JP7318732B2 - 制御基板 - Google Patents

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Description

本発明は、インバータを制御対象とする制御基板に関する。
インバータを制御対象とする制御基板の一例が、国際公開第2016/88211号(特許文献1)に開示されている。以下、背景技術の説明において括弧内に示す符号は特許文献1のものである。特許文献1の制御基板としての基板(11)には、制御回路(CNT)と、制御回路(CNT)からの制御信号を受けてスイッチング素子(Q1~Q6)を駆動する駆動回路(DR1~DR6)と、駆動回路(DR1~DR2)に給電する電源回路(P1~P6)と、が設けられている。基板(11)上には、駆動回路(DR1~DR6)と電源回路(P1~P6)とが配置される強電系の駆動回路/電源回路配置配線領域(UP,UN,VP,VN,WP,WN)が、弱電系の制御回路(CNT)との間に絶縁領域(AR11~AR16)を介在させてスイッチング素子(Q1~Q6)ごとに設けられている。
特許文献1の段落0027に記載されているように、特許文献1の基板(11)は、3層の配線構造を備えている。そして、この基板(11)では、特許文献1の段落0027~0031、図4A~図4Dに記載されているように、駆動回路/電源回路配置配線領域(UP,UN,VP,VN,WP,WN)ごとに、3層全ての配線層が用いられている。この結果、特許文献1の図2に示されているように、複数の駆動回路/電源回路配置配線領域(UP,UN,VP,VN,WP,WN)は、平面視で互いに異なる領域に分かれて配置されている。
国際公開第2016/88211号
上記のように、特許文献1の制御基板では、スイッチング素子に接続される高電圧回路を配置するための高電圧領域(特許文献1での駆動回路/電源回路配置配線領域)が、スイッチング素子ごとに設けられ、高電圧領域ごとに全ての層の配線層が用いられている。よって、各層の配線層における平面視で1つの高電圧領域と重なる領域には、当該高電圧領域に配置される高電圧回路以外の回路や素子を配置することが難しかった。このように、特許文献1の制御基板では、部品や配線の配置自由度が低くなりやすく、制御基板が平面視で大型化しやすかった。
そこで、部品や配線の配置自由度を高く確保して、制御基板の平面視での小型化を図ることが可能な技術の実現が望まれる。
本開示に係る制御基板は、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子を備えたインバータを制御対象とする制御基板であって、前記インバータを駆動制御するための駆動制御回路が形成された板状の基板本体部を備え、前記駆動制御回路は、低電圧回路と、前記低電圧回路に比べて動作電圧が高い高電圧回路であって前記第1スイッチング素子に接続される第1高電圧回路と、前記高電圧回路であって前記第2スイッチング素子に接続される第2高電圧回路と、前記第1スイッチング素子の駆動電圧を前記低電圧回路から前記第1高電圧回路に供給する第1トランスと、前記第2スイッチング素子の駆動電圧を前記低電圧回路から前記第2高電圧回路に供給する第2トランスと、を備え、前記基板本体部は、当該基板本体部の厚さ方向の一方側の表層部に形成された第1層と、前記厚さ方向の他方側の表層部に形成された第2層とを含む、偶数層の多層構造体を備え、前記第1層及び前記第2層の双方に、前記低電圧回路が配置される低電圧領域と、前記高電圧回路が配置される高電圧領域と、前記低電圧領域と前記高電圧領域とを電気的に絶縁する絶縁領域と、が形成され、前記第1高電圧回路の少なくとも一部は、前記第1層に形成された前記高電圧領域である第1層高電圧領域に配置され、前記第2高電圧回路の少なくとも一部は、前記第2層に形成された前記高電圧領域である第2層高電圧領域に配置されている。
この構成によれば、第1高電圧回路の少なくとも一部と第2高電圧回路の少なくとも一部とを、基板本体部における互いに反対側の表層部に形成される第1層高電圧領域と第2層高電圧領域とに分けて配置することができるため、第1高電圧回路を構成する部品や配線と第2高電圧回路を構成する部品や配線とを、平面視で近づけて配置することや平面視で重なるように配置することが容易となる。この結果、部品や配線の配置自由度を高く確保して、制御基板の平面視での小型化を図ることが可能となっている。
制御基板の更なる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。
制御基板の制御対象となるインバータの構成例を示す図 電源回路の構成例を示す図 実施形態に係る制御基板の平面図 実施形態に係る制御基板の透視平面図 実施形態に係る制御基板の透視平面図 実施形態に係る基板本体部を模式的に示す断面図 実施形態に係る制御基板とスイッチング素子との接続形態を示す模式図
制御基板の実施形態について、図面を参照して説明する。制御基板1は、第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32を備えたインバータ100を制御対象とする基板である。インバータ100は、直流と交流との間で電力を変換して交流機16に交流電力を供給する。制御基板1は、インバータ100を介して交流機16を制御する。交流機16は、交流電力の供給を受けて動作する機器である。図1に示すように、本実施形態では、交流機16は回転電機である。具体的には、交流機16は、U相、V相、及びW相からなる3相(複数相の一例)の交流電力で駆動される回転電機であり、インバータ100は、3相の交流電力を交流機16(ここでは、ステータコイル16a)に供給する。交流機16は、例えば、車両の車輪を駆動するための回転電機とされ、或いは、車両に設けられた補機を駆動するための回転電機とされる。補機は、車両に搭載される機器(付属機器、車載機器)であり、例えば、電動オイルポンプや、エアコンディショナ用のコンプレッサ等とされる。本明細書では、「回転電機」は、モータ(電動機)、ジェネレータ(発電機)、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。
図1に示すように、インバータ100は、第1直流電源11に接続されると共に交流機16に接続されている。第1直流電源11は、インバータ100の直流側に直流電力を供給する。第1直流電源11の電源電圧は、例えば200~400[V]とされる。交流機16がモータとして機能する場合には、インバータ100は、第1直流電源11から供給される直流電力を交流電力に変換して交流機16に供給する。また、交流機16がジェネレータとして機能する場合には、インバータ100は、交流機16から供給される交流電力を直流電力に変換して第1直流電源11に供給する。第1直流電源11とインバータ100との間には、インバータ100の直流側の電圧(直流リンク電圧Vdc)を平滑化する平滑コンデンサ13が設けられている。第1直流電源11とインバータ100との間に昇圧回路が設けられ、第1直流電源11の電圧が昇圧されてインバータ100の直流側に供給される構成とすることもできる。
インバータ100は、第1スイッチング素子31と第2スイッチング素子32とが直列接続されたアーム33を複数備えている。すなわち、インバータ100は、複数の第1スイッチング素子31と複数の第2スイッチング素子32とを備えている。図7に示すように、本実施形態では、インバータ100が備える第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32は、IPM(Intelligent Power Module)等の半導体装置60に設けられている。図1に示すように、本実施形態では、第1スイッチング素子31は、直流の負極側(ここでは、第1直流電源11の負極側)に接続されるスイッチング素子3(下段側スイッチング素子)であり、第2スイッチング素子32は、直流の正極側(ここでは、第1直流電源11の正極側)に接続されるスイッチング素子3(上段側スイッチング素子)である。このような構成とは異なり、第1スイッチング素子31が上段側スイッチング素子であり、第2スイッチング素子32が下段側スイッチング素子である構成とすることもできる。
インバータ100が備えるスイッチング素子3は、後述するスイッチング制御信号SWにより個別にスイッチング制御される。スイッチング素子3として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、SiC-MOSFET(Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET)、SiC-SIT(SiC - Static Induction Transistor)、GaN-MOSFET(Gallium Nitride - MOSFET)等のパワー半導体素子を用いると好適である。図1には、スイッチング素子3としてIGBTを用いる場合を例示している。スイッチング素子3は、例えば、矩形平板状のチップ型素子とされる。図示は省略するが、スイッチング素子3のそれぞれにはフリーホイールダイオードが並列接続されている。フリーホイールダイオードは、例えば、スイッチング素子3を構成するチップ型素子に内蔵される。
インバータ100は、交流機16に供給する交流電力の相数に対応する数のアーム33を備えている。本実施形態では、インバータ100は、交流機16に供給する交流電力の相数に等しい数のアーム33を備えており、具体的には、U相アーム33U、V相アーム33V、及びW相アーム33Wの、3つのアーム33を備えている。複数のアーム33は、互いに並列接続されてブリッジ回路を構成している。各アーム33の中間点(第1スイッチング素子31と第2スイッチング素子32との接続点)は、交流機16の交流端子(ここでは、対応する相のステータコイル16a)に接続されている。
第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32の制御信号(スイッチング制御信号SW)は、制御回路6により生成される。制御回路6は、第1スイッチング素子31をスイッチング制御する第1スイッチング制御信号SW1、及び、第2スイッチング素子32をスイッチング制御する第2スイッチング制御信号SW2を生成する。すなわち、制御回路6は、スイッチング制御信号SWとして、第1スイッチング制御信号SW1及び第2スイッチング制御信号SW2を生成する。制御回路6は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核として構成される。制御回路6の各機能は、例えば、マイクロコンピュータ等のハードウェアとソフトウェア(プログラム)との協働により実現される。
制御回路6は、スイッチング制御信号SWを生成することで、インバータ100を制御する。制御回路6は、例えば、他の制御装置(例えば、車両の全体を統合して制御する車両制御装置)からの指令に基づき、インバータ100を制御する。制御回路6は、例えばベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、他の制御装置から指令されたトルクを交流機16が出力するようにインバータ100を制御する。図1に示す例では、交流機16の各相のステータコイル16aを流れる電流は電流センサ14により検出され、交流機16のロータの磁極位置は回転センサ15により検出される。制御回路6は、これらの電流センサ14及び回転センサ15の検出結果を用いて、インバータ100を制御する。
制御回路6の動作電圧(例えば、5[V],3.3[V],2.5[V]等)は、第2直流電源12から供給される直流電力に基づき生成される。第2直流電源12は、第1直流電源11よりも電源電圧の低い直流電源である。第2直流電源12の電源電圧は、例えば12~24[V]とされる。第1直流電源11と第2直流電源12とは、互いに絶縁されており、互いにフローティングの関係にある。すなわち、第1直流電源11のグランドである第1グランドG1と、第2直流電源12のグランドである第2グランドG2とは、電気的にフローティングの関係にある。図示は省略するが、制御回路6に電力(動作電力)を供給する電源回路は、例えば、第2直流電源12に接続される電源入力回路と、第2直流電源12から電源入力回路に入力される電圧を調整する電圧調整回路と、を備える。電源入力回路は、例えば、ノイズフィルタ、平滑コンデンサ、及びレギュレータ回路を用いて構成され、電圧調整回路は、例えば、レギュレータ素子を用いて構成される。
制御回路6が生成したスイッチング制御信号SWは、駆動回路2を介して、制御対象となるスイッチング素子3の制御端子(図1に示す例では、IGBTのゲート端子)に入力される。すなわち、駆動回路2は、スイッチング制御信号SWに基づきスイッチング素子3を駆動する。図1に示す例では、駆動回路2は、スイッチング素子3(IGBT)のゲート端子とエミッタ端子との2端子間の電位差を制御することで、スイッチング素子3を駆動する。図1に示すように、駆動回路2は、複数のスイッチング素子3のそれぞれに対応して設けられている。すなわち、複数の駆動回路2は、複数のスイッチング素子3のうちの対応するスイッチング素子3をそれぞれ駆動する。複数の駆動回路2には、第1スイッチング素子31を駆動する第1駆動回路21と、第2スイッチング素子32を駆動する第2駆動回路22とが含まれる。第1駆動回路21は、第1スイッチング制御信号SW1に基づき第1スイッチング素子31を駆動する。また、第2駆動回路22は、第2スイッチング制御信号SW2に基づき第2スイッチング素子32を駆動する。
駆動回路2は、制御回路6が生成したスイッチング制御信号SWの駆動能力(例えば電圧振幅又は出力電流等、後段の回路を動作させる能力)を高めて、スイッチング素子3の制御端子に供給する。駆動回路2は、例えば、2つのトランジスタが直列接続されたプッシュプル回路を用いて構成される。駆動回路2は、スイッチング制御信号SWを生成する制御回路6よりも動作電圧が高い回路である。そのため、制御基板1は、フォトカプラ又は磁気カプラ等の絶縁素子(信号伝達用の絶縁素子)を備えており、この絶縁素子は、制御回路6が生成したスイッチング制御信号SWを、駆動回路2に絶縁状態(電気的に絶縁された状態)で伝達する。本実施形態では、駆動回路2が形成された素子として、駆動回路2と上記絶縁素子とが1つのパッケージに内蔵された素子を用いている。
駆動回路2のそれぞれには、電源回路7から電力(動作電力)が供給される。図2に電源回路7の一例を示すように、電源回路7は、トランス8を用いて駆動回路2に電力を供給する。具体的には、電源回路7は、第1トランス81を用いて第1駆動回路21に電力を供給すると共に、第2トランス82を用いて第2駆動回路22に電力を供給する。電源回路7は、第1駆動回路21に供給する下段用駆動電圧VLと、第2駆動回路22に供給する上段用駆動電圧VHとを出力する。上段用駆動電圧VH及び下段用駆動電圧VLのそれぞれの電位差は、例えば15~20[V]とされる。本実施形態では、トランス8は、駆動回路2よりも重い部品とされている。また、本実施形態では、トランス8は、駆動回路2よりも大型の部品とされている。
本実施形態では、電源回路7は、U相上段用駆動電圧VHU、V相上段用駆動電圧VHV、及びW相上段用駆動電圧VHWの3つの上段用駆動電圧VHを出力し、U相下段用駆動電圧VLU、V相下段用駆動電圧VLV、及びW相下段用駆動電圧VLWの3つの下段用駆動電圧VLを出力する。3つの上段用駆動電圧VHは、それぞれ電気的に絶縁されたフローティング電源であり、それぞれ異なる正極側電位及び負極側電位を有する。一方、3つの下段用駆動電圧VLは、共通の負極側電位(具体的には、第1グランドG1の電位)を有し、互いに絶縁されていないが、それぞれ異なる正極側電位を有する。
U相下段用駆動電圧VLUは、U相アーム33Uが備える第1スイッチング素子31(U相の第1スイッチング素子31)を駆動する第1駆動回路21に供給され、U相上段用駆動電圧VHUは、U相アーム33Uが備える第2スイッチング素子32(U相の第2スイッチング素子32)を駆動する第2駆動回路22に供給される。V相下段用駆動電圧VLVは、V相アーム33Vが備える第1スイッチング素子31(V相の第1スイッチング素子31)を駆動する第1駆動回路21に供給され、V相上段用駆動電圧VHVは、V相アーム33Vが備える第2スイッチング素子32(V相の第2スイッチング素子32)を駆動する第2駆動回路22に供給される。W相下段用駆動電圧VLWは、W相アーム33Wが備える第1スイッチング素子31(W相の第1スイッチング素子31)を駆動する第1駆動回路21に供給され、W相上段用駆動電圧VHWは、W相アーム33Wが備える第2スイッチング素子32(W相の第2スイッチング素子32)を駆動する第2駆動回路22に供給される。
電源回路7は、トランス8を制御する電源制御回路90を備えている。図2に示すように、電源制御回路90は、トランス8の1次巻線L1(具体的には、第1トランス81の1次巻線L1及び第2トランス82の1次巻線L1)に接続されて1次巻線L1への電力の供給を制御する駆動用スイッチング素子9と、駆動用スイッチング素子9をスイッチング制御する制御部95と、を備えている。図2に示す例では、電源回路7は、プッシュプル方式のスイッチング電源回路であり、1次巻線L1には、第1駆動用スイッチング素子91及び第2駆動用スイッチング素子92の2つの駆動用スイッチング素子9が接続されている。第1駆動用スイッチング素子91及び第2駆動用スイッチング素子92は、制御部95によって相補的にスイッチング制御される。
図2には、6つのトランス8(3つの第1トランス81及び3つの第2トランス82)に対して共通の駆動用スイッチング素子9(ここでは、第1駆動用スイッチング素子91及び第2駆動用スイッチング素子92の組)が設けられる構成を例示しているが、トランス8が複数のグループ(例えば、2つのトランス8からなるグループ)に分けられ、複数のグループに対して駆動用スイッチング素子9(例えば、第1駆動用スイッチング素子91及び第2駆動用スイッチング素子92の組)が各別に設けられる構成としてもよい。また、ここでは、一例として、電源回路7を、プッシュプル方式のスイッチング電源回路としているが、電源回路7は、ハーフブリッジ方式、フルブリッジ方式、シングルフォワード方式、フライバック方式等の、プッシュプル方式以外の方式のスイッチング電源回路であってもよい。
第1トランス81の1次巻線L1及び第2トランス82の1次巻線L1に入力される入力電圧V1(1次側電圧)は、第2直流電源12の電源電圧から電源回路(電圧レギュレータ等)によって生成される。そのため、入力電圧V1は安定しており、この電源回路7では、フィードバック制御を行うことなく、第1トランス81の変圧比によって第1トランス81の2次巻線L2から出力される出力電圧(2次側電圧)が決定され、第2トランス82の変圧比によって第2トランス82の2次巻線L2から出力される出力電圧(2次側電圧)が決定される。第1トランス81の2次側電圧(下段用駆動電圧VL)は、第1駆動回路21に供給され、第2トランス82の2次側電圧(上段用駆動電圧VH)は、第2駆動回路22に供給される。図2に示す例では、2次巻線L2に生じる交流電圧が、整流用のダイオード94と平滑用のコンデンサ93とを備えた整流回路96によって直流電圧に変換されることで、2次側電圧が生成される。
次に、制御基板1の構成について説明する。図3、図6、及び図7に示すように、制御基板1は、板状の基板本体部10を備えている。基板本体部10には、インバータ100を駆動制御するための駆動制御回路5が形成されている。駆動制御回路5は、低電圧回路53と、低電圧回路53に比べて動作電圧が高い高電圧回路50と、を備えている。低電圧回路53と高電圧回路50とは、互いに絶縁されている。高電圧回路50には、第1スイッチング素子31に接続される第1高電圧回路51と、第2スイッチング素子32に接続される第2高電圧回路52とが含まれている。すなわち、駆動制御回路5は、高電圧回路50であって第1スイッチング素子31に接続される第1高電圧回路51と、高電圧回路50であって第2スイッチング素子32に接続される第2高電圧回路52と、を備えている。駆動制御回路5は、更に、第1スイッチング素子31の駆動電圧を低電圧回路53から第1高電圧回路51に供給する第1トランス81と、第2スイッチング素子32の駆動電圧を低電圧回路53から第2高電圧回路52に供給する第2トランス82と、を備えている。すなわち、第1スイッチング素子31の駆動電圧は、第1トランス81を介して低電圧回路53から第1高電圧回路51に供給され、第2スイッチング素子32の駆動電圧は、第2トランス82を介して低電圧回路53から第2高電圧回路52に供給される。
図3に示すように、本実施形態では、基板本体部10は、当該基板本体部10の厚さ方向Zに沿う平面視で4つの辺部を備える矩形状(正方形状や、角部が面取りされた矩形状を含む)に形成されている。4つの辺部には、互いに平行な2つの第1辺部と、互いに平行な2つの第2辺部(ここでは、第1辺部よりも短い辺部)とが含まれており、2つの第1辺部に沿う方向を第1方向Xとし、2つの第2辺部に沿う方向を第2方向Yとする。また、厚さ方向Zの一方側を第1側Z1とし、厚さ方向Zの他方側を第2側Z2とし、第1方向Xの一方側を第3側X1とし、第1方向Xの他方側を第4側X2とし、第2方向Yの一方側を第5側Y1とし、第2方向Yの他方側を第6側Y2とする。第1方向X及び第2方向Yは、いずれも基板本体部10の板面に沿う方向(すなわち、厚さ方向Zに直交する方向)である。また、第1方向X及び第2方向Yは、互いに直交する方向である。
図6に示すように、基板本体部10は、第1層41と第2層42とを含む、偶数層の多層構造体4を備えている。本実施形態では、多層構造体4は、更に、第3層43と第4層44とを含んでいる。すなわち、基板本体部10は、偶数層の多層基板(多層プリント基板)である。ここで、「偶数層」とは、積層される配線層(導体層)の数が偶数であることを意味する。すなわち、偶数層の多層構造体4は、偶数層の配線構造を備えている。配線層は、導体箔70(銅箔等)を用いた配線パターン71が形成される層であり、多層構造体4が備える偶数個の配線層は、絶縁層40を介して厚さ方向Zに積層されている。第1層41、第2層42、第3層43、及び第4層44のそれぞれは、配線層である。本実施形態では、基板本体部10は、6層の多層構造体4を備えており、多層構造体4は、第5層45と第6層46とを更に備えている。第5層45及び第6層46のそれぞれは、配線層である。絶縁層40は、例えば、プリプレグを用いて形成される。
図6に示すように、第1層41は、基板本体部10における第1側Z1の表層部10aに形成され、第2層42は、基板本体部10における第2側Z2の表層部10aに形成されている。第3層43及び第4層44は、基板本体部10における厚さ方向Zの中央部に最も近い2つの層である。第3層43は、第1層41と第4層44との間に配置されている。そして、第5層45は、第1層41と第3層43との間に配置され、第6層46は、第2層42と第4層44との間に配置されている。すなわち、第1層41、第5層45、第3層43、第4層44、第6層46、及び第2層42が、第1側Z1から記載の順に積層されている。本実施形態では、第1側Z1が「厚さ方向の一方側」に相当し、第2側Z2が「厚さ方向の他方側」に相当する。
多層構造体4には、異なる配線層同士(例えば、厚さ方向Zに隣接する配線層同士)を電気的に接続するためのビア72(例えば、フィルドビア)が、形成されている。ビア72は、絶縁層40を貫通するように形成され、ビア72の内部には導体(銅等)が設けられている。このような多層構造体4は、例えば、ビルドアップ工法を用いて形成される。図6では省略しているが、第1層41に対して第1側Z1にはレジスト(永久レジスト、ソルダーレジスト)が積層されており、第1層41を露出させるように当該レジストに開口部を形成することで、駆動回路2やトランス8等の部品を第1層41に実装するためのパッドが形成されている。また、第2層42に対して第2側Z2にはレジストが積層されており、第2層42を露出させるように当該レジストに開口部を形成することで、部品を第2層42に実装するためのパッドが形成されている。
図3及び図4に示すように、第1層41及び第2層42の双方に、低電圧回路53が配置される低電圧領域Aと、高電圧回路50が配置される高電圧領域Bと、低電圧領域Aと高電圧領域Bとを電気的に絶縁する絶縁領域Eと、が形成されている。ここで、第1層41に形成された低電圧領域Aを第1層低電圧領域A1とし、第2層42に形成された低電圧領域Aを第2層低電圧領域A2とし、第1層41に形成された高電圧領域Bを第1層高電圧領域B1とし、第2層42に形成された高電圧領域Bを第2層高電圧領域B2とする。低電圧領域Aには、第2グランドG2を基準電位とする回路領域が含まれ、高電圧領域Bには、第1グランドG1を基準電位とする回路領域が含まれている。第1駆動回路21、第2駆動回路22、第1トランス81、及び第2トランス82は、絶縁領域Eを跨いで低電圧領域Aと高電圧領域Bとを接続するように配置されている。
図3は、基板本体部10を第1側Z1から見た平面図であり、図4は、基板本体部10を第1側Z1から見た透視平面図である。図3では、基板本体部10に対して第1側Z1に配置される部品(すなわち、第1層41に実装される部品)の一部(具体的には、第1駆動回路21、第1トランス81、第2トランス82、及び後述する第1接続部51a)を示すと共に、第1層低電圧領域A1、第1層高電圧領域B1、第1層低電圧領域A1に配置される低電圧回路53、及び、第1層高電圧領域B1に配置される高電圧回路50を、簡略化して模式的に示している。また、図4では、基板本体部10に対して第2側Z2に配置される部品(すなわち、第2層42に実装される部品)の一部(具体的には、第2駆動回路22、後述する信号伝達素子23、及び後述する第2接続部52a)を示すと共に、第2層低電圧領域A2、第2層高電圧領域B2、第2層低電圧領域A2に配置される低電圧回路53、及び、第2層高電圧領域B2に配置される高電圧回路50を、簡略化して模式的に示している。
第1高電圧回路51と第2高電圧回路52とのそれぞれは、絶縁領域Eを跨ぐように配置されて低電圧領域Aと高電圧領域Bとの間で電力を伝達するトランス8を備えている。具体的には、第1高電圧回路51は、絶縁領域Eを跨ぐように配置されて低電圧領域Aと高電圧領域Bとの間で電力を伝達する第1トランス81を備え、第2高電圧回路52は、絶縁領域Eを跨ぐように配置されて低電圧領域Aと高電圧領域Bとの間で電力を伝達する第2トランス82を備えている。すなわち、第1トランス81と第2トランス82とのそれぞれが、絶縁領域Eを跨ぐように配置されて低電圧領域Aと高電圧領域Bとの間で電力を伝達する。そして、本実施形態では、全てのトランス8(言い換えれば、全ての第1トランス81及び第2トランス82であり、ここでは、3つの第1トランス81及び3つの第2トランス82)が、基板本体部10に対して厚さ方向Zの同じ側(具体的には、基板本体部10に対して第1側Z1)に配置されている。すなわち、全てのトランス8が、絶縁領域Eを跨いで第1層低電圧領域A1と第1層高電圧領域B1とを接続するように配置されている。
本実施形態では、全ての第1トランス81及び第2トランス82が基板本体部10に対して第1側Z1に配置されている。そのため、第1高電圧回路51及び第2高電圧回路52のうちの少なくとも第2高電圧回路52を、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とに分けて配置する必要があるが、第2高電圧回路52のみを第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とに分けて配置すると、基板本体部10に対して第1側Z1と第2側Z2との間で高電圧領域Bの総面積に偏りが生じやすくなる。この点に関して、本実施形態では、後述するように、第2高電圧回路52に加えて第1高電圧回路51も、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とに分かれて配置されているため、上記のように全ての第1トランス81及び第2トランス82が基板本体部10に対して第1側Z1に配置される場合であっても、基板本体部10に対して第1側Z1と第2側Z2との間で高電圧領域Bの総面積に大きな偏りが生じることを抑制しやすい。この結果、制御基板1の平面視での小型化を図りやすくなっている。
第1高電圧回路51と第2高電圧回路52とのそれぞれは、絶縁領域Eを跨ぐように配置されて低電圧領域Aと高電圧領域Bとの間で信号(スイッチング制御信号SW等)を伝達する駆動回路2を備えている。具体的には、第1高電圧回路51は、絶縁領域Eを跨ぐように配置されて低電圧領域Aと高電圧領域Bとの間で信号(第1スイッチング制御信号SW1等)を伝達する第1駆動回路21を備え、第2高電圧回路52は、絶縁領域Eを跨ぐように配置されて低電圧領域Aと高電圧領域Bとの間で信号(第2スイッチング制御信号SW2等)を伝達する第2駆動回路22を備えている。そして、本実施形態では、基板本体部10に対して厚さ方向Zの両側に分かれて駆動回路2が配置されている。具体的には、全ての第1駆動回路21(ここでは、3つの第1駆動回路21)が、基板本体部10に対して第1側Z1に配置され、全ての第2駆動回路22(ここでは、3つの第2駆動回路22)が、基板本体部10に対して第2側Z2に配置されている。すなわち、全ての第1駆動回路21が、絶縁領域Eを跨いで第1層低電圧領域A1と第1層高電圧領域B1とを接続するように配置され、全ての第2駆動回路22が、絶縁領域Eを跨いで第2層低電圧領域A2と第2層高電圧領域B2とを接続するように配置されている。
本実施形態では、低電圧領域Aに配置される低電圧回路53には、制御回路6と、制御回路6から駆動回路2にスイッチング制御信号SWを伝達する信号伝達回路と、電源回路7が備える電源制御回路90と、電源制御回路90からトランス8(具体的には、1次巻線L1)に1次側電圧を伝達する電力伝達回路と、が含まれている。低電圧回路53は、第1層低電圧領域A1と第2層低電圧領域A2とに分かれて配置されている。ここで、回路が2つの領域(第1領域及び第2領域)に分かれて配置されるとは、当該回路が、第1領域に配置された部分と第2領域に配置された部分とを少なくとも備えることを意味し、当該回路が、更に別の領域に配置された部分を備えていてもよい。低電圧回路53における第1層低電圧領域A1に配置される部分は、第1層41に設けられた配線パターン71を用いて形成され、低電圧回路53における第2層低電圧領域A2に配置される部分は、第2層42に設けられた配線パターン71を用いて形成される。
本実施形態では、高電圧領域Bに配置される第1高電圧回路51には、第1駆動回路21から第1接続部51aに第1スイッチング制御信号SW1を伝達する信号伝達回路と、第1トランス81(具体的には、2次巻線L2)から第1駆動回路21に2次側電圧を伝達する電力伝達回路と、が含まれている。ここで、第1接続部51aは、第1高電圧回路51における第1スイッチング素子31との接続部である。第1スイッチング制御信号SW1は、第1駆動回路21から第1接続部51aを介して第1スイッチング素子31に伝達される。本実施形態では、第1接続部51aは、第1層高電圧領域B1に設けられている。図7に示すように、本実施形態では、第1接続部51aは、可撓性を有する第1フレキシブル基板61が接続されるコネクタを備えている。そして、第1高電圧回路51は、第1フレキシブル基板61を介して第1スイッチング素子31に接続される。なお、第1接続部51aが、コネクタに代えて、基板本体部10を厚さ方向Zに貫通する孔部を備え、第1スイッチング素子31の接続端子が、当該孔部を貫通するように配置された状態で第1接続部51aに接続される構成とすることもできる。
本実施形態では、高電圧領域Bに配置される第1高電圧回路51には、更に、第1スイッチング素子31に設けられた検出回路(電流検出回路や温度検出回路等)の検出結果を表す信号を、第1接続部51aから信号伝達素子23に伝達する信号伝達回路も含まれている。信号伝達素子23は、フォトカプラ又は磁気カプラ等の絶縁素子(信号伝達用の絶縁素子)を備えている。信号伝達素子23は、絶縁領域Eを跨いで低電圧領域Aと高電圧領域Bとを接続するように配置されている。上記検出結果を表す信号は、信号伝達素子23を介して高電圧領域Bから低電圧領域Aに伝達されて、制御回路6に入力される。本実施形態では、全ての信号伝達素子23(ここでは、3つの信号伝達素子23)が、基板本体部10に対して第2側Z2に配置されている。すなわち、全ての信号伝達素子23が、絶縁領域Eを跨いで第2層低電圧領域A2と第2層高電圧領域B2とを接続するように配置されている。
第1高電圧回路51の少なくとも一部は、第1層高電圧領域B1に配置されている。第1高電圧回路51における第1層高電圧領域B1に配置される部分は、第1層41に設けられた配線パターン71を用いて形成される。本実施形態では、第1高電圧回路51は、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とに分かれて配置されている。第1高電圧回路51における第2層高電圧領域B2に配置される部分は、第2層42に設けられた配線パターン71を用いて形成される。1つの第1高電圧回路51における第1層高電圧領域B1に配置された部分と第2層高電圧領域B2に配置された部分とは、平面視で重複する部分を有するように配置されている。そして、1つの第1高電圧回路51における第1層高電圧領域B1に配置された部分と第2層高電圧領域B2に配置された部分とは、ビア72を介して電気的に接続されている。
本実施形態では、高電圧領域Bに配置される第2高電圧回路52には、第2駆動回路22から第2接続部52aに第2スイッチング制御信号SW2を伝達する信号伝達回路と、第2トランス82(具体的には、2次巻線L2)から第2駆動回路22に2次側電圧を伝達する電力伝達回路と、が含まれている。ここで、第2接続部52aは、第2高電圧回路52における第2スイッチング素子32との接続部である。第2スイッチング制御信号SW2は、第2駆動回路22から第2接続部52aを介して第2スイッチング素子32に伝達される。本実施形態では、第2接続部52aは、第2層高電圧領域B2に設けられている。図7に示すように、本実施形態では、第2接続部52aは、可撓性を有する第2フレキシブル基板62が接続されるコネクタを備えている。そして、第2高電圧回路52は、第2フレキシブル基板62を介して第2スイッチング素子32に接続される。なお、第2接続部52aが、コネクタに代えて、基板本体部10を厚さ方向Zに貫通する孔部を備え、第2スイッチング素子32の接続端子が、当該孔部を貫通するように配置された状態で第2接続部52aに接続される構成とすることもできる。
第2高電圧回路52の少なくとも一部は、第2層高電圧領域B2に配置されている。第2高電圧回路52における第2層高電圧領域B2に配置される部分は、第2層42に設けられた配線パターン71を用いて形成される。本実施形態では、第2高電圧回路52は、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とに分かれて配置されている。第2高電圧回路52における第1層高電圧領域B1に配置される部分は、第1層41に設けられた配線パターン71を用いて形成される。1つの第2高電圧回路52における第1層高電圧領域B1に配置された部分と第2層高電圧領域B2に配置された部分とは、平面視で重複する部分を有するように配置されている。そして、1つの第2高電圧回路52における第1層高電圧領域B1に配置された部分と第2層高電圧領域B2に配置された部分とは、ビア72を介して電気的に接続されている。
なお、本実施形態では、上述したように、駆動回路2が形成された素子として、駆動回路2と絶縁素子とが1つのパッケージに内蔵された素子を用いているが、駆動回路2と絶縁素子とが別部品である構成とすることもできる。この場合、絶縁素子が、絶縁領域Eを跨いで低電圧領域Aと高電圧領域Bとを接続するように配置され、駆動回路2は、高電圧領域Bに配置される。すなわち、この場合、高電圧領域Bに配置される高電圧回路50には、駆動回路2も含まれる。具体的には、高電圧領域Bに配置される第1高電圧回路51に第1駆動回路21が含まれ、高電圧領域Bに配置される第2高電圧回路52に第2駆動回路22が含まれる。
本実施形態では、インバータ100は、U相アーム33U、V相アーム33V、及びW相アーム33Wの、3つのアーム33を備えている。すなわち、インバータ100は、3つの第1スイッチング素子31と3つの第2スイッチング素子32とを備えている。よって、高電圧領域Bには、U相の第1スイッチング素子31に接続される第1高電圧回路51(U相の第1高電圧回路51)が配置されるU相第1高電圧領域BU1と、U相の第2スイッチング素子32に接続される第2高電圧回路52(U相の第2高電圧回路52)が配置されるU相第2高電圧領域BU2と、V相の第1スイッチング素子31に接続される第1高電圧回路51(V相の第1高電圧回路51)が配置されるV相第1高電圧領域BV1と、V相の第2スイッチング素子32に接続される第2高電圧回路52(V相の第2高電圧回路52)が配置されるV相第2高電圧領域BV2と、W相の第1スイッチング素子31に接続される第1高電圧回路51(W相の第1高電圧回路51)が配置されるW相第1高電圧領域BW1と、W相の第2スイッチング素子32に接続される第2高電圧回路52(W相の第2高電圧回路52)が配置されるW相第2高電圧領域BW2と、が含まれている。
本実施形態では、第1高電圧回路51と第2高電圧回路52とのそれぞれが、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とに分かれて配置される。そのため、U相第1高電圧領域BU1、U相第2高電圧領域BU2、V相第1高電圧領域BV1、V相第2高電圧領域BV2、W相第1高電圧領域BW1、及び、W相第2高電圧領域BW2のそれぞれは、第1層41に形成される部分と第2層42に形成される部分とを備えている。すなわち、図3に示すように、第1層高電圧領域B1には、U相第1高電圧領域BU1の一部、U相第2高電圧領域BU2の一部、V相第1高電圧領域BV1の一部、V相第2高電圧領域BV2の一部、W相第1高電圧領域BW1の一部、及び、W相第2高電圧領域BW2の一部が含まれている。また、図4に示すように、第2層高電圧領域B2には、U相第1高電圧領域BU1の別の一部、U相第2高電圧領域BU2の別の一部、V相第1高電圧領域BV1の別の一部、V相第2高電圧領域BV2の別の一部、W相第1高電圧領域BW1の別の一部、及び、W相第2高電圧領域BW2の別の一部が含まれている。
図3及び図4に示すように、本実施形態では、高電圧領域Bは、低電圧領域Aに対して第5側Y1に配置されている。具体的には、第1層高電圧領域B1は、第1層低電圧領域A1に対して第5側Y1に配置され、第2層高電圧領域B2は、第2層低電圧領域A2に対して第5側Y1に配置されている。そして、低電圧領域Aと高電圧領域Bとを電気的に絶縁する絶縁領域Eは、低電圧領域Aと高電圧領域Bとの間を第1方向Xに沿って延びるように形成されている。本実施形態では、第1層高電圧領域B1における絶縁領域E側の部分(ここでは、第6側Y2の部分)や第2層高電圧領域B2における絶縁領域E側の部分(ここでは、第6側Y2の部分)において、U相第2高電圧領域BU2、U相第1高電圧領域BU1、V相第1高電圧領域BV1、V相第2高電圧領域BV2、W相第2高電圧領域BW2、及び、W相第1高電圧領域BW1が、第4側X2から記載の順に配置されている。
図5に示すように、本実施形態では、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とは、厚さ方向Zに沿う平面視で重複する部分を有するように配置されている。なお、図5では、第1層高電圧領域B1(具体的には、U相第1高電圧領域BU1、U相第2高電圧領域BU2、V相第1高電圧領域BV1、V相第2高電圧領域BV2、W相第1高電圧領域BW1、及び、W相第2高電圧領域BW2のそれぞれにおける、第1層高電圧領域B1に含まれる部分)をハッチングで示し、第2層高電圧領域B2(具体的には、U相第1高電圧領域BU1、U相第2高電圧領域BU2、V相第1高電圧領域BV1、V相第2高電圧領域BV2、W相第1高電圧領域BW1、及び、W相第2高電圧領域BW2のそれぞれにおける、第2層高電圧領域B2に含まれる部分)を、実線の枠で囲んで示している。また、図5に示すように、本実施形態では、第1層低電圧領域A1と第2層低電圧領域A2とは、平面視で重複する部分を有するように配置されている。なお、図5では、第1層低電圧領域A1をハッチングで示し、第2層低電圧領域A2を実線の枠で囲んで示している。本実施形態では、第1層高電圧領域B1と第2層低電圧領域A2とは、平面視で重複しないように配置され、第2層高電圧領域B2と第1層低電圧領域A1とは、平面視で重複しないように配置されている。
このように第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とが平面視で重複する部分を有するように配置されるため、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2との間の電気的絶縁性の確保が問題となり得る。特に、第1層高電圧領域B1における第1高電圧回路51及び第2高電圧回路52の一方が配置された部分と、第2層高電圧領域B2における第1高電圧回路51及び第2高電圧回路52の他方が配置された部分とが平面視で重複する領域(以下、「第1重複領域」という)や、第1層高電圧領域B1における第2高電圧回路52が配置された部分と、第2層高電圧領域B2における別の第2高電圧回路52が配置された部分とが平面視で重複する領域(以下、「第2重複領域」という)において、電気的絶縁性の確保が問題となり得る。
図5に示す例では、第1重複領域として、少なくとも、U相第1高電圧領域BU1における第1層41に形成された部分とU相第2高電圧領域BU2における第2層42に形成された部分とが平面視で重複する領域と、V相第1高電圧領域BV1における第1層41に形成された部分とV相第2高電圧領域BV2における第2層42に形成された部分とが平面視で重複する領域と、W相第1高電圧領域BW1における第1層41に形成された部分とW相第2高電圧領域BW2における第2層42に形成された部分とが平面視で重複する領域とが存在する。また、図5に示す例では、第2重複領域として、少なくとも、V相第2高電圧領域BV2における第1層41に形成された部分とW相第2高電圧領域BW2における第2層42に形成された部分とが平面視で重複する領域が存在する。
この制御基板1では、以下に述べる構成を採用することで、電気的絶縁性の問題を回避している。ここで、基板本体部10における、平面視で、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2との双方に重複する領域を高圧重複領域D1とする(図6参照)。また、基板本体部10における、平面視で、第1層低電圧領域A1と第2層低電圧領域A2との双方に重複する領域を低圧重複領域D2とする(図6参照)。そして、図6に示すように、低圧重複領域D2では、第1層41、第2層42、第3層43、及び第4層44のそれぞれに配線パターン71が設けられている。本実施形態では、低圧重複領域D2では、第1層41、第2層42、第3層43、第4層44、第5層45、及び第6層46のそれぞれに配線パターン71が設けられている。すなわち、低圧重複領域D2では、多層構造体4が備える全ての層(配線層)に配線パターン71が設けられている。
一方、高圧重複領域D1では、第1層41及び第2層42に配線パターン71が設けられ、厚さ方向Zの中央部に最も近い第3層43及び第4層44には配線パターン71が設けられていない。このように、高圧重複領域D1では配線パターン71がない層を設けることで、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2との間の電気的絶縁性を適切に確保しやすくなっている。なお、本実施形態では、高圧重複領域D1において、第1層41、第2層42、第5層45、及び第6層46に、配線パターン71が設けられている。本実施形態では、第3層43と第4層44との間に配置される絶縁層40(例えば、コア絶縁層)の厚さ(厚さ方向Zの幅)が、他の絶縁層40の厚さより大きく形成されており、これによっても、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2との間の電気的絶縁性の確保が容易となっている。また、高圧重複領域D1では配線パターン71がない層を設けることで、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2との間の結合容量を小さく抑え、容量結合によるノイズを低減しやすくなっている。
詳細は省略するが、本実施形態では、隣接する配線層に設けられた配線パターン71同士が平面視で重なる部分において、配線パターン71同士が平面視で直交するように各配線パターン71を形成している。これにより、隣接する配線層の間での結合容量を小さく抑えることが可能となっている。なお、高圧重複領域D1では第3層43及び第4層44には配線パターン71が設けられないため、高圧重複領域D1では、第5層45に隣接する配線層は、第1層41及び第6層46であり、第6層46に隣接する配線層は、第2層42及び第5層45である。
平面視で第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2との一方のみに重複する領域が存在する場合に、当該領域において、第3層43及び第4層44に配線パターン71が設けられない構成とすることができる。特に、平面視で第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2との一方のみに重複する領域が、平面視で高電圧領域Bと低電圧領域Aとの双方に重複する領域である場合には、電気的絶縁性の確保の観点から、第3層43及び第4層44に配線パターン71が設けられない構成とすると好適である。
ここで、基板本体部10における、平面視で、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とのいずれか一方のみに重複する領域を対象領域D3とする(図5参照)。図5に示す例では、対象領域D3として、平面視で第1層高電圧領域B1のみに重複する領域と、平面視で第2層高電圧領域B2のみに重複する領域とが存在する。そして、図示は省略するが、本実施形態では、高電圧回路50における第1層高電圧領域B1に配置された部分と第2層高電圧領域B2に配置された部分とを接続するための配線パターン71が、対象領域D3において第1層41と第2層42との間の層である中間層(本実施形態では、第3層43、第4層44、第5層45、及び第6層46の少なくともいずれかの層)に設けられている。本実施形態では、第1高電圧回路51及び第2高電圧回路52のそれぞれが、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とに分かれて配置されている。そのため、第1高電圧回路51における第1層高電圧領域B1に配置された部分と第2層高電圧領域B2に配置された部分とを接続するための配線パターン71が、対象領域D3において中間層に設けられていると共に、第2高電圧回路52における第1層高電圧領域B1に配置された部分と第2層高電圧領域B2に配置された部分とを接続するための配線パターン71が、対象領域D3において中間層に設けられている。
本実施形態では、第5層45及び第6層46に、電源に接続される配線パターン71(電源パターン)とグランドに接続される配線パターン71(グランドパターン)とが設けられている。そのため、高圧重複領域D1では、信号を伝達する配線パターン71(信号パターン)は、主に、第1層41及び第2層42に設けられる。本実施形態では、第5層45及び第6層46にも、信号パターンが設けられている。なお、電源パターンは、例えば、第2直流電源12の正極側に接続される配線パターン71や、電源回路7が生成する電源(上段用駆動電圧VHや下段用駆動電圧VL)の正極側に接続される配線パターン71とされる。また、グランドパターンは、例えば、第1グランドG1に接続される配線パターン71や、第2グランドG2に接続される配線パターン71とされる。
電源に接続される配線パターン71である電源パターンや、グランドに接続される配線パターン71であるグランドパターンは、信号を伝達する配線パターン71である信号パターンに比べて、太く或いは広く設けられる場合が多い。そのため、電源パターンやグランドパターンは、一般に、信号パターンに比べて高いノイズ耐性やシールド作用を有する。本実施形態では、このような性質を有する電源パターンやグランドパターンが、第1層41と第2層42との間に(具体的には、第5層45及び第6層46に)配置されるため、高圧重複領域D1における第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2との間でのノイズ伝搬を抑制しやすい。
第1接続部51aが配置される高電圧領域Bを第1接続領域C1とし、第2接続部52aが配置される高電圧領域Bを第2接続領域C2として、本実施形態では、第1接続領域C1は、第1層高電圧領域B1に少なくとも一部が含まれ、第2接続領域C2は、第2層高電圧領域B2に少なくとも一部が含まれる。本実施形態では、第1接続部51aは、第1層41に実装されるコネクタであり、第2接続部52aは、第2層42に実装されるコネクタである。そのため、本実施形態では、第1接続領域C1の全体が第1層高電圧領域B1に含まれ、第2接続領域C2の全体が第2層高電圧領域B2に含まれている。
そして、本実施形態では、1つのアーム33を構成する第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32に接続される第1接続領域C1及び第2接続領域C2が、平面視で重複する部分を有するように配置されている。このように第1接続領域C1及び第2接続領域C2を配置することで、1つのアーム33を構成する第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32に接続される第1接続部51aと第2接続部52aとの組を、インバータ100における第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32の並び順と同じ順で並ぶように、制御基板1に配置することができる。よって、制御基板1とインバータ100との接続が容易となる。
具体的には、U相の第1スイッチング素子31に接続される第1接続領域C1と、U相の第2スイッチング素子32に接続される第2接続領域C2とが、平面視で重複する部分を有するように配置されている。ここで、U相の第1スイッチング素子31に接続される第1接続領域C1は、U相第1高電圧領域BU1における第1層41に形成された部分に相当し(図3参照)、U相の第2スイッチング素子32に接続される第2接続領域C2は、U相第2高電圧領域BU2における第2層42に形成された部分に相当する(図4参照)。
また、V相の第1スイッチング素子31に接続される第1接続領域C1と、V相の第2スイッチング素子32に接続される第2接続領域C2とが、平面視で重複する部分を有するように配置されている。ここで、V相の第1スイッチング素子31に接続される第1接続領域C1は、V相第1高電圧領域BV1における第1層41に形成された部分に相当し(図3参照)、V相の第2スイッチング素子32に接続される第2接続領域C2は、V相第2高電圧領域BV2における第2層42に形成された部分に相当する(図4参照)。
また、W相の第1スイッチング素子31に接続される第1接続領域C1と、W相の第2スイッチング素子32に接続される第2接続領域C2とが、平面視で重複する部分を有するように配置されている。ここで、W相の第1スイッチング素子31に接続される第1接続領域C1は、W相第1高電圧領域BW1における第1層41に形成された部分に相当し(図3参照)、W相の第2スイッチング素子32に接続される第2接続領域C2は、W相第2高電圧領域BW2における第2層42に形成された部分に相当する(図4参照)。
図3及び図4に示すように、本実施形態では、U相の第2スイッチング素子32に接続される第2接続部52a、U相の第1スイッチング素子31に接続される第1接続部51a、V相の第2スイッチング素子32に接続される第2接続部52a、V相の第1スイッチング素子31に接続される第1接続部51a、W相の第2スイッチング素子32に接続される第2接続部52a、及び、W相の第1スイッチング素子31に接続される第1接続部51aが、第4側X2から記載の順に配置されている。
〔その他の実施形態〕
次に、制御基板のその他の実施形態について説明する。
(1)上記の実施形態では、高圧重複領域D1において配線パターン71が設けられない層が、厚さ方向Zの中央部に最も近い第3層43及び第4層44のみである構成を例として説明した。しかし、本開示はそのような構成に限定されず、高圧重複領域D1において、第3層43及び第4層44に加えて、第3層43及び第4層44に隣接する層(但し、第1層41及び第2層42を除く)にも配線パターン71が設けられない構成とすることもできる。例えば、上記の実施形態の制御基板1において、高圧重複領域D1において、第3層43、第4層44、第5層45、及び第6層46に配線パターン71が設けられない構成とすることができる。
(2)上記の実施形態では、基板本体部10が、6層の多層構造体4を備える構成を例として説明した。しかし、本開示はそのような構成に限定されず、多層構造体4の層数は適宜変更することができる。例えば、基板本体部10が4層の多層構造体4を備える構成(すなわち、第5層45及び第6層46を備えない構成)とし、或いは、基板本体部10が8層以上の偶数層の多層構造体4を備える構成とすることもできる。後者の場合、第1層41と第3層43との間に、第5層45を含む2つ以上の層が配置され、第2層42と第4層44との間に、第6層46を含む2つ以上の層が配置される。
(3)上記の実施形態では、第5層45及び第6層46に、電源に接続される配線パターン71とグランドに接続される配線パターン71とが設けられる構成を例として説明した。しかし、本開示はそのような構成に限定されず、電源に接続される配線パターン71とグランドに接続される配線パターン71とが、第5層45及び第6層46に加えて或いは第5層45及び第6層46に代えて他の層に設けられる構成とすることもできる。
(4)上記の実施形態では、1つのアーム33を構成する第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32に接続される第1接続領域C1及び第2接続領域C2が、平面視で重複する部分を有するように配置される構成を例として説明した。しかし、本開示はそのような構成に限定されず、例えば、1つのアーム33を構成する第1スイッチング素子31に接続される第1接続領域C1と、別のアーム33を構成する第2スイッチング素子32に接続される第2接続領域C2とが、平面視で重複する部分を有するように配置される構成とすることもできる。
(5)上記の実施形態では、全てのトランス8(上記の実施形態では、6つのトランス8)が、基板本体部10に対して第1側Z1に配置される構成を例として説明した。しかし、本開示はそのような構成に限定されず、全てのトランス8が基板本体部10に対して第2側Z2に配置される構成とすることもできる。また、全てのトランス8が基板本体部10に対して厚さ方向Zの同じ側に配置される構成に代えて、基板本体部10に対して第1側Z1と第2側Z2とに分かれてトランス8が配置される構成とすることもできる。例えば、全ての第1トランス81が基板本体部10に対して第1側Z1に配置され、全ての第2トランス82が基板本体部10に対して第2側Z2に配置される構成とすることができる。
(6)上記の実施形態では、第1高電圧回路51と第2高電圧回路52とのそれぞれが、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とに分かれて配置される構成を例として説明した。すなわち、上記の実施形態では、第1高電圧回路51及び第2高電圧回路52の双方が「対象高電圧回路」に相当する。しかし、本開示はそのような構成に限定されず、第1高電圧回路51と第2高電圧回路52との一方のみが、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とに分かれて配置される構成とすることもできる。例えば、上記の実施形態において、第2高電圧回路52のみが、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とに分かれて配置される構成とすることができる。この場合、第2高電圧回路52が「対象高電圧回路」に相当する。また、基板本体部10に対して第1側Z1と第2側Z2とに分かれてトランス8が配置される場合(具体的には、第1トランス81が基板本体部10に対して第1側Z1に配置され、第2トランス82が基板本体部10に対して第2側Z2に配置される)には、第1高電圧回路51と第2高電圧回路52とのいずれもが、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とに分かれて配置されない構成とすることもできる。
(7)上記の実施形態では、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とが平面視で重複する部分を有するように配置され、第1層低電圧領域A1と第2層低電圧領域A2とが平面視で重複する部分を有するように配置される構成を例として説明した。しかし、本開示はそのような構成に限定されず、第1層高電圧領域B1と第2層高電圧領域B2とが平面視で重複する部分を有さないように配置される構成、第1層低電圧領域A1と第2層低電圧領域A2とが平面視で重複する部分を有さないように配置される構成、或いはこれらを組み合わせた構成とすることもできる。
(8)なお、上述した各実施形態で開示された構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示された構成と組み合わせて適用すること(その他の実施形態として説明した実施形態同士の組み合わせを含む)も可能である。その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で単なる例示に過ぎない。従って、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、適宜、種々の改変を行うことが可能である。
〔本実施形態のまとめ〕
以下、上記において説明した制御基板の概要について説明する。
第1スイッチング素子(31)及び第2スイッチング素子(32)を備えたインバータ(100)を制御対象とする制御基板(1)であって、前記インバータ(100)を駆動制御するための駆動制御回路(5)が形成された板状の基板本体部(10)を備え、前記駆動制御回路(5)は、低電圧回路(53)と、前記低電圧回路(53)に比べて動作電圧が高い高電圧回路(50)であって前記第1スイッチング素子(31)に接続される第1高電圧回路(51)と、前記高電圧回路(50)であって前記第2スイッチング素子(32)に接続される第2高電圧回路(52)と、前記第1スイッチング素子(31)の駆動電圧を前記低電圧回路(53)から前記第1高電圧回路(51)に供給する第1トランス(81)と、前記第2スイッチング素子(32)の駆動電圧を前記低電圧回路(53)から前記第2高電圧回路(52)に供給する第2トランス(82)と、を備え、前記基板本体部(10)は、当該基板本体部(10)の厚さ方向(Z)の一方側(Z1)の表層部(10a)に形成された第1層(41)と、前記厚さ方向(Z)の他方側(Z2)の表層部(10a)に形成された第2層(42)とを含む、偶数層の多層構造体(4)を備え、前記第1層(41)及び前記第2層(42)の双方に、前記低電圧回路(53)が配置される低電圧領域(A)と、前記高電圧回路(50)が配置される高電圧領域(B)と、前記低電圧領域(A)と前記高電圧領域(B)とを電気的に絶縁する絶縁領域(E)と、が形成され、前記第1高電圧回路(51)の少なくとも一部は、前記第1層(41)に形成された前記高電圧領域(B)である第1層高電圧領域(B1)に配置され、前記第2高電圧回路(52)の少なくとも一部は、前記第2層(42)に形成された前記高電圧領域(B)である第2層高電圧領域(B2)に配置されている。
この構成によれば、第1高電圧回路(51)の少なくとも一部と第2高電圧回路(52)の少なくとも一部とを、基板本体部(10)における互いに反対側の表層部(10a)に形成される第1層高電圧領域(B1)と第2層高電圧領域(B2)とに分けて配置することができるため、第1高電圧回路(51)を構成する部品や配線と第2高電圧回路(52)を構成する部品や配線とを、平面視で近づけて配置することや平面視で重なるように配置することが容易となる。この結果、部品や配線の配置自由度を高く確保して、制御基板(1)の平面視での小型化を図ることが可能となっている。
ここで、前記第1層高電圧領域(B1)と前記第2層高電圧領域(B2)とは、前記厚さ方向(Z)に沿う平面視で重複する部分を有するように配置されていると好適である。
この構成によれば、部品や配線の配置自由度を高く確保することが容易となり、制御基板(1)の平面視での小型化をより一層図ることができる。
上記のように前記第1層高電圧領域(B1)と前記第2層高電圧領域(B2)とが前記平面視で重複する部分を有するように配置される構成において、前記多層構造体(4)は、前記厚さ方向(Z)の中央部に最も近い2つの層である第3層(43)及び第4層(44)を含み、前記第1層(41)に形成された前記低電圧領域(A)である第1層低電圧領域(A1)と、前記第2層(42)に形成された前記低電圧領域(A)である第2層低電圧領域(A2)とは、前記平面視で重複する部分を有するように配置され、前記基板本体部(10)における、前記平面視で、前記第1層高電圧領域(B1)と前記第2層高電圧領域(B2)との双方に重複する領域を高圧重複領域(D1)とし、前記第1層低電圧領域(A1)と前記第2層低電圧領域(A2)との双方に重複する領域を低圧重複領域(D2)として、前記低圧重複領域(D2)では、前記第1層(41)、前記第2層(42)、前記第3層(43)、及び前記第4層(44)のそれぞれに導体箔(70)を用いた配線パターン(71)が設けられ、前記高圧重複領域(D1)では、前記第1層(41)及び前記第2層(42)に前記配線パターン(71)が設けられ、前記第3層(43)及び前記第4層(44)には前記配線パターン(71)が設けられていないと好適である。
第1層高電圧領域(B1)及び第2層高電圧領域(B2)は、低電圧回路(53)に比べて動作電圧が高い高電圧回路(50)が配置される高電圧領域(B)であるため、上記のように第1層高電圧領域(B1)と第2層高電圧領域(B2)とが平面視で重複する部分を有するように配置される場合、第1層高電圧領域(B1)と第2層高電圧領域(B2)との間の電気的絶縁性の確保が困難になるのが通常である。
この点に関して、本構成では、基板本体部(10)における平面視で第1層低電圧領域(A1)と第2層低電圧領域(A2)との双方に重複する低圧重複領域(D2)では、第1層(41)、第2層(42)、第3層(43)、及び第4層(44)のそれぞれに配線パターン(71)が設けられているのに対して、基板本体部(10)における平面視で第1層高電圧領域(B1)と第2層高電圧領域(B2)との双方に重複する高圧重複領域(D1)では、第1層(41)及び第2層(42)に配線パターン(71)が設けられ、厚さ方向(Z)の中央部に最も近い第3層(43)及び第4層(44)には配線パターン(71)が設けられていない。そのため、低圧重複領域(D2)では第1層(41)、第2層(42)、第3層(43)、及び第4層(44)の全てを用いて回路を形成することで、制御基板(1)の平面視での小型化を図りつつ、高圧重複領域(D1)では配線パターン(71)がない層を設けることで、第1層高電圧領域(B1)と第2層高電圧領域(B2)との間の電気的絶縁性を適切に確保しやすくなっている。また、第1層高電圧領域(B1)と第2層高電圧領域(B2)との間の結合容量を小さく抑え、容量結合によるノイズを低減しやすくなっている。そのため、電気的絶縁性やノイズの問題を回避しつつ、第1層高電圧領域(B1)と第2層高電圧領域(B2)とを平面視で重複する部分を有するように配置することが可能となっている。
また、前記第1トランス(81)と前記第2トランス(82)とのそれぞれが、前記絶縁領域(E)を跨ぐように配置されて前記低電圧領域(A)と前記高電圧領域(B)との間で電力を伝達し、全ての前記第1トランス(81)及び前記第2トランス(82)が、前記基板本体部(10)に対して前記厚さ方向(Z)の同じ側に配置されていると好適である。
この構成によれば、一般的に他の部品に比べて重い部品とされる第1トランス(81)及び第2トランス(82)を、全て、基板本体部(10)に対して厚さ方向(Z)の同じ側に配置することができる。よって、第1トランス(81)及び第2トランス(82)を基板本体部(10)に実装する工程を、全ての第1トランス(81)及び第2トランス(82)が基板本体部(10)によって下方から支持された状態で行うことができる。従って、第1トランス(81)と第2トランス(82)とが基板本体部(10)に対して厚さ方向(Z)の両側に分かれて配置される場合に比べて、第1トランス(81)及び第2トランス(82)の基板本体部(10)への実装工程を簡素なものとすることができる。
上記のように、全ての前記第1トランス(81)及び前記第2トランス(82)が、前記基板本体部(10)に対して前記厚さ方向(Z)の同じ側に配置される構成において、前記第1高電圧回路(51)と前記第2高電圧回路(52)との少なくとも一方である対象高電圧回路は、前記第1層高電圧領域(B1)と前記第2層高電圧領域(B2)とに分かれて配置され、前記基板本体部(10)における、前記厚さ方向(Z)に沿う平面視で、前記第1層高電圧領域(B1)と前記第2層高電圧領域(B2)とのいずれか一方のみに重複する領域を対象領域(D3)として、前記対象高電圧回路における前記第1層高電圧領域(B1)に配置された部分と前記第2層高電圧領域(B2)に配置された部分とを接続するための、導体箔(70)を用いた配線パターン(71)が、前記対象領域(D3)において、前記多層構造体(4)における前記第1層(41)と前記第2層(42)との間の層に設けられていると好適である。
上記のように全ての第1トランス(81)及び第2トランス(82)が基板本体部(10)に対して厚さ方向(Z)の同じ側に配置される場合、第1高電圧回路(51)及び第2高電圧回路(52)の少なくとも一方である対象高電圧回路を、第1層高電圧領域(B1)と第2層高電圧領域(B2)とに分けて配置する必要がある。本構成によれば、対象高電圧回路における第1層高電圧領域(B1)に配置された部分と第2層高電圧領域(B2)に配置された部分とを、対象領域(D3)において第1層(41)と第2層(42)との間の層に設けられた配線パターン(71)によって適切に接続することができる。
本開示に係る制御基板は、上述した各効果のうち、少なくとも1つを奏することができればよい。
1:制御基板、4:多層構造体、5:駆動制御回路、10:基板本体部、10a:表層部、31:第1スイッチング素子、32:第2スイッチング素子、41:第1層、42:第2層、3:第3層、44:第4層、50:高電圧回路、51:第1高電圧回路、52:第2高電圧回路、53:低電圧回路、70:導体箔、71:配線パターン、81:第1トランス、82:第2トランス、100:インバータ、A:低電圧領域、A1:第1層低電圧領域、A2:第2層低電圧領域、B:高電圧領域、B1:第1層高電圧領域、B2:第2層高電圧領域、D1:高圧重複領域、D2:低圧重複領域、D3:対象領域、E:絶縁領域、Z:厚さ方向、Z1:第1側(厚さ方向の一方側)、Z2:第2側(厚さ方向の他方側)

Claims (2)

  1. 第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子を備えたインバータを制御対象とする制御基板であって、
    前記インバータを駆動制御するための駆動制御回路が形成された板状の基板本体部を備え、
    前記第1スイッチング素子は、直流の正極側及び負極側の一方に接続され、
    前記第2スイッチング素子は、直流の正極側及び負極側の他方に接続され、
    前記駆動制御回路は、低電圧回路と、前記低電圧回路に比べて動作電圧が高い高電圧回路であって前記第1スイッチング素子に接続される第1高電圧回路と、前記高電圧回路であって前記第2スイッチング素子に接続される第2高電圧回路と、前記第1スイッチング素子の駆動電圧を前記低電圧回路から前記第1高電圧回路に供給する第1トランスと、前記第2スイッチング素子の駆動電圧を前記低電圧回路から前記第2高電圧回路に供給する第2トランスと、を備え、
    前記基板本体部は、当該基板本体部の厚さ方向の一方側の表層部に形成された第1層と、前記厚さ方向の他方側の表層部に形成された第2層とを含む、偶数層の多層構造体を備え、
    前記第1層及び前記第2層の双方に、前記低電圧回路が配置される低電圧領域と、前記高電圧回路が配置される高電圧領域と、前記低電圧領域と前記高電圧領域とを電気的に絶縁する絶縁領域と、が形成され、
    前記第1高電圧回路の少なくとも一部は、前記第1層に形成された前記高電圧領域である第1層高電圧領域に配置され、
    前記第2高電圧回路の少なくとも一部は、前記第2層に形成された前記高電圧領域である第2層高電圧領域に配置され
    前記第1層高電圧領域と前記第2層高電圧領域とは、前記厚さ方向に沿う平面視で重複する部分を有するように配置され、
    前記多層構造体は、前記厚さ方向の中央部に最も近い2つの層である第3層及び第4層を含み、
    前記第1層に形成された前記低電圧領域である第1層低電圧領域と、前記第2層に形成された前記低電圧領域である第2層低電圧領域とは、前記平面視で重複する部分を有するように配置され、
    前記基板本体部における、前記平面視で、前記第1層高電圧領域と前記第2層高電圧領域との双方に重複する領域を高圧重複領域とし、前記第1層低電圧領域と前記第2層低電圧領域との双方に重複する領域を低圧重複領域として、
    前記低圧重複領域では、前記第1層、前記第2層、前記第3層、及び前記第4層のそれぞれに導体箔を用いた配線パターンが設けられ、
    前記高圧重複領域では、前記第1層及び前記第2層に前記配線パターンが設けられ、前記第3層及び前記第4層には前記配線パターンが設けられていない、制御基板。
  2. 第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子を備えたインバータを制御対象とする制御基板であって、
    前記インバータを駆動制御するための駆動制御回路が形成された板状の基板本体部を備え、
    前記第1スイッチング素子は、直流の正極側及び負極側の一方に接続され、
    前記第2スイッチング素子は、直流の正極側及び負極側の他方に接続され、
    前記駆動制御回路は、低電圧回路と、前記低電圧回路に比べて動作電圧が高い高電圧回路であって前記第1スイッチング素子に接続される第1高電圧回路と、前記高電圧回路であって前記第2スイッチング素子に接続される第2高電圧回路と、前記第1スイッチング素子の駆動電圧を前記低電圧回路から前記第1高電圧回路に供給する第1トランスと、前記第2スイッチング素子の駆動電圧を前記低電圧回路から前記第2高電圧回路に供給する第2トランスと、を備え、
    前記基板本体部は、当該基板本体部の厚さ方向の一方側の表層部に形成された第1層と、前記厚さ方向の他方側の表層部に形成された第2層とを含む、偶数層の多層構造体を備え、
    前記第1層及び前記第2層の双方に、前記低電圧回路が配置される低電圧領域と、前記高電圧回路が配置される高電圧領域と、前記低電圧領域と前記高電圧領域とを電気的に絶縁する絶縁領域と、が形成され、
    前記第1高電圧回路の少なくとも一部は、前記第1層に形成された前記高電圧領域である第1層高電圧領域に配置され、
    前記第2高電圧回路の少なくとも一部は、前記第2層に形成された前記高電圧領域である第2層高電圧領域に配置され
    前記第1トランスと前記第2トランスとのそれぞれが、前記絶縁領域を跨ぐように配置されて前記低電圧領域と前記高電圧領域との間で電力を伝達し、
    全ての前記第1トランス及び前記第2トランスが、前記基板本体部に対して前記厚さ方向の同じ側に配置され、
    前記第1高電圧回路と前記第2高電圧回路との少なくとも一方である対象高電圧回路は、前記第1層高電圧領域と前記第2層高電圧領域とに分かれて配置され、
    前記基板本体部における、前記厚さ方向に沿う平面視で、前記第1層高電圧領域と前記第2層高電圧領域とのいずれか一方のみに重複する領域を対象領域として、
    前記対象高電圧回路における前記第1層高電圧領域に配置された部分と前記第2層高電圧領域に配置された部分とを接続するための、導体箔を用いた配線パターンが、前記対象領域において、前記多層構造体における前記第1層と前記第2層との間の層に設けられている、制御基板。
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