１が組み立てられている。また、電源用バスバー２３，２４、出力用プレート２５，２６及び制御入力用プレート２７〜３０は、絶縁性樹脂のコーティングがなされており、積載した際の互いの絶縁性が確保されている。
【００３９】
ここで、スイッチモジュール２０を構成する８個のスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂを、第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ、第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ、第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ、第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂとし、インバータ回路１１（ブリッジ回路）の上アームには第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ及び第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂが、下アームには第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ及び第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂが配置されるものとする。この場合、第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂと第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂとが対で動作し、第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂと第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂとが対で動作する。
【００４０】
配線構造体２１の長手方向一方側から第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ、第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ、第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ、第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂの順に配置され、更にこの配線構造体２１を挟んだ両側に第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂが別れて配置され、第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ、第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ、第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂも同様にそれぞれ別れて配置される。そして、第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂに備えられる各ゲート端子ｔｇ、コレクタ端子ｔｃ及びエミッタ端子ｔｅは、配線構造体２１の対応する接続端子２３ｅ〜２３ｈ，２４ｅ〜２４ｈ，２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄ，２７ａ，２７ｂ〜３０ａ，３０ｂにそれぞれ接続される。
【００４１】
尚、第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、同一の素子（ＩＧＢＴ）にて構成されている。第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、その本体部分が略正方形板状をなし、その一辺において一方側からゲート端子ｔｇ、コレクタ端子ｔｃ、エミッタ端子ｔｅがこの順に並んで備えられている。第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、その扁平方向が配線構造体２１の基板２２等の平面方向に沿って配置される。そして、基板２２の幅方向両側に分かれて配置される第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ〜ＳＷ４ａと第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ｂとは、端子ｔｇ，ｔｃ，ｔｅ側が対向するように配置され、配線構造体２１の対応する接続端子２３ｅ〜２３ｈ，２４ｅ〜２４ｈ，２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄ，２７ａ，２７ｂ〜３０ａ，３０ｂにそれぞれ下方から上方に向けて嵌挿されて半田等にて接合される。
【００４２】
具体的な端子の接続態様について、第１スイッチング素子ＳＷ１ａは、コレクタ端子ｔｃがプラス側電源用バスバー２３の接続端子２３ｅに接続され、エミッタ端子ｔｅが出力用プレート２５の接続端子２５ａに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２７の接続端子２７ａに接続される。また、第１スイッチング素子ＳＷ１ｂは、コレクタ端子ｔｃがプラス側電源用バスバー２３の接続端子２３ｇに接続され、エミッタ端子ｔｅが出力用プレート２５の接続端子２５ｃに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２７の接続端子２７ｂに接続される。
【００４３】
第３スイッチング素子ＳＷ３ａは、コレクタ端子ｔｃが出力用プレート２５の接続端子２５ｂに接続され、エミッタ端子ｔｅがマイナス側電源用バスバー２４の接続端子２４ｅに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２８の接続端子２８ａに接続される。また、第３スイッチング素子ＳＷ３ｂは、コレクタ端子ｔｃが出力用プレート２５の接続端子２５ｄに接続され、エミッタ端子ｔｅがマイナス側電源用バスバー２４の接続端子２４ｇに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２８の接続端子２８ｂに接続される。
【００４４】
第２スイッチング素子ＳＷ２ａは、コレクタ端子ｔｃがプラス側電源用バスバー２３の接続端子２３ｆに接続され、エミッタ端子ｔｅが出力用プレート２６の接続端子２６ａに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２９の接続端子２９ａに接続される。また、第２スイッチング素子ＳＷ２ｂは、コレクタ端子ｔｃがプラス側電源用バスバー２３の接続端子２３ｈに接続され、エミッタ端子ｔｅが出力用プレート２６の接続端子２６ｃに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２９の接続端子２９ｂに接続される。
【００４５】
第４スイッチング素子ＳＷ４ａは、コレクタ端子ｔｃが出力用プレート２６の接続端子２６ｂに接続され、エミッタ端子ｔｅがマイナス側電源用バスバー２４の接続端子２４ｆに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート３０の接続端子３０ａに接続される。また、第４スイッチング素子ＳＷ４ｂは、コレクタ端子ｔｃが出力用プレート２６の接続端子２６ｄに接続され、エミッタ端子ｔｅがマイナス側電源用バスバー２４の接続端子２４ｈに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート３０の接続端子３０ｂに接続される。
【００４６】
また、プラス側電源用バスバー２３の接続端子部２３ｃは、インバータ回路１１（絶縁トランス１２の一次側）のプラス側電源線（図示略）に接続され、マイナス側電源用バスバー２４の接続端子部２４ｃは、そのマイナス側電源線（図示略）に接続される。出力用プレート２５，２６の出力端子部２５ｇ，２６ｇは、絶縁トランス１２の一次側コイル１２ａに接続される。制御入力用プレート２７〜３０の入力端子部２７ｃ〜３０ｃは、制御回路１５に接続される。電源用バスバー２３，２４の接続端子部２３ｄ，２４ｄ及び出力用プレート２５，２６の接続端子部２５ｅ，２６ｅについては、オプションとなる素子等との接続に用いられ、本実施形態では電源用バスバー２３，２４の接続端子部２３ｄ，２４ｄ間に平滑コンデンサＣａが接続され、出力用プレート２５，２６の接続端子部２５ｅ，２６ｅは使用しない。
【００４７】
次に、上記構成のスイッチモジュール２０を用いるインバータ回路１１の動作を説明する。
インバータ回路１１への直流電力の入力は、電源用バスバー２３，２４の接続端子部２３ｃ，２４ｃを通じて行われる。直流電力が入力されると、プラス側電源用バスバー２３を介して上アームの第１及び第２スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ，ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂの各コレクタ端子ｔｃがプラス電位とされ、マイナス側電源用バスバー２４を介して下アームの第３及び第４スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂの各エミッタ端子ｔｅがマイナス電位（グランド電位）とされる。
【００４８】
制御回路１５からの制御信号は、制御入力用プレート２７〜３０の入力端子部２７ｃ〜３０ｃから入力され、第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂのゲート端子ｔｇに入力される。制御信号に基づいて、第１及び第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂと、第２及び第３スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂとが交互にスイッチング動作し、入力される直流電力が高周波交流電力に変換される。
【００４９】
そして、変換された高周波交流電力は、第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂのエミッタ端子ｔｅと第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂのコレクタ端子ｔｃとが接続される出力用プレート２５と、第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂのエミッタ端子ｔｅと第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂのコレクタ端子ｔｃとが接続される出力用プレート２６とを通じ、それらの各出力端子部２５ｇ，２６ｇから後段の回路に出力されるようになっている。
【００５０】
このようなインバータ回路１１のスイッチング動作の際、電源用バスバー２３，２４においては、電源用バスバー２３，２４の直線配線部２３ａ，２４ａは互いに平行をなすため、これらに流れる主たる電流の向きが逆向きとなり、電源用バスバー２３，２４で発生する磁界が互いに打ち消すように作用する。そのため、放射磁界の低減とともに、電源用バスバー２３，２４のインダクタンスが低減される。
【００５１】
また、電源用バスバー２３，２４の互いの平板部２３ｂ，２４ｂが平面同士で所定距離を以て対向することから、寄生キャパシタンスが形成されてキャパシタンス効果が期待でき、電源用バスバー２３，２４のインダクタンスの更なる低減に貢献する。また、このような平板部２３ｂ，２４ｂを設けることで、電源用バスバー２３，２４の放熱効果が向上する。尚、この場合、平板部２３ｂ，２４ｂの平面と直交する方向に主として放熱されることから、平板部２３ｂの平面（下面）と対向する基板２２にヒートシンク（図示略）を取り付けることで、効率良く放熱することが可能である。基板２２の四隅に形成された貫通孔２２ａは、そのヒートシンクや他部材との取り付けに用いられる。
【００５２】
制御入力用プレート２７〜３０においては、大きな電流が流れる電源用バスバー２３，２４（直線配線部２３ａ，２４ａ）、即ち電源用バスバー２３，２４の主たる電流の流れに対し、制御入力用プレート２７〜３０の信号伝達経路は略垂直に交差するように構成されているため、比較的大となり得る電源用バスバー２３，２４での放射磁界の制御信号側に与える影響が低減され、誤動作等の問題が未然に防止されている。
【００５３】
出力用プレート２５，２６においては、図３に示すように、各アームにおける並列接続のスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂのエミッタ端子ｔｅから出力端子部２５ｇまでの各距離Ｌ１は、等しい距離に設定されている。尚、図３では図が煩雑になるのを防止するために距離Ｌ１を直線的に示したが、距離Ｌ１は２点間の実際の電力伝達経路（出力経路）である。同様に、スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂのエミッタ端子ｔｅから出力端子部２６ｇまでの各距離Ｌ２も等しく、スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂのコレクタ端子ｔｃから出力端子部２５ｇまでの各距離Ｌ３も等しく、スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂのコレクタ端子ｔｃから出力端子部２６ｇまでの各距離Ｌ４も等しく設定されている。更に、第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ間の出力端子部２５ｇ，２６ｇまでの距離Ｌ１〜Ｌ４についても等しく設定されている。つまり、スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂの個々の出力端子から出力用プレート２５，２６の出力端子部２５ｇ，２６ｇまでの間の出力経路のインダクタンスが同等となるように構成されている。
【００５４】
これにより、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ同士の出力電流・電圧の伝達差が極めて小さくなるため、発生する高周波交流電力の歪みが小さい。結果、インバータ回路１１から出力される高周波交流電力が安定し、ひいてはＤＣ−ＤＣコンバータ１０の出力電力の安定化に寄与するものとなる。
【００５５】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）配線構造体２１の出力用プレート２５，２６において、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ毎の出力端子（エミッタ端子ｔｅ又はコレクタ端子ｔｃ）からインバータ回路１１の出力端子部２５ｇ，２６ｇ（出力ノード）までの電力伝達距離Ｌ１〜Ｌ４が等しくなるように構成されている。これにより、スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ毎の出力経路のインダクタンスが同等となるため、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ同士の出力電流・電圧の伝達差が極めて小さく、インバータ回路１１（ブリッジ回路）から出力される高周波交流電力を歪みの小さい安定したものとでき、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の出力電力の安定化を図ることができる。
【００５６】
（２）プラス側及びマイナス側電源用バスバー２３，２４は、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成されている。これにより、各電源用バスバー２３，２４で発生する磁界が互いに打ち消すように作用し、放射磁界の低減とともに、電源用バスバー２３，２４のインダクタンスの低減に貢献することができる。
【００５７】
（３）プラス側及びマイナス側電源用バスバー２３，２４に備えられる平板部２３ｂ，２４ｂにて寄生キャパシタンスが形成されることから、そのキャパシタンス効果で電源用バスバー２３，２４のインダクタンスの低減に貢献することができる。また、平板部２３ｂ，２４ｂにて放熱面積が拡大するため、電源用バスバー２３，２４における放熱効果を向上することができる。
【００５８】
（４）制御入力用プレート２７〜３０は、自身の信号伝達経路が各電源用バスバー２３，２４の主たる電流の流れに対して交差するように構成されている。これにより、比較的大となり得る電源用バスバー２３，２４での放射磁界の制御信号側に与える影響を低減でき、誤動作等の問題を未然に防止することができる。
【００５９】
（５）インバータ回路１１（ブリッジ回路）の各アームに配置されるスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、それぞれ２つの素子が並列接続されて構成されている。そして、アーム毎に対をなす各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂの出力端子（エミッタ端子ｔｅ又はコレクタ端子ｔｃ）とインバータ回路１１の出力端子部２５ｇ，２６ｇ（出力ノード）との間の電力伝達距離Ｌ１同士、Ｌ２同士、Ｌ３同士、Ｌ４同士がそれぞれ等しく設定されている。これにより、個々のアーム毎において並列接続されるスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ同士においても出力経路のインダクタンスが同等となるため、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ同士の出力電流・電圧の伝達差が極めて小さく、インバータ回路１１（ブリッジ回路）の出力電力の安定化に貢献することができる。
【００６０】
（６）アーム毎に対をなす各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、配線構造体２１を挟んだ両側に配置され、互いに対向するように並設されるため、配線構造体２１の電源用バスバー２３，２４、出力用プレート２５，２６、制御入力用プレート２７〜３０といった各種プレート配線を同一形状や対称形状というような単純な形状に形成可能となり、配線構造体２１、スイッチモジュール２０のコンパクト化に貢献することができる。
【００６１】
（７）アーム毎に対をなす各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂのゲート端子ｔｇ（制御端子）間を接続するための制御入力用プレート２７〜３０は、それぞれ同形状に形成されている。これにより、制御入力用プレート２７〜３０が１品番となり、部品管理や組立が行い易い。
【００６２】
（８）制御入力用プレート２７〜３０は点対称形状をなしているため、１８０度回転させても組み立て可能で、組み立ての煩雑性を軽減することができる。
（９）出力用プレート２５，２６は、特に出力経路を含む部分がそれぞれ同形状に形成されている。これにより、出力用プレート２５，２６の相互間での電流バランスの向上に寄与することができる。
【００６３】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、配線構造体２１の電源用バスバー２３，２４、出力用プレート２５，２６、制御入力用プレート２７〜３０の形状、配置、固定手法等を適宜変更してもよい。
【００６４】
例えば配置について、基板２２側から順に、プラス側電源用バスバー２３、マイナス側電源用バスバー２４、出力用プレート２５，２６、制御入力用プレート２７〜３０の順に積層配置したが、積層順はこれに限らず、適宜変更してもよい。
【００６５】
また固定手法について、両面貼着シートでこれらを互いに固定したが、例えば接着剤や樹脂モールド等を用いて固定してもよい。
また形状について、電源用バスバー２３，２４に平板部２３ｂ，２４ｂを設けたが、省略してもよい。
【００６６】
また、オプション素子の接続に用いられる電源用バスバー２３，２４の接続端子部２３ｄ，２４ｄや出力用プレート２５，２６の接続端子部２５ｅ，２６ｅ自身、及びそれに係る部分を省略してもよい。このようにすれば、出力用プレート２５，２６については同形状にて形成できる。
【００６７】
また、制御入力用プレート２７〜３０を同形状且つ点対称形状としたが、これらの形状を採用しない形状としてもよい。
また、端子部２３ｃ，２３ｄ，２４ｃ，２４ｄ，２５ｅ，２６ｅ，２５ｇ，２６ｇを雄ネジ、端子部２７ｃ〜３０ｃを雄型ファストン端子としたが、端子形状はこれ以外の形状を採用してもよい。
【００６８】
・上記実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂにＩＧＢＴを用いたが、ＩＧＢＴ以外、例えばＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタを用いてもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、インバータ回路１１（ブリッジ回路）の各アーム毎にスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂを２個ずつ並列接続して構成したが、各アームのスイッチング素子は１個であってもよい。
【００７０】
・上記実施形態では、インバータ回路１１を単相インバータ回路としたが、三相インバータ回路であってもよい。この場合、例えば配線構造体２１においては、電源用バスバー２３，２４を長手方向に延長し、出力用プレートを１つ、制御入力用プレートを２つ、スイッチング素子を２組（４個）追加すれば、三相インバータ回路についても同様に構成可能である。
【００７１】
・上記実施形態では、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０のインバータ回路１１に適用したが、その他の装置に用いるインバータ回路に適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
【００７２】
（イ） 複数のスイッチング素子を用いたブリッジ回路にて構成され、各スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を高周波交流電力に変換する電力変換装置において、前記各スイッチング素子の端子を複数のプレート配線よりなる配線構造体に接続して構成された電力変換装置のスイッチモジュールに用いるその配線構造体であって、
前記ブリッジ回路の上下アームに配置される各スイッチング素子の出力端子と、前記ブリッジ回路の出力ノードとの間を接続する前記プレート配線において、前記各スイッチング素子毎の前記出力ノードまでの電力伝達距離が等しくなるように構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュールに用いる配線構造体。
【００７３】
このような配線構造体に対し、スイッチング素子を接続してスイッチモジュールを構成することで、スイッチング素子毎の出力経路における寄生インダクタンスの影響が小さく、電力変換装置の出力電力の安定化に寄与できる。
【符号の説明】
【００７４】
１１ インバータ回路（ブリッジ回路）
２０ スイッチモジュール
２１ 配線構造体
２３ プラス側電源用バスバー（プレート配線）
２４ マイナス側電源用バスバー（プレート配線）
２３ｂ，２４ｂ 平板部
２５，２６ 出力用プレート（プレート配線）
２５ｇ，２６ｇ 出力端子部（出力ノード）
２７〜３０ 制御入力用プレート（プレート配線）
ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチング素子
ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ スイッチング素子
ｔｃ コレクタ端子（出力端子）
ｔｅ エミッタ端子（出力端子）
ｔｇ ゲート端子（制御端子）
Ｌ１〜Ｌ４ 距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチング素子と金属プレート配線とを用いて構成される電力変換装置のスイッチモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、インバータ等の電力変換装置において、複数の半導体スイッチング素子を用いるブリッジ回路をモジュール化して構成したものがある。
例えば特許文献１に開示の半導体装置（スイッチモジュール）では、三相インバータ回路のブリッジ回路が６個の半導体スイッチング素子を用いてモジュール化されている。具体的には、ケース中央部に３本のバスバーが平行に配置され、その両側にスイッチング素子が３個ずつ配置されている。そして、各スイッチング素子の出力端子と各バスバーの半田付け端子は、ケースに装着されるプリント基板にそれぞれ接続され、このプリント基板のパターンを介して各スイッチング素子の出力端子がそれに対応するバスバーと電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３５１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、インバータ回路（ブリッジ回路）では、上アーム及び下アームにそれぞれ３個のスイッチング素子が配置され、各組毎（各相毎）で上アームの所定のスイッチング素子と下アームの所定のスイッチング素子とが対で動作する。この場合、対で動作する上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが同一のバスバーに接続されるが、それぞれのスイッチング素子の出力端子とバスバーとの接続点（合流点）までの配線距離が不等であると、各組毎で寄生インダクタンス値が異なり、各組の出力電圧がアンバランスとなる等の問題が生じる。また、このことは三相インバータ回路のみならず、単相インバータ回路であっても同様な問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、スイッチング素子毎の出力経路における寄生インダクタンスの影響を小さくし、出力電力の安定化に寄与することができる電力変換装置のスイッチモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数のスイッチング素子を用いたブリッジ回路にて構成され、各スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を高周波交流電力に変換する電力変換装置において、前記各スイッチング素子の端子を複数のプレート配線よりなる配線構造体に接続して構成された電力変換装置のスイッチモジュールであって、前記ブリッジ回路の上下アームに配置される各スイッチング素子の出力端子と、前記ブリッジ回路の出力ノードとの間を接続する前記配線構造体のプレート配線において、前記各スイッチング素子毎の前記出力ノードまでの電力伝達距離を等しく設定して構成されたことをその要旨とする。
【０００７】
この発明では、ブリッジ回路の各スイッチング素子の出力端子と該回路の出力ノードとの間を接続する配線構造体のプレート配線において、各スイッチング素子毎の出力ノードまでの電力伝達距離が等しくなるように、スイッチモジュールが構成される。これにより、スイッチング素子毎の出力経路のインダクタンスが同等となるため、各スイッチング素子同士の出力電流・電圧の伝達差が極めて小さく、ブリッジ回路から出力される高周波交流電力が歪みの小さい安定したものとなる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記配線構造体のプレート配線としてプラス側及びマイナス側電源用バスバーが用いられ、各電源用バスバーを介して前記ブリッジ回路に前記直流電力を入力するものであり、前記各電源用バスバーは、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成されたことをその要旨とする。
【０００９】
この発明では、配線構造体のプレート配線として用いられ、ブリッジ回路に直流電力を入力するためのプラス側及びマイナス側電源用バスバーは、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成される。これにより、各電源用バスバーで発生する磁界が互いに打ち消すように作用し、放射磁界の低減とともに、電源用バスバーのインダクタンスの低減に貢献できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記プラス側及びマイナス側電源用バスバーには、平面同士で対向して寄生キャパシタンスを形成する平板部が備えられたことをその要旨とする。
【００１１】
この発明では、プラス側及びマイナス側電源用バスバーに備えられる平板部にて寄生キャパシタンスが形成されることから、そのキャパシタンス効果で電源用バスバーのインダクタンスの低減に貢献できる。また、平板部にて放熱面積が拡大するため、電源用バスバーにおける放熱効果が向上する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記配線構造体のプレート配線として制御入力用プレートが用いられ、該制御入力用プレートを介して前記スイッチング素子の制御端子に制御信号を入力するものであり、前記制御入力用プレートは、自身の信号伝達経路が前記各電源用バスバーの主たる電流の流れに対して交差するように構成されたことをその要旨とする。
【００１３】
この発明では、配線構造体のプレート配線として用いられ、スイッチング素子の制御端子に制御信号を入力するための制御入力用プレートは、自身の信号伝達経路が各電源用バスバーの主たる電流の流れに対して交差するように構成される。これにより、比較的大となり得る電源用バスバーでの放射磁界の制御信号側に与える影響が低減され、誤動作等の問題が未然に防止される。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記ブリッジ回路の各アームに配置されるスイッチング素子は、それぞれ２つのスイッチング素子が並列接続されてなるものであり、アーム毎に対をなす各スイッチング素子の出力端子と前記出力ノードとの間の電力伝達距離を等しく設定して構成されたことをその要旨とする。
【００１５】
この発明では、ブリッジ回路の各アームに配置されるスイッチング素子は、それぞれ２つのスイッチング素子が並列接続されて構成され、アーム毎に対をなす各スイッチング素子の出力端子と出力ノードとの間の電力伝達距離が等しく設定される。これにより、個々のアーム毎において並列接続されるスイッチング素子同士においても出力経路のインダクタンスが同等となるため、各スイッチング素子同士の出力電流・電圧の伝達差が極めて小さく、ブリッジ回路からの出力電力の安定化に貢献できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記アーム毎に対をなす各スイッチング素子は、前記配線構造体を挟んだ両側に並設されたことをその要旨とする。
【００１７】
この発明では、アーム毎に対をなす各スイッチング素子は、配線構造体を挟んだ両側に配置され、互いに対向するように並設されるため、配線構造体のプレート配線を同一形状や対称形状というような単純な形状に形成可能となり、コンパクト化に貢献できる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項４及び５に従属の請求項６に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記アーム毎に対をなす各スイッチング素子の制御端子間を接続するための前記制御入力用プレートは、前記アーム毎に設けられるものであって、それぞれ同形状に形成されたことをその要旨とする。
【００１９】
この発明では、アーム毎に対をなす各スイッチング素子の制御端子間を接続するための制御入力用プレートは、アーム毎に設けられ、それぞれ同形状に形成される。これにより、制御入力用プレートが１品番となり、部品管理や組立が行い易い。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記制御入力用プレートは、点対称形状に形成されたことをその要旨とする。
この発明では、制御入力用プレートは点対称形状に形成されるため、１８０度回転させても組み立て可能で、組み立ての煩雑性が軽減される。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、前記配線構造体のプレート配線として前記出力ノードを有する出力用プレートが用いられ、前記上下アームの各スイッチング素子の出力端子が接続されて前記出力ノードから前記高周波交流電力を出力するものであり、前記出力用プレートは、前記上下アーム毎に設けられるものであって、それぞれ同形状に形成されたことをその要旨とする。
【００２２】
この発明では、配線構造体のプレート配線として用いられ、出力ノードから高周波交流電力を出力するための出力用プレートは、上下アーム毎に設けられ、それぞれ同形状に形成される。これにより、出力用プレートが１品番となり、部品管理や組立が行い易い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、スイッチング素子毎の出力経路における寄生インダクタンスの影響を小さくし、出力電力の安定化に寄与することができる電力変換装置のスイッチモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図２】インバータ回路に用いるスイッチモジュールの回路図である。
【図３】スイッチモジュールの構成を説明するための斜視図である。
【図４】スイッチモジュールに用いる配線構造体の構成を説明するための分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、平滑コンデンサＣａ、インバータ回路１１、絶縁トランス１２、共振コンデンサＣｘ、整流回路１３、及びフィルタ回路１４を備えている。
【００２６】
絶縁トランス１２の一次側には、インバータ回路１１が備えられている。インバータ回路１１は、本実施形態ではＩＧＢＴよりなる半導体スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を４組用いたフルブリッジ回路にて構成される。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４（後述の各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ）には、逆接ダイオードＤ１〜Ｄ４及びコンデンサＣ１〜Ｃ４を内蔵したものが用いられている。そして、インバータ回路１１は、平滑コンデンサＣａを介して入力される直流電力を制御回路１５の制御に基づく各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチング動作にて高周波交流電力に変換し、変換した高周波交流電力を絶縁トランス１２の一次側コイル１２ａに供給する。絶縁トランス１２は、一次側コイル１２ａに供給された高周波交流電力を二次側コイル１２ｂにて所定電圧に変換する。
【００２７】
絶縁トランス１２の二次側では、その二次側コイル１２ｂに共振コンデンサＣｘが直列に接続されており、その後段には整流回路１３が備えられている。整流回路１３は、４個のダイオードＤ５〜Ｄ８を用いたフルブリッジ回路にて構成される。整流回路１３の後段には、フィルタ回路１４が備えられている。フィルタ回路１４は、平滑リアクトルＬｂ及び平滑コンデンサＣｂで構成される。フィルタ回路１４は、平滑リアクトルＬｂ及び平滑コンデンサＣｂにて整流回路１３を経た直流電力の平滑化を行い、平滑化後の直流電力を負荷側に出力する。
【００２８】
次に、本実施形態のインバータ回路１１についての具体的な構成を説明する。
本実施形態のインバータ回路１１は単相インバータ回路であり、図２にその具体的構成を示すように、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の１組毎（各アーム毎）に２個ずつが並列接続された合計８個のスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂのブリッジ回路にて構成されている。そして、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、これらの電気的接続を図る配線構造体２１とともに、スイッチモジュール２０としてモジュール化されて構成されている。
【００２９】
図３及び図４に示すように、スイッチモジュール２０を構成する配線構造体２１として、基板２２、２つの電源用バスバー２３，２４、２つの出力用プレート２５，２６、及び４つの制御入力用プレート２７〜３０が用いられている。配線構造体２１は、基板２２の上面にプラス側電源用バスバー２３が、その上面にマイナス側電源用バスバー２４が順に載置され、マイナス側電源用バスバー２４の上面には２つの出力用プレート２５，２６が並べて載置され、各出力用プレート２５，２６の上面には制御入力用プレート２７〜３０がそれぞれ２つずつ載置されてなる。
【００３０】
プラス側電源用バスバー２３は、略長方形板状の基板２２の長手方向長さよりも若干長く該基板２２の幅（短手方向長さ）の約１／３程度の細長長方形状をなす直線配線部２３ａと、該直線配線部２３ａの側辺から延出され基板２２の長手方向長さより若干短く該基板２２の幅と同程度の長方形状をなす平板部２３ｂとを有している。直線配線部２３ａの長手方向両端部には、それぞれ接続端子部２３ｃ，２３ｄが立設されている。接続端子部２３ｃ，２３ｄは、雄ネジにて構成されている。
【００３１】
平板部２３ｂの一方側の長辺（図４において手前側の辺）からは２つの接続端子２３ｅ，２３ｆが該直線配線部２３ａの延びる方向と直交する方向に延出され、直線配線部２３ａの他方側の長辺（図４において奥側の辺）からは２つの接続端子２３ｇ，２３ｈが該直線配線部２３ａの延びる方向と直交する方向に延出されている。プラス側電源用バスバー２３には、合計４つの接続端子２３ｅ〜２３ｈが備えられている。プラス側電源用バスバー２３は、直線配線部２３ａが基板２２の一方の長辺側に寄せて配置され、平板部２３ｂが基板２２と大部分で重なるように配置されている。接続端子２３ｅ〜２３ｈは、基板２２から幅方向外側に突出する。
【００３２】
マイナス側電源用バスバー２４は、後述する自身の接続端子２４ｅ〜２４ｈ以外、プラス側電源用バスバー２３と線対称形状に形成されている。具体的には、マイナス側電源用バスバー２４は、基板２２の長手方向長さよりも若干長く該基板２２の幅の約１／３程度の細長長方形状をなす直線配線部２４ａと、該直線配線部２４ａの側辺から延出され基板２２の長手方向長さより若干短く該基板２２の幅と同程度の長方形状をなす平板部２４ｂとを有している。直線配線部２４ａの長手方向両端部には、それぞれ接続端子部２４ｃ，２４ｄが立設されている。接続端子部２４ｃ，２４ｄは、雄ネジにて構成されている。
【００３３】
直線配線部２４ａの一方側の長辺（図４において手前側の辺）からは２つの接続端子２４ｅ，２４ｆが該直線配線部２４ａの延びる方向と直交する方向に延出され、平板部２４ｂの他方側の長辺（図４において奥側の辺）からは２つの接続端子２４ｇ，２４ｈが該直線配線部２４ａの延びる方向と直交する方向に延出されている。マイナス側電源用バスバー２４においても、合計４つの接続端子２４ｅ〜２４ｈが備えられている。マイナス側電源用バスバー２４は、直線配線部２４ａが基板２２の他方の長辺側に寄せて配置され、平板部２４ｂがプラス側電源用バスバー２３の平板部２３ｂと重なるように配置されている。接続端子２４ｅ〜２４ｈは基板２２から幅方向外側に突出するとともに、プラス側電源用バスバー２３の接続端子２３ｅ〜２３ｈとは所定間隔を有して配置される。
【００３４】
出力用プレート２５，２６は、自身の接続端子２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄと接続端子部２５ｅ，２６ｅを有する突出部２５ｆ，２６ｆとを除いた本体部分が、基板２２の幅と同程度で、マイナス側電源用バスバー２４の平板部２４ｂ（プラス側電源用バスバー２３の平板部２３ｂ）の半分の面積より若干小さい略正方形状に形成されている。出力用プレート２５，２６は、接続端子部２５ｅ，２６ｅを有する突出部２５ｆ，２６ｆ以外、同形状をなしている。
【００３５】
出力用プレート２５，２６は、対向する一対の辺において、４つの角部近傍からそれぞれ接続端子２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄが延出されている。出力用プレート２５，２６は、マイナス側電源用バスバー２４の平板部２４ｂ上においてその長手方向端部にそれぞれ寄せて配置され、接続端子２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄは、基板２２から幅方向外側に突出する。接続端子２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄは、プラス側電源用バスバー２３及びマイナス側電源用バスバー２４の対応する接続端子２３ｅ〜２３ｈ，２４ｅ〜２４ｈと近接しながらも、所定間隔を有して重ならないように配置される。
【００３６】
出力用プレート２５，２６の中心部には、それぞれ出力端子部２５ｇ，２６ｇが立設されている。出力端子部２５ｇ，２６ｇは、雄ネジにて構成されている。また、出力用プレート２５，２６がマイナス側電源用バスバー２４に対する配置状態で、各出力用プレート２５，２６の互いに対向する辺とは反対側の辺の中央から外側に突出する突出部２５ｆ，２６ｆが形成されている。各突出部２５ｆ，２６ｆには、それぞれ接続端子部２５ｅ，２６ｅが立設されている。接続端子部２５ｅ，２６ｅは、雄ネジにて構成されている。
【００３７】
制御入力用プレート２７〜３０は、自身の接続端子２７ａ，２７ｂ〜３０ａ，３０ｂを除く部分が基板２２の幅と同程度で、出力用プレート２５，２６の半分の面積より若干小さい横長形状に形成されている。接続端子２７ａ，２７ｂ〜３０ａ，３０ｂは、基板２２から幅方向外側に突出するとともに、プラス側電源用バスバー２３、マイナス側電源用バスバー２４及び出力用プレート２５，２６の対応する接続端子２３ｅ〜２３ｈ，２４ｅ〜２４ｈ，２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄと近接しながらも、所定間隔を有して重ならないように配置される。これら制御入力用プレート２７〜３０は、各出力用プレート２５，２６上にそれぞれ２つずつ各プレート２５，２６の出力端子部２５ｇ，２６ｇを非接触で挟むようにして、自身の長手方向が基板２２の幅方向に沿うように配置される。制御入力用プレート２７〜３０の中心部には、それぞれ入力端子部２７ｃ〜３０ｃが立設されている。入力端子部２７ｃ〜３０ｃは、雄型のファストン（平型）端子にて構成されている。このような制御入力用プレート２７〜３０は、互いに同形状に形成されている。つまり、制御入力用プレート２７〜３０は、１品番で構成されている。しかも、制御入力用プレート２７〜３０は点対称形状をなしているため、１８０度回転させても組み立て可能で、組み立ての煩雑性が軽減されている。
【００３８】
因みに、本実施形態では、基板２２、プラス側電源用バスバー２３、マイナス側電源用バスバー２４、出力用プレート２５，２６、及び制御入力用プレート２７〜３０は、積層方向に隣接するもの同士が例えば両面貼着シート（図示略）で固定されて配線構造体２１が組み立てられている。また、電源用バスバー２３，２４、出力用プレート２５，２６及び制御入力用プレート２７〜３０は、絶縁性樹脂のコーティングがなされており、積載した際の互いの絶縁性が確保されている。
【００３９】
ここで、スイッチモジュール２０を構成する８個のスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂを、第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ、第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ、第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ、第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂとし、インバータ回路１１（ブリッジ回路）の上アームには第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ及び第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂが、下アームには第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ及び第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂが配置されるものとする。この場合、第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂと第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂとが対で動作し、第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂと第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂとが対で動作する。
【００４０】
配線構造体２１の長手方向一方側から第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ、第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ、第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ、第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂの順に配置され、更にこの配線構造体２１を挟んだ両側に第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂが別れて配置され、第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ、第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ、第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂも同様にそれぞれ別れて配置される。そして、第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂに備えられる各ゲート端子ｔｇ、コレクタ端子ｔｃ及びエミッタ端子ｔｅは、配線構造体２１の対応する接続端子２３ｅ〜２３ｈ，２４ｅ〜２４ｈ，２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄ，２７ａ，２７ｂ〜３０ａ，３０ｂにそれぞれ接続される。
【００４１】
尚、第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、同一の素子（ＩＧＢＴ）にて構成されている。第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、その本体部分が略正方形板状をなし、その一辺において一方側からゲート端子ｔｇ、コレクタ端子ｔｃ、エミッタ端子ｔｅがこの順に並んで備えられている。第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、その扁平方向が配線構造体２１の基板２２等の平面方向に沿って配置される。そして、基板２２の幅方向両側に分かれて配置される第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ〜ＳＷ４ａと第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ｂとは、端子ｔｇ，ｔｃ，ｔｅ側が対向するように配置され、配線構造体２１の対応する接続端子２３ｅ〜２３ｈ，２４ｅ〜２４ｈ，２５ａ〜２５ｄ，２６ａ〜２６ｄ，２７ａ，２７ｂ〜３０ａ，３０ｂにそれぞれ下方から上方に向けて嵌挿されて半田等にて接合される。
【００４２】
具体的な端子の接続態様について、第１スイッチング素子ＳＷ１ａは、コレクタ端子ｔｃがプラス側電源用バスバー２３の接続端子２３ｅに接続され、エミッタ端子ｔｅが出力用プレート２５の接続端子２５ａに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２７の接続端子２７ａに接続される。また、第１スイッチング素子ＳＷ１ｂは、コレクタ端子ｔｃがプラス側電源用バスバー２３の接続端子２３ｇに接続され、エミッタ端子ｔｅが出力用プレート２５の接続端子２５ｃに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２７の接続端子２７ｂに接続される。
【００４３】
第３スイッチング素子ＳＷ３ａは、コレクタ端子ｔｃが出力用プレート２５の接続端子２５ｂに接続され、エミッタ端子ｔｅがマイナス側電源用バスバー２４の接続端子２４ｅに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２８の接続端子２８ａに接続される。また、第３スイッチング素子ＳＷ３ｂは、コレクタ端子ｔｃが出力用プレート２５の接続端子２５ｄに接続され、エミッタ端子ｔｅがマイナス側電源用バスバー２４の接続端子２４ｇに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２８の接続端子２８ｂに接続される。
【００４４】
第２スイッチング素子ＳＷ２ａは、コレクタ端子ｔｃがプラス側電源用バスバー２３の接続端子２３ｆに接続され、エミッタ端子ｔｅが出力用プレート２６の接続端子２６ａに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２９の接続端子２９ａに接続される。また、第２スイッチング素子ＳＷ２ｂは、コレクタ端子ｔｃがプラス側電源用バスバー２３の接続端子２３ｈに接続され、エミッタ端子ｔｅが出力用プレート２６の接続端子２６ｃに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート２９の接続端子２９ｂに接続される。
【００４５】
第４スイッチング素子ＳＷ４ａは、コレクタ端子ｔｃが出力用プレート２６の接続端子２６ｂに接続され、エミッタ端子ｔｅがマイナス側電源用バスバー２４の接続端子２４ｆに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート３０の接続端子３０ａに接続される。また、第４スイッチング素子ＳＷ４ｂは、コレクタ端子ｔｃが出力用プレート２６の接続端子２６ｄに接続され、エミッタ端子ｔｅがマイナス側電源用バスバー２４の接続端子２４ｈに接続され、ゲート端子ｔｇが制御入力用プレート３０の接続端子３０ｂに接続される。
【００４６】
また、プラス側電源用バスバー２３の接続端子部２３ｃは、インバータ回路１１（絶縁トランス１２の一次側）のプラス側電源線（図示略）に接続され、マイナス側電源用バスバー２４の接続端子部２４ｃは、そのマイナス側電源線（図示略）に接続される。出力用プレート２５，２６の出力端子部２５ｇ，２６ｇは、絶縁トランス１２の一次側コイル１２ａに接続される。制御入力用プレート２７〜３０の入力端子部２７ｃ〜３０ｃは、制御回路１５に接続される。電源用バスバー２３，２４の接続端子部２３ｄ，２４ｄ及び出力用プレート２５，２６の接続端子部２５ｅ，２６ｅについては、オプションとなる素子等との接続に用いられ、本実施形態では電源用バスバー２３，２４の接続端子部２３ｄ，２４ｄ間に平滑コンデンサＣａが接続され、出力用プレート２５，２６の接続端子部２５ｅ，２６ｅは使用しない。
【００４７】
次に、上記構成のスイッチモジュール２０を用いるインバータ回路１１の動作を説明する。
インバータ回路１１への直流電力の入力は、電源用バスバー２３，２４の接続端子部２３ｃ，２４ｃを通じて行われる。直流電力が入力されると、プラス側電源用バスバー２３を介して上アームの第１及び第２スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ，ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂの各コレクタ端子ｔｃがプラス電位とされ、マイナス側電源用バスバー２４を介して下アームの第３及び第４スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂの各エミッタ端子ｔｅがマイナス電位（グランド電位）とされる。
【００４８】
制御回路１５からの制御信号は、制御入力用プレート２７〜３０の入力端子部２７ｃ〜３０ｃから入力され、第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂのゲート端子ｔｇに入力される。制御信号に基づいて、第１及び第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ，ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂと、第２及び第３スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂとが交互にスイッチング動作し、入力される直流電力が高周波交流電力に変換される。
【００４９】
そして、変換された高周波交流電力は、第１スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂのエミッタ端子ｔｅと第３スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂのコレクタ端子ｔｃとが接続される出力用プレート２５と、第２スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂのエミッタ端子ｔｅと第４スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂのコレクタ端子ｔｃとが接続される出力用プレート２６とを通じ、それらの各出力端子部２５ｇ，２６ｇから後段の回路に出力されるようになっている。
【００５０】
このようなインバータ回路１１のスイッチング動作の際、電源用バスバー２３，２４においては、電源用バスバー２３，２４の直線配線部２３ａ，２４ａは互いに平行をなすため、これらに流れる主たる電流の向きが逆向きとなり、電源用バスバー２３，２４で発生する磁界が互いに打ち消すように作用する。そのため、放射磁界の低減とともに、電源用バスバー２３，２４のインダクタンスが低減される。
【００５１】
また、電源用バスバー２３，２４の互いの平板部２３ｂ，２４ｂが平面同士で所定距離を以て対向することから、寄生キャパシタンスが形成されてキャパシタンス効果が期待でき、電源用バスバー２３，２４のインダクタンスの更なる低減に貢献する。また、このような平板部２３ｂ，２４ｂを設けることで、電源用バスバー２３，２４の放熱効果が向上する。尚、この場合、平板部２３ｂ，２４ｂの平面と直交する方向に主として放熱されることから、平板部２３ｂの平面（下面）と対向する基板２２にヒートシンク（図示略）を取り付けることで、効率良く放熱することが可能である。基板２２の四隅に形成された貫通孔２２ａは、そのヒートシンクや他部材との取り付けに用いられる。
【００５２】
制御入力用プレート２７〜３０においては、大きな電流が流れる電源用バスバー２３，２４（直線配線部２３ａ，２４ａ）、即ち電源用バスバー２３，２４の主たる電流の流れに対し、制御入力用プレート２７〜３０の信号伝達経路は略垂直に交差するように構成されているため、比較的大となり得る電源用バスバー２３，２４での放射磁界の制御信号側に与える影響が低減され、誤動作等の問題が未然に防止されている。
【００５３】
出力用プレート２５，２６においては、図３に示すように、各アームにおける並列接続のスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂのエミッタ端子ｔｅから出力端子部２５ｇまでの各距離Ｌ１は、等しい距離に設定されている。尚、図３では図が煩雑になるのを防止するために距離Ｌ１を直線的に示したが、距離Ｌ１は２点間の実際の電力伝達経路（出力経路）である。同様に、スイッチング素子ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂのエミッタ端子ｔｅから出力端子部２６ｇまでの各距離Ｌ２も等しく、スイッチング素子ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂのコレクタ端子ｔｃから出力端子部２５ｇまでの各距離Ｌ３も等しく、スイッチング素子ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂのコレクタ端子ｔｃから出力端子部２６ｇまでの各距離Ｌ４も等しく設定されている。更に、第１〜第４スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ間の出力端子部２５ｇ，２６ｇまでの距離Ｌ１〜Ｌ４についても等しく設定されている。つまり、スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂの個々の出力端子から出力用プレート２５，２６の出力端子部２５ｇ，２６ｇまでの間の出力経路のインダクタンスが同等となるように構成されている。
【００５４】
これにより、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ同士の出力電流・電圧の伝達差が極めて小さくなるため、発生する高周波交流電力の歪みが小さい。結果、インバータ回路１１から出力される高周波交流電力が安定し、ひいてはＤＣ−ＤＣコンバータ１０の出力電力の安定化に寄与するものとなる。
【００５５】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）配線構造体２１の出力用プレート２５，２６において、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ毎の出力端子（エミッタ端子ｔｅ又はコレクタ端子ｔｃ）からインバータ回路１１の出力端子部２５ｇ，２６ｇ（出力ノード）までの電力伝達距離Ｌ１〜Ｌ４が等しくなるように構成されている。これにより、スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ毎の出力経路のインダクタンスが同等となるため、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ同士の出力電流・電圧の伝達差が極めて小さく、インバータ回路１１（ブリッジ回路）から出力される高周波交流電力を歪みの小さい安定したものとでき、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の出力電力の安定化を図ることができる。
【００５６】
（２）プラス側及びマイナス側電源用バスバー２３，２４は、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成されている。これにより、各電源用バスバー２３，２４で発生する磁界が互いに打ち消すように作用し、放射磁界の低減とともに、電源用バスバー２３，２４のインダクタンスの低減に貢献することができる。
【００５７】
（３）プラス側及びマイナス側電源用バスバー２３，２４に備えられる平板部２３ｂ，２４ｂにて寄生キャパシタンスが形成されることから、そのキャパシタンス効果で電源用バスバー２３，２４のインダクタンスの低減に貢献することができる。また、平板部２３ｂ，２４ｂにて放熱面積が拡大するため、電源用バスバー２３，２４における放熱効果を向上することができる。
【００５８】
（４）制御入力用プレート２７〜３０は、自身の信号伝達経路が各電源用バスバー２３，２４の主たる電流の流れに対して交差するように構成されている。これにより、比較的大となり得る電源用バスバー２３，２４での放射磁界の制御信号側に与える影響を低減でき、誤動作等の問題を未然に防止することができる。
【００５９】
（５）インバータ回路１１（ブリッジ回路）の各アームに配置されるスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、それぞれ２つの素子が並列接続されて構成されている。そして、アーム毎に対をなす各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂの出力端子（エミッタ端子ｔｅ又はコレクタ端子ｔｃ）とインバータ回路１１の出力端子部２５ｇ，２６ｇ（出力ノード）との間の電力伝達距離Ｌ１同士、Ｌ２同士、Ｌ３同士、Ｌ４同士がそれぞれ等しく設定されている。これにより、個々のアーム毎において並列接続されるスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ同士においても出力経路のインダクタンスが同等となるため、各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ同士の出力電流・電圧の伝達差が極めて小さく、インバータ回路１１（ブリッジ回路）の出力電力の安定化に貢献することができる。
【００６０】
（６）アーム毎に対をなす各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、配線構造体２１を挟んだ両側に配置され、互いに対向するように並設されるため、配線構造体２１の電源用バスバー２３，２４、出力用プレート２５，２６、制御入力用プレート２７〜３０といった各種プレート配線を同一形状や対称形状というような単純な形状に形成可能となり、配線構造体２１、スイッチモジュール２０のコンパクト化に貢献することができる。
【００６１】
（７）アーム毎に対をなす各スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂのゲート端子ｔｇ（制御端子）間を接続するための制御入力用プレート２７〜３０は、それぞれ同形状に形成されている。これにより、制御入力用プレート２７〜３０が１品番となり、部品管理や組立が行い易い。
【００６２】
（８）制御入力用プレート２７〜３０は点対称形状をなしているため、１８０度回転させても組み立て可能で、組み立ての煩雑性を軽減することができる。
（９）出力用プレート２５，２６は、特に出力経路を含む部分がそれぞれ同形状に形成されている。これにより、出力用プレート２５，２６の相互間での電流バランスの向上に寄与することができる。
【００６３】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、配線構造体２１の電源用バスバー２３，２４、出力用プレート２５，２６、制御入力用プレート２７〜３０の形状、配置、固定手法等を適宜変更してもよい。
【００６４】
例えば配置について、基板２２側から順に、プラス側電源用バスバー２３、マイナス側電源用バスバー２４、出力用プレート２５，２６、制御入力用プレート２７〜３０の順に積層配置したが、積層順はこれに限らず、適宜変更してもよい。
【００６５】
また固定手法について、両面貼着シートでこれらを互いに固定したが、例えば接着剤や樹脂モールド等を用いて固定してもよい。
また形状について、電源用バスバー２３，２４に平板部２３ｂ，２４ｂを設けたが、省略してもよい。
【００６６】
また、オプション素子の接続に用いられる電源用バスバー２３，２４の接続端子部２３ｄ，２４ｄや出力用プレート２５，２６の接続端子部２５ｅ，２６ｅ自身、及びそれに係る部分を省略してもよい。このようにすれば、出力用プレート２５，２６については同形状にて形成できる。
【００６７】
また、制御入力用プレート２７〜３０を同形状且つ点対称形状としたが、これらの形状を採用しない形状としてもよい。
また、端子部２３ｃ，２３ｄ，２４ｃ，２４ｄ，２５ｅ，２６ｅ，２５ｇ，２６ｇを雄ネジ、端子部２７ｃ〜３０ｃを雄型ファストン端子としたが、端子形状はこれ以外の形状を採用してもよい。
【００６８】
・上記実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂにＩＧＢＴを用いたが、ＩＧＢＴ以外、例えばＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタを用いてもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、インバータ回路１１（ブリッジ回路）の各アーム毎にスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂを２個ずつ並列接続して構成したが、各アームのスイッチング素子は１個であってもよい。
【００７０】
・上記実施形態では、インバータ回路１１を単相インバータ回路としたが、三相インバータ回路であってもよい。この場合、例えば配線構造体２１においては、電源用バスバー２３，２４を長手方向に延長し、出力用プレートを１つ、制御入力用プレートを２つ、スイッチング素子を２組（４個）追加すれば、三相インバータ回路についても同様に構成可能である。
【００７１】
・上記実施形態では、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０のインバータ回路１１に適用したが、その他の装置に用いるインバータ回路に適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
【００７２】
（イ） 複数のスイッチング素子を用いたブリッジ回路にて構成され、各スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を高周波交流電力に変換する電力変換装置において、前記各スイッチング素子の端子を複数のプレート配線よりなる配線構造体に接続して構成された電力変換装置のスイッチモジュールに用いるその配線構造体であって、
前記ブリッジ回路の上下アームに配置される各スイッチング素子の出力端子と、前記ブリッジ回路の出力ノードとの間を接続する前記プレート配線において、前記各スイッチング素子毎の前記出力ノードまでの電力伝達距離が等しくなるように構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュールに用いる配線構造体。
【００７３】
このような配線構造体に対し、スイッチング素子を接続してスイッチモジュールを構成することで、スイッチング素子毎の出力経路における寄生インダクタンスの影響が小さく、電力変換装置の出力電力の安定化に寄与できる。
【符号の説明】
【００７４】
１１ インバータ回路（ブリッジ回路）
２０ スイッチモジュール
２１ 配線構造体
２３ プラス側電源用バスバー（プレート配線）
２４ マイナス側電源用バスバー（プレート配線）
２３ｂ，２４ｂ 平板部
２５，２６ 出力用プレート（プレート配線）
２５ｇ，２６ｇ 出力端子部（出力ノード）
２７〜３０ 制御入力用プレート（プレート配線）
ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチング素子
ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ スイッチング素子
ｔｃ コレクタ端子（出力端子）
ｔｅ エミッタ端子（出力端子）
ｔｇ ゲート端子（制御端子）
Ｌ１〜Ｌ４ 距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子を用いたブリッジ回路にて構成され、各スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を高周波交流電力に変換する電力変換装置において、前記各スイッチング素子の端子を複数のプレート配線よりなる配線構造体に接続して構成された電力変換装置のスイッチモジュールであって、
前記ブリッジ回路の上下アームに配置される各スイッチング素子の出力端子と、前記ブリッジ回路の出力ノードとの間を接続する前記配線構造体のプレート配線において、前記各スイッチング素子毎の前記出力ノードまでの電力伝達距離を等しく設定して構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記配線構造体のプレート配線としてプラス側及びマイナス側電源用バスバーが用いられ、各電源用バスバーを介して前記ブリッジ回路に前記直流電力を入力するものであり、
前記各電源用バスバーは、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記プラス側及びマイナス側電源用バスバーには、平面同士で対向して寄生キャパシタンスを形成する平板部が備えられたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記配線構造体のプレート配線として制御入力用プレートが用いられ、該制御入力用プレートを介して前記スイッチング素子の制御端子に制御信号を入力するものであり、
前記制御入力用プレートは、自身の信号伝達経路が前記各電源用バスバーの主たる電流の流れに対して交差するように構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記ブリッジ回路の各アームに配置されるスイッチング素子は、それぞれ２つのスイッチング素子が並列接続されてなるものであり、アーム毎に対をなす各スイッチング素子の出力端子と前記出力ノードとの間の電力伝達距離を等しく設定して構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記アーム毎に対をなす各スイッチング素子は、前記配線構造体を挟んだ両側に配置され、互いに対向するように並設されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項７】
請求項４及び５に従属の請求項６に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記アーム毎に対をなす各スイッチング素子の制御端子間を接続するための前記制御入力用プレートは、前記アーム毎に設けられるものであって、それぞれ同形状に形成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記制御入力用プレートは、点対称形状に形成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記配線構造体のプレート配線として前記出力ノードを有する出力用プレートが用いられ、前記上下アームの各スイッチング素子の出力端子が接続されて前記出力ノードから前記高周波交流電力を出力するものであり、
前記出力用プレートは、前記上下アーム毎に設けられるものであって、それぞれ同形状に形成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項１】
複数のスイッチング素子を用いたブリッジ回路にて構成され、各スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を高周波交流電力に変換する電力変換装置において、前記各スイッチング素子の端子を複数のプレート配線よりなる配線構造体に接続して構成された電力変換装置のスイッチモジュールであって、
前記ブリッジ回路の上下アームに配置される各スイッチング素子の出力端子と、前記ブリッジ回路の出力ノードとの間を接続する前記配線構造体のプレート配線において、前記各スイッチング素子毎の前記出力ノードまでの電力伝達距離を等しく設定して構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記配線構造体のプレート配線としてプラス側及びマイナス側電源用バスバーが用いられ、各電源用バスバーを介して前記ブリッジ回路に前記直流電力を入力するものであり、
前記各電源用バスバーは、自身を流れる主たる電流の向きが互いに逆向きとなるように構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記プラス側及びマイナス側電源用バスバーには、平面同士で対向して寄生キャパシタンスを形成する平板部が備えられたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記配線構造体のプレート配線として制御入力用プレートが用いられ、該制御入力用プレートを介して前記スイッチング素子の制御端子に制御信号を入力するものであり、
前記制御入力用プレートは、自身の信号伝達経路が前記各電源用バスバーの主たる電流の流れに対して交差するように構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記ブリッジ回路の各アームに配置されるスイッチング素子は、それぞれ２つのスイッチング素子が並列接続されてなるものであり、アーム毎に対をなす各スイッチング素子の出力端子と前記出力ノードとの間の電力伝達距離を等しく設定して構成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記アーム毎に対をなす各スイッチング素子は、前記配線構造体を挟んだ両側に配置され、互いに対向するように並設されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項７】
請求項４及び５に従属の請求項６に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記アーム毎に対をなす各スイッチング素子の制御端子間を接続するための前記制御入力用プレートは、前記アーム毎に設けられるものであって、それぞれ同形状に形成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記制御入力用プレートは、点対称形状に形成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置のスイッチモジュールにおいて、
前記配線構造体のプレート配線として前記出力ノードを有する出力用プレートが用いられ、前記上下アームの各スイッチング素子の出力端子が接続されて前記出力ノードから前記高周波交流電力を出力するものであり、
前記出力用プレートは、前記上下アーム毎に設けられるものであって、それぞれ同形状に形成されたことを特徴とする電力変換装置のスイッチモジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−５５７８１（Ｐ２０１３−５５７８１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９１８８４（Ｐ２０１１−１９１８８４）
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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