JP7851262B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。

ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車、及び燃料電池車といった電動化車両においては、車室空間の確保及び低価格要求のために、電動化車両に搭載される電力変換装置などの装置に対して、小型化、及び低コスト化が求められている。入力電力に基づいて出力電力を制御する電力変換装置においては、車載オプションの多様化に伴い大電流化の傾向にある。電力変換装置が有した基板に大電流を流すには、十分な厚み及び十分な幅の銅箔パターンが必要になる。このようなパターンを基板に設けた場合、電力変換装置が大型化し、コストの増加につながる懸念があるため、基板の銅箔パターンの代わりにバスバーを使用した構成が一般的である。

バスバーを使用した電力変換装置を小型化、低コスト化した構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示された構成では、電源又は負荷などに接続されたバスバー構造体と、半導体スイッチング素子を有したモジュールの端子部とをＴＩＧ溶接により接続している。このようにバスバー構造体とモジュールの端子部との接続部を設けることで、接続部において、ねじ又は基板といった接続部材が不要になり、接続部材が削減できるため、電力変換装置を小型化、低コスト化することができる。

特許第５６９３６４２号公報

上記特許文献１においては、バスバー構造体とモジュールの端子部とをＴＩＧ溶接により接続しているため、電力変換装置を小型化、低コスト化することができる。しかしながら、上述した電力変換装置において、更なる小型化のために、半導体スイッチング素子及び磁性部品と、半導体スイッチング素子を駆動するための駆動回路が搭載された基板とが、基板の板面に垂直な方向に見て、重複するように配置すると共に、接続部が基板の方向に向くように実装する場合がある。基板には、駆動回路、及び半導体スイッチング素子と電源とを接続するパターン等が設けられているため、接続部の付近に基板を配置する必要がある。このように構成した場合、基板と接続部との干渉を防ぐには、双方の間に距離を確保する必要があるので、無駄なスペースが生じるため、電力変換装置が大型化するという課題があった。

また、このように構成した場合、半導体スイッチング素子と基板との間の距離が遠くなるので、半導体スイッチング素子に接続された駆動用端子と基板とを接続するための延長部材が必要になるため、電力変換装置のコストが増大するという課題があった。更に、半導体スイッチング素子の駆動用端子が延長部材により延長されることで、寄生インダクタンスの増加によりノイズが増加するため、追加のノイズ対策部品が必要になる。追加のノイズ対策部品を設けることで、電力変換装置が大型化すると共に、高コスト化するという課題があった。

そこで、本願は、小型化及び低コスト化した電力変換装置を得ることを目的としている。

本願に開示される電力変換装置は、複数のパワー半導体素子と、少なくとも一つのパワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品と、少なくとも一つのパワー半導体素子を駆動する駆動回路を有した基板と、を備え、基板は、貫通孔を有し、複数のパワー半導体素子及び磁気部品は、基板の一方側に配置され、対象半導体素子に接続された素子端子と、対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成され、接続部は、貫通孔に向かって延出し、貫通孔を貫通し、磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、複数のパワー半導体素子として、一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する複数のパワー半導体素子が設けられ、対象巻線の一つは、一次巻線であり、対象半導体素子の一つは、電力変換回路を構成したパワー半導体素子であり、接続部は、対象半導体素子であるパワー半導体素子に接続された素子端子と、一次巻線の巻線端子とが接続された部分であり、複数のパワー半導体素子として、一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する複数のパワー半導体素子が設けられ、電力変換回路を構成したパワー半導体素子に接続された電源端子が設けられ、基板は、電源端子が接続された電源端子接続部と、外部に設けた電源に接続された入力端子部と、を有し、電源端子接続部と入力端子部との間は、基板に設けた導電パターンにより接続され、基板は、導電パターンを含む第一領域と、第一領域と絶縁された領域である第二領域とを有し、貫通孔は、第二領域に設けられているものである。

本願に開示される電力変換装置によれば、複数のパワー半導体素子と、少なくとも一つのパワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品と、少なくとも一つのパワー半導体素子を駆動する駆動回路を有した基板とを備え、基板は貫通孔を有し、複数のパワー半導体素子及び磁気部品は、基板の一方側に配置され、対象半導体素子に接続された素子端子と、対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成され、接続部は貫通孔に向かって延出し、貫通孔を貫通しているため、基板と接続部とが当接することなく、パワー半導体素子及び磁気部品と基板との間の距離を短くすることができるので、無駄なスペースが削減され、電力変換装置を小型化することができる。また、基板が有した駆動回路とパワー半導体素子との間の距離を短くすることができるので、駆動回路とパワー半導体素子とを接続する駆動用端子を延長させる延長部材は不要で、駆動用端子を短くすることができる。駆動用端子が短くなるため、追加のノイズ対策部品は不要なので、電力変換装置を小型化及び低コスト化することができる。

実施の形態１に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の概略を示す平面図である。 図２のＡ－Ａ断面位置で切断した電力変換装置の断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置のモジュールの平面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置のモジュールの側面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の一次巻線及び二次巻線を模式的に示した図である。

以下、本願の実施の形態による電力変換装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、又は相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る電力変換装置１０００の回路構成を示す図、図２は電力変換装置１０００の概略を示す平面図で、基板２００を透過して示した図、図３は図２のＡ－Ａ断面位置で切断した電力変換装置１０００の断面図、図４は電力変換装置１０００のモジュール２２の平面図、図５は電力変換装置１０００のモジュール２２の側面図である。図４及び図５は樹脂部材１９を取り除いて示した図で、樹脂部材１９は外形のみを示している。図５は、図４を下側から見た側面図で、図４に示したボンディングワイヤを省略している。電力変換装置１０００は、入力電流を直流から交流、交流から直流、又は入力電圧を異なる電圧に変換する装置である。本実施の形態では、電力変換装置１０００は、直流電源の直流電圧を絶縁トランス２で絶縁された二次側直流電圧に変換して、バッテリ等の負荷に変換した直流電圧を出力する装置である。

＜電力変換装置１０００の回路構成＞
電力変換装置１０００の主回路構成の例を、図１により説明する。図１において、左側が入力側、右側が出力側である。電力変換装置１０００は、入力側のＰ、Ｎの部分において直流電源に接続される。電力変換装置１０００の出力側の出力端子２３には低電圧バッテリなどの負荷が接続される。電力変換装置１０００は、複数のパワー半導体素子と、少なくとも一つのパワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品を備える。

複数のパワー半導体素子として、一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する複数のパワー半導体素子が設けられる。また、複数のパワー半導体素子として、二次巻線から出力された電力を整流する整流回路を構成する複数のパワー半導体素子が設けられる。本実施の形態では、複数のパワー半導体素子として、一次巻線２ａに供給する電力を変換する電力変換回路１を構成する第１組のパワー半導体素子及び第２組のパワー半導体素子が設けられる。電力変換回路を構成するパワー半導体素子の構成はこれに限るものではない。電力変換回路１は、入力された直流電圧を交流電圧に変換する。第１組のパワー半導体素子は、半導体スイッチング素子１ａ、１ｂから構成され、第２組のパワー半導体素子は、半導体スイッチング素子１ｃ、１ｄから構成される。本実施の形態では、複数のパワー半導体素子として、二次巻線２ｂから出力された電力を整流する整流回路３を構成する第１の整流用のパワー半導体素子及び第２の整流用のパワー半導体素子が設けられる。整流回路３は、絶縁トランス２の出力を整流する。第１の整流用のパワー半導体素子はダイオード３ａであり、第２の整流用のパワー半導体素子はダイオード３ｂである。本実施の形態では、整流回路３を構成するパワー半導体素子をダイオード３ａ、３ｂとしたが、整流回路３を構成するパワー半導体素子はダイオードに限るものではなく、電力変換回路１と同様に、ゲート端子を有した半導体スイッチング素子としても構わない。

本実施の形態では、電力変換装置１０００は、二つの磁気部品を備える。一つの磁気部品として、一次巻線２ａ及び二次巻線２ｂを有した絶縁トランス２が設けられる。絶縁トランス２は、電力変換回路１から出力された交流電圧を一次巻線２ａから二次巻線２ｂに伝達し、電圧を変換して出力する。電力変換回路１は、一次巻線２ａに接続される。絶縁トランス２は二次側がセンタータップ型であり、センタータップ端子はＧＮＤに接続される。整流回路３のダイオード３ａ、３ｂのアノード端子は、二次巻線２ｂに接続され、整流回路３は二次巻線２ｂの出力を整流する。

もう一つの磁気部品として、整流回路３の出力を平滑化する巻線であるリアクトル巻線４ａを有した平滑リアクトル４が設けられる。ダイオード３ａ、３ｂのカソード端子は、平滑リアクトル４の入力側に接続される。電力変換装置１０００は、平滑リアクトル４の出力側に接続され、平滑リアクトル４の出力を平滑化する平滑コンデンサ２４をさらに備える。平滑リアクトル４及び平滑コンデンサ２４を介して、整流回路３から負荷へ直流電圧が出力される。本実施の形態では、電力変換装置１０００は、二つの磁気部品を備えたがこれに限るものではなく、磁気部品は一つであっても構わない。

半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、例えば、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。なお、半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、ＭＯＳＦＥＴに限るものではなく、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の自己消弧型半導体スイッチング素子でも構わない。半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、ケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、もしくは窒化ガリウム（ＧａＮ）などの半導体材料からなる半導体基板に形成される。半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄには、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、もしくは窒化ガリウム（ＧａＮ）などからなる基板を用いたワイドバンドギャップ半導体を用いても構わない。

電力変換回路１の駆動に関わる構成について説明する。電力変換装置１０００は、ゲートドライバ５、ゲート抵抗６、パルストランス７、ゲート抵抗８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、及び制御部１００を備える。制御部１００により生成されたゲート信号は、ゲートドライバ５、ゲート抵抗６、パルストランス７、及びゲート抵抗８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを介して、半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのそれぞれのゲートに入力され、半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのそれぞれを駆動する。

電力変換回路１の駆動の詳細を説明する。電力変換装置１０００は、入出力電圧及び入出力電流を計測するためのセンサ（図示せず）を備える。センサの出力は、制御部１００に入力される。制御部１００は、電力変換装置１０００の入出力電圧及び入出力電流などの計測値に基づいて、所望のトポロジーにより半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを駆動する。制御部１００から出力されたゲート信号は、ゲートドライバ５に伝達される。

ゲートドライバ５に伝達されたゲート信号は、パルストランス７を介して、電力変換回路１に出力される。半導体スイッチング素子１ａ、１ｄと、半導体スイッチング素子１ｂ、１ｃの組合せで、ゲート信号により、電力変換回路１は片側アームずつ駆動される。パルストランス７を適用したことにより、高圧側と低圧側とを絶縁することができる。また、半導体スイッチング素子を駆動するための新たな電源回路を追加する必要がないため、電源回路を最小限に構成することができる。本実施の形態では、半導体スイッチング素子１ａをオンしている際に半導体スイッチング素子１ｂをオフするように、出力側の極性のそれぞれを、逆に接続している。このように構成することで、アーム短絡を防止することができる。なお本実施の形態では、パルストランス７を用いて高圧側と低圧側とを絶縁しているがこれに限るものではなく、絶縁ドライバを用いて高圧側と低圧側とを絶縁しても構わない。

ゲート抵抗６及びゲート抵抗８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、パルストランス７の前後に設けられる。ゲート抵抗６及びゲート抵抗８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄにより半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに印加される信号の波形を調整することで、電力変換回路１のスイッチング動作時の電圧、電流の立ち上がり及び立ち下がりを調整することができる。この調整により、スイッチング動作時のサージ電圧を抑制することができる。サージ電圧を抑制することにより、電力変換回路１のスイッチングに起因したノイズの発生を抑制することができる。図１では、ゲート抵抗６及びゲート抵抗８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄのそれぞれは一素子のみを記載しているが、ゲート抵抗６及びゲート抵抗８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄのそれぞれを並列、直列、あるいは複数の素子を組合せて構成しても構わない。

半導体スイッチング素子１ａ及び半導体スイッチング素子１ｄがＯＮの時、Ｐから入力された電流は、半導体スイッチング素子１ａ、絶縁トランス２の一次巻線２ａ、半導体スイッチング素子１ｄを通りＮに至る。同様に、半導体スイッチング素子１ｂ及び半導体スイッチング素子１ｃがＯＮの時、Ｐから入力された電流は、半導体スイッチング素子１ｃ、絶縁トランス２の一次巻線２ａ、半導体スイッチング素子１ｂを通りＮに至る。

一次巻線２ａに入力された電圧は二次巻線２ｂに伝達され、絶縁トランス２の一次巻線２ａと二次巻線２ｂの巻数比倍で変圧される。また、二次側の電流量は、（入力電圧×入力電流）／出力電圧により算出される。電流量が大きい場合は、主にバスバーを用いて部品間が接続される。絶縁トランス２を介して出力された電力は、ダイオード３ａ、３ｂにより整流された後、平滑リアクトル４により平滑化されて負荷に出力される。

＜電力変換装置１０００の構成＞
電力変換装置１０００の実装構成の例について説明する。電力変換装置１０００は、図２及び図３に示すように、モジュール２２、絶縁トランス２、平滑リアクトル４、基板２００、及び冷却器３００を備える。電力変換回路１及び整流回路３は、同一のパッケージにより封止されている。本実施の形態では、図４に示すように、電力変換回路１及び整流回路３は、樹脂部材１９により封止されて、一体化され、モジュール２２が形成されている。モジュール２２の構成はこれに限るものではなく、電力変換回路１又は整流回路３のみが同一のパッケージにより封止されている構成、例えば、電力変換回路１のみが樹脂部材１９により封止され、一体化されていても構わない。また、電力変換回路１及び整流回路３のそれぞれが同一のパッケージにより封止されている構成でも構わない。また、電力変換回路１及び整流回路３がケースに収められ、ケースに樹脂部材を充填した構成でも構わない。また、電力変換回路１及び整流回路３が一体化されておらず、モジュール２２が形成されていない構成、例えば、電力変換回路１及び整流回路３のそれぞれが個別のディスクリート部品であっても構わない。

本実施の形態では、図２及び図３に示した基板２００は多層基板である。基板２００は、少なくとも一つのパワー半導体素子を駆動する駆動回路を有する。本実施の形態では、駆動回路が駆動するパワー半導体素子は、半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ（図２では図示せず）である。駆動回路は、基板２００に設けた制御部品１５により構成される。図２では制御部品１５を一つのみ示しているが、複数の制御部品から駆動回路は構成される。基板２００には、半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのそれぞれに接続された駆動用端子である制御リード端子４６が接続される。制御部品１５は、制御リード端子４６と接続される。電力変換回路を構成したパワー半導体素子に接続された電源端子が設けられる。本実施の形態では、モジュール２２は、第１組のパワー半導体素子及び第２組のパワー半導体素子のそれぞれに接続された電源端子４３を有する。基板２００は、電源端子４３が接続された電源端子接続部４２ａと、外部に設けた電源（図示せず）に接続された入力端子部４２とを有する。電源端子接続部４２ａと入力端子部４２との間は、基板２００に設けた導電パターン４４により接続される。導電パターン４４は高電圧になる部分である。基板２００は、導電パターン４４と導電パターン４４の周囲の絶縁部とから形成された第一領域４５と、第一領域４５と絶縁された領域である第二領域４５ａとを有する。第一領域４５は、図２において破線で囲まれた領域である。本願の要部である、基板２００が有した貫通孔については後述する。

冷却器３００は、冷却面３００ａを有する。冷却器３００は、熱伝導性に優れた金属材料である銅又はアルミニウムなどにより作製される。複数のパワー半導体素子を有したモジュール２２と、磁気部品である絶縁トランス２及び平滑リアクトル４とは、冷却面３００ａに並べて設けられる。モジュール２２、絶縁トランス２、及び平滑リアクトル４は、冷却器３００と熱的に接続される。複数のパワー半導体素子を有したモジュール２２と、磁気部品である絶縁トランス２及び平滑リアクトル４は、基板２００の一方側に配置される。本実施の形態では、基板２００の板面と、冷却面３００ａとは平行である。このように構成することで、電力変換装置１０００を小型化することができる。基板２００は、ねじ２７により冷却器３００に固定されている。このように構成することで、基板２００を効率よく冷却することができる。また、基板２００の耐振性を向上させることができる。

＜モジュール２２の構成＞
モジュール２２の実装構成の例について、図４及び図５を用いて説明する。図において、左側に電力変換回路１が設けられ、右側に整流回路３が設けられる。モジュール２２は、６つのリードフレーム１７、３８ａ～３８ｄ、３９を有する。リードフレームは、例えば、銅板である。半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのそれぞれは、例えば、底面にドレインパッドを有し、上面にゲートパッド及びソースパッドを有した半導体チップである。ダイオード３ａ、３ｂは、例えば、底面にカソードパッドを有し、上面にアノードパッドを有した半導体チップである。

半導体スイッチング素子１ａは、ゲートパッド３３ａ及びソースパッド３４ａを上面に有し、底面のドレインパッドの側でリードフレーム３８ａに実装される。リードフレーム３８ａは、電源端子４３を有する。半導体スイッチング素子１ｂは、ゲートパッド３３ｂ及びソースパッド３４ｂを上面に有し、底面のドレインパッドの側でリードフレーム３８ｂに実装される。リードフレーム３８ｂは、リード端子１３を有する。半導体スイッチング素子１ｃは、ゲートパッド３３ｃ及びソースパッド３４ｃを上面に有し、底面のドレインパッドの側でリードフレーム３８ｃに実装される。リードフレーム３８ｃは、電源端子４３を有する。半導体スイッチング素子１ｄは、ゲートパッド３３ｄ及びソースパッド３４ｄを上面に有し、底面のドレインパッドの側でリードフレーム３８ｄに実装される。リードフレーム３８ｄは、リード端子１４を有する。

ソースパッド３４ａとリードフレーム３８ｂとは、ボンディングワイヤ３０ａにより接続される。ソースパッド３４ｃとリードフレーム３８ｄとは、ボンディングワイヤ３０ｃにより接続される。ソースパッド３４ａとリードフレーム３８ｂとの接続、及びソースパッド３４ｃとリードフレーム３８ｄとの接続はボンディングワイヤに限るものではなく、バスバーであっても構わない。リード端子１３は、図２に示すように、絶縁トランス２の一次巻線２ａの端部に設けた第１の巻線端子９に接続される。リード端子１４は、絶縁トランス２の一次巻線２ａの端部に設けた第２の巻線端子１０に接続される。第１の巻線端子９は一次巻線２ａのプラス側の端子であり、第２の巻線端子１０は一次巻線２ａのマイナス側の端子である。リード端子１３と第１の巻線端子９との接続、及びリード端子１４と第２の巻線端子１０との接続は、例えば、溶接である。これらの接続は溶接に限るものではなく、接続した部分が後述する貫通孔を貫通する構成であれば、ねじ止めであっても構わない。

リードフレーム３９は、図４に示すように、リードフレーム３８ａ及びリードフレーム３８ｂと、リードフレーム３８ｃ及びリードフレーム３８ｄとの間に設けられる。リードフレーム３９は、電源端子４３を有する。ソースパッド３４ｂとリードフレーム３９とは、ボンディングワイヤ３０ｂにより接続される。ソースパッド３４ｄとリードフレーム３９とは、ボンディングワイヤ３０ｄにより接続される。ソースパッド３４ｂとリードフレーム３９との接続、及びソースパッド３４ｄとリードフレーム３９との接続はボンディングワイヤに限るものではなく、バスバーであっても構わない。

モジュール２２は、制御リード端子３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、及び制御リード端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄを有する。なお、図２ではこれらの制御リード端子のそれぞれを個別に示さずに、制御リード端子４６としてまとめて示している。ゲートパッド３３ａと制御リード端子３６ａとは、ボンディングワイヤ２９ａにより接続される。ゲートパッド３３ｂと制御リード端子３６ｂとは、ボンディングワイヤ２９ｂにより接続される。ゲートパッド３３ｃと制御リード端子３６ｃとは、ボンディングワイヤ２９ｃにより接続される。ゲートパッド３３ｄと制御リード端子３６ｄとは、ボンディングワイヤ２９ｄにより接続される。制御リード端子３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、制御部品１５に接続される。

ソースパッド３４ａと制御リード端子３７ａとは、ボンディングワイヤ３１ａにより接続され、半導体スイッチング素子１ａのゲート駆動用の基準電位がモニターされる。ソースパッド３４ｂと制御リード端子３７ｂとは、ボンディングワイヤ３１ｂにより接続され、半導体スイッチング素子１ｂのゲート駆動用の基準電位がモニターされる。ソースパッド３４ｃと制御リード端子３７ｃとは、ボンディングワイヤ３１ｃにより接続され、半導体スイッチング素子１ｃのゲート駆動用の基準電位がモニターされる。ソースパッド３４ｄと制御リード端子３７ｄとは、ボンディングワイヤ３１ｄにより接続され、半導体スイッチング素子１ｄのゲート駆動用の基準電位がモニターされる。制御リード端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄは、制御部品１５に接続される。本実施の形態では、ゲート駆動用の基準電位をソースパッドからモニターしたがこれに限るものではなく、半導体スイッチング素子にソースパッドとは別にゲート駆動用パッドを設け、ゲート駆動用パッドと制御リード端子とをボンディングワイヤにより接続しても構わない。

ダイオード３ａは、アノードパッド３５ａを上面に有し、底面のカソードパッドの側でリードフレーム１７に実装される。ダイオード３ｂは、アノードパッド３５ｂを上面に有し、底面のカソードパッドの側でリードフレーム１７に実装される。リードフレーム１７は、カソード端子１７ａを有する。モジュール２２は、アノード端子１６、１８を有する。アノードパッド３５ａとアノード端子１６とは、ボンディングワイヤ３２ａにより接続される。アノードパッド３５ｂとアノード端子１８とは、ボンディングワイヤ３２ｂにより接続される。

アノード端子１６は、図２に示すように、絶縁トランス２の二次巻線２ｂの端部に設けた第１の巻線端子１１に接続される。アノード端子１８は、絶縁トランス２の二次巻線２ｂの端部に設けた第２の巻線端子１２に接続される。第１の巻線端子１１は二次巻線２ｂのプラス側の端子であり、第２の巻線端子１２は二次巻線２ｂのマイナス側の端子である。カソード端子１７ａは、平滑リアクトル４のリアクトル巻線４ａの第１の巻線端子２０に接続される。アノード端子１６と第１の巻線端子１１との接続、アノード端子１８と第２の巻線端子１２との接続、及びカソード端子１７ａと第１の巻線端子２０との接続は、例えば、溶接である。

各部を接続するボンディングワイヤの本数は、図４では１本、又は３本、又は５本である。ボンディングワイヤの本数は、図４に示した本数に限るものではなく、さらに多くの本数で各部を接続しても構わない。また、各部の接続はワイヤボンディングに限るものではなく、バスバーであっても構わない。

モジュール２２は、図５に示すように、冷却板４０、及び絶縁紙４１を有する。冷却板４０は、熱伝導性に優れた金属材料である銅又はアルミニウムなどにより作製される。リードフレーム１７、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、３９、アノード端子１６、１８、及び制御リード端子３６ａ～３６ｄ、３７ａ～３７ｄは、絶縁紙４１を介して、冷却板４０とは絶縁されて、冷却板４０の他方の板面の側に配置される。リードフレーム１７、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、３９、アノード端子１６、１８、制御リード端子３６ａ～３６ｄ、３７ａ～３７ｄ、冷却板４０、及び絶縁紙４１は、モジュール２２の外部と接続される端子の部分、及び冷却板４０の一方の板面が露出した状態で、樹脂部材１９により封止され、一体化されている。モジュール２２の外部と接続される端子の部分は、リード端子１３、１４、アノード端子１６、１８、電源端子４３、及び制御リード端子３６ａ～３６ｄ、３７ａ～３７ｄのそれぞれの端部であり、以下、モジュール端子と称する。本実施の形態では、モジュール端子は、樹脂部材１９から露出して、冷却板４０の板面に平行な方向に延出した後、折り曲げられて基板２００が配置された方向に延出する。モジュール端子の構成はこれに限るものではなく、折り曲げられた部分を有さずに基板２００の方向にモジュール端子を延出させても構わない。

＜電力変換装置１０００の電気的な接続構成＞
図２及び図３に示した電力変換装置１０００における電気的な接続構成を説明する。基板２００に設けた入力端子部４２の一方は、図１に示したＰの部分に相当する。入力端子部４２の他方は、図１に示したＮの部分に相当する。基板２００に設けた電源端子接続部４２ａの一方は、リードフレーム３８ａが有した電源端子４３及びリードフレーム３８ｃが有した電源端子４３に接続される。電源端子接続部４２ａの他方は、リードフレーム３９が有した電源端子４３に接続される。図１に示したゲートドライバ５、ゲート抵抗６、パルストランス７、ゲート抵抗８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、及び制御部１００は、制御部品１５に設けられる。

電源（図示せず）から入力端子部４２に入力された電流は、導電パターン４４、電源端子接続部４２ａ、電源端子４３を介して、モジュール２２に入力される。半導体スイッチング素子１ａ及び半導体スイッチング素子１ｄがＯＮの時、モジュール２２に入力された電流は、半導体スイッチング素子１ａ、リード端子１３を通り、第１の巻線端子９から一次巻線２ａに入力される。その後電流は、第２の巻線端子１０、リード端子１４、半導体スイッチング素子１ｄを通り、モジュール２２から出力される。モジュール２２の電源端子４３から出力された電流は、電源端子接続部４２ａ、導電パターン４４、入力端子部４２を介して電源に至る。

第１の巻線端子９と第２の巻線端子１０との間に印加された電圧は、一次巻線２ａから二次巻線２ｂに伝達され、第１の巻線端子１１と第２の巻線端子１２との間から出力される。第１の巻線端子１１と第２の巻線端子１２からの出力は、ダイオード３ａのアノード端子１６及びダイオード３ｂのアノード端子１８を介してダイオード３ａ、３ｂにそれぞれ入力される。ダイオード３ａ、３ｂのカソード端子１７ａを介して出力された電力は、平滑リアクトル４の第１の巻線端子２０を介して平滑リアクトル４に入力される。電力は、平滑リアクトル４において平滑化された後、平滑リアクトル４の第２の巻線端子２１を通り負荷に接続された出力端子２３を介して出力される。

制御部品１５に接続された制御リード端子４６のインダクタンスをＬ、単位時間をｄｔ、単位時間あたりに流れる電流量をｄｉとすると、制御リード端子４６におけるサージ電圧Ｖは式（１）により算出される。
Ｖ＝Ｌ×（ｄｉ/ｄｔ） ・・・（１）
サージ電圧Ｖは、制御リード端子４６のインダクタンスＬに依存しており、インダクタンスＬが増大するほど制御リード端子４６のサージも増大する。サージの増加に伴い、半導体スイッチング素子１ａ～１ｄにおけるドレイン－ソース間の変動が大きくなり、これに伴って入力側のＰ－Ｎ間のノイズが増大する。そのため、主に電源側に伝搬するノイズを抑制することを目的として、Ｐ－Ｎ間には、Ｘコンデンサ（アクロスザラインコンデンサ）、Ｙコンデンサ（ラインバイパスコンデンサ）、フェライトコア、又はチョークコイル等の追加のノイズ対策部品が必要になる。追加のノイズ対策部品を設けることで、電力変換装置１０００は大型化すると共に、高コスト化する。制御リード端子４６のインダクタンスＬの増大を抑制するためには、制御リード端子４６の長さを短くすることが望ましい。そのためには、基板２００とモジュール２２との間の距離を短くすることが有効である。本願の要部である貫通孔を基板２００に設けることで、基板２００とモジュール２２との間の距離を短くすることができる。以下、貫通孔について説明する。

＜基板２００の貫通孔＞
基板２００は、貫通孔を有する。少なくとも一つのパワー半導体素子である対象半導体素子に接続された素子端子と、対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成される。接続部は、貫通孔に向かって延出し、貫通孔を貫通している。このように構成することで、基板２００と接続部とが当接することなく、パワー半導体素子及び磁気部品と基板２００との間の距離を短くすることができるので、無駄なスペースが削減され、電力変換装置１０００を小型化することができる。また、基板２００が有した駆動回路とパワー半導体素子との間の距離を短くすることができるので、駆動回路とパワー半導体素子とを接続する制御リード端子４６を延長させる延長部材は不要で、制御リード端子４６を短くすることができる。制御リード端子４６が短くなるため、制御リード端子４６のインダクタンスに起因したノイズは抑制され、追加のノイズ対策部品は不要なので、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。

貫通孔と接続部の詳細を説明する。本実施の形態では、基板２００は５つの貫通孔を有する。まず、第１の貫通孔５２及び第２の貫通孔５３とこれらを貫通する接続部のそれぞれについて説明する。対象巻線の一つは、一次巻線２ａである。対象半導体素子の一つは、電力変換回路を構成したパワー半導体素子である。本実施の形態では、対象半導体素子の一つは、第１組のパワー半導体素子であり、対象半導体素子の一つは、第２組のパワー半導体素子である。接続部は、対象半導体素子であるパワー半導体素子に接続された素子端子と、一次巻線の巻線端子とが接続された部分である。本実施の形態では、第１組のパワー半導体素子に接続された第１の素子端子であるリード端子１３と、一次巻線２ａの第１の巻線端子９とが接続され第１の接続部４７が形成される。第２組のパワー半導体素子に接続された第２の素子端子であるリード端子１４と、一次巻線２ａの第２の巻線端子１０とが接続され第２の接続部４８が形成される。基板２００は、貫通孔として、第１の貫通孔５２と第２の貫通孔５３とを有する。第１の接続部４７は、第１の貫通孔５２に向かって延出し、第１の貫通孔５２を貫通している。第２の接続部４８は、第２の貫通孔５３に向かって延出し、第２の貫通孔５３を貫通している。本実施の形態では、全ての貫通孔の形状を矩形で設けているが、貫通孔の形状は矩形に限るものではなく、例えば、円形であっても構わない。

絶縁トランス２は、モジュール２２よりも、部品高さが高い場合が多い。そのため、第１の接続部４７及び第２の接続部４８は、冷却面３００ａから離れた位置になりやすい。基板２００と第１の接続部４７及び第２の接続部４８との当接を回避するために、基板２００と第１の接続部４７及び第２の接続部４８との間に距離を確保すると、制御リード端子４６が長くなってしまう。このように第１の貫通孔５２及び第２の貫通孔を設けることで、基板２００と第１の接続部４７及び第２の接続部４８との当接は回避され、基板２００と絶縁トランス２及びモジュール２２との距離が短縮され、無駄なスペースが削減でき、制御リード端子４６の長さを短縮することができる。

次に、第１の整流用の貫通孔５４及び第２の整流用の貫通孔５５とこれらを貫通する接続部のそれぞれについて説明する。対象巻線の一つは、二次巻線２ｂである。対象半導体素子の一つは、整流回路を構成した整流用のパワー半導体素子である。本実施の形態では、対象半導体素子の一つは、第１の整流用のパワー半導体素子であり、対象半導体素子の一つは、第２の整流用のパワー半導体素子である。接続部は、対象半導体素子である整流用のパワー半導体素子に接続された素子端子と、二次巻線の巻線端子とが接続された部分である。本実施の形態では、第１の整流用のパワー半導体素子に接続された第１の整流用の素子端子であるアノード端子１６と、二次巻線２ｂの第１の巻線端子１１とが接続され第１の整流用の接続部４９が形成される。第２の整流用のパワー半導体素子に接続された第２の整流用の素子端子であるアノード端子１８と、二次巻線２ｂの第２の巻線端子１２とが接続され第２の整流用の接続部５０が形成される。基板２００は、貫通孔として、第１の整流用の貫通孔５４と第２の整流用の貫通孔５５とを有する。第１の整流用の接続部４９は、第１の整流用の貫通孔５４に向かって延出し、第１の整流用の貫通孔５４を貫通している。第２の整流用の接続部５０は、第２の整流用の貫通孔５５に向かって延出し、第２の整流用の貫通孔５５を貫通している。

次に、リアクトル用の貫通孔５６とリアクトル用の貫通孔５６を貫通する接続部について説明する。対象巻線の一つは、リアクトル巻線４ａである。対象半導体素子の一つは、整流用のパワー半導体素子である。本実施の形態では、対象半導体素子の一つは、第１の整流用のパワー半導体素子であり、対象半導体素子の一つは、第２の整流用のパワー半導体素子である。接続部は、対象半導体素子である整流用のパワー半導体素子に接続されたリアクトル用の素子端子と、リアクトル巻線の巻線端子とが接続された部分である。本実施の形態では、第１の整流用のパワー半導体素子及び第２の整流用のパワー半導体素子に接続された素子端子であるカソード端子１７ａと、リアクトル巻線４ａの第１の巻線端子２０とが接続されリアクトル用の接続部５１が形成される。基板２００は、貫通孔として、リアクトル用の貫通孔５６を有する。リアクトル用の接続部５１は、リアクトル用の貫通孔５６に向かって延出し、リアクトル用の貫通孔５６を貫通している。

第１の整流用の貫通孔５４、第２の整流用の貫通孔５５、及びリアクトル用の貫通孔５６とこれらを貫通する第１の整流用の接続部４９、第２の整流用の接続部５０、及びリアクトル用の接続部５１を設けたことで、基板２００と第１の整流用の接続部４９、第２の整流用の接続部５０、及びリアクトル用の接続部５１との当接の回避に加え、第１の整流用の接続部４９、第２の整流用の接続部５０、及びリアクトル用の接続部５１の配置を気にすることなく、モジュール２２、絶縁トランス２、及び平滑リアクトル４を配置できるため、モジュール２２、絶縁トランス２、及び平滑リアクトル４の部品実装レイアウトの自由度を増すことができる。また、これら実装部品が有した端子である第１の巻線端子９、第２の巻線端子１０、第１の巻線端子１１、第２の巻線端子１２、リード端子１３、１４、アノード端子１６、１８、カソード端子１７ａ、及び第１の巻線端子２０のレイアウトの自由度を増すことができる。

整流回路３を構成するパワー半導体素子をダイオード３ａ、３ｂではなく、ゲート端子を有した半導体スイッチング素子とした場合、整流回路３も制御リード端子を備えた構成になる。第１の整流用の貫通孔５４、及び第２の整流用の貫通孔５５とこれらを貫通する第１の整流用の接続部４９、及び第２の整流用の接続部５０を設けたことで、整流回路３の制御リード端子の長さも短縮することができる。整流回路３の制御リード端子の長さを短縮できるので、絶縁トランス２の二次側において発生するノイズも抑制され、追加のノイズ対策部品は不要なので、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。

本実施の形態では、図３に示すように、素子端子及び巻線端子は、互いに近づくように冷却面３００ａに沿って延出し、互いに当接した後、折り曲げられて基板２００が配置された方向に延出する。素子端子及び巻線端子の当接した後の部分が溶接により接続されて、接続部が形成されている。このように構成することで、接続部の向きが同じ方向を向くため、素子端子と巻線端子とを溶接する際、溶接用の電極の向きを変更する必要性が無くなるので、効率的に複数の個所を溶接することができる。効率的に複数の個所が溶接できるため、製造工数が削減するので、電力変換装置１０００の生産性を向上することができ、電力変換装置１０００を低コスト化することができる。

本実施の形態では、図４に示すように、電力変換回路１は、同一のパッケージにより封止されている。このように電力変換回路１をモジュール化することで、各部材間の絶縁が確保された状態で、各部材間の距離を縮めることができる。各部材間の距離が縮まるため、フルブリッジ時の配線、特にボンディングワイヤ２９ａ～２９ｄ、３０ａ～３０ｄ、３１ａ～３１ｄを最短化することができる。モジュール化により配線が最短化されるため、配線長に起因したノイズを抑制することができる。配線長に起因したノイズを抑制され、追加のノイズ対策部品は不要になるので、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。また、整流回路３は同一のパッケージにより封止されている。このように整流回路３をモジュール化することで、各部材間の絶縁が確保された状態で、各部材間の距離を縮めることができるので、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。

本実施の形態では、電力変換回路１及び整流回路３は、同一のパッケージにより封止されている。電力変換回路１及び整流回路３をモジュール化することで、第１の整流用の接続部４９及び第２の整流用の接続部５０は、第１の接続部４７及び第２の接続部４８に隣接して配置される。これらの４つの接続部が隣接して配置されても、これらの接続部のそれぞれは基板２００が有した貫通孔を貫通しているため、基板２００と接続部とが当接することなく、パワー半導体素子及び磁気部品と基板２００との間の距離を短くすることができるので、無駄なスペースが削減され、電力変換装置１０００を小型化することができる。また、整流回路３がモジュール化されているため、ボンディングワイヤ３２ａ、３２ｂを最短化することができる。

また、基板２００が有した駆動回路とパワー半導体素子との間の距離を短くすることができるので、第１の整流用の接続部４９及び第２の整流用の接続部５０に隣接した制御リード端子４６を延長させる延長部材は不要で、制御リード端子４６を短くすることができる。制御リード端子４６が短くなるため、制御リード端子４６のインダクタンスに起因したノイズは抑制され、追加のノイズ対策部品は不要なので、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。また、電力変換回路１及び整流回路３を一体化することで電力変換回路１及び整流回路３が小型化されるので、電力変換装置１０００を小型化することができる。

本実施の形態では、図３に示すように、基板２００は、基板２００の一方側に、基板２００と外部の装置とを接続した制御線２８を有する。制御線２８は、駆動回路に接続されている。制御線２８の駆動回路に接続された側とは反対側の部分は、図３の下側に設けられたコネクタ（図示せず）、又は別の電力変換装置（図示せず）に接続される。制御線２８は、半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの駆動に必要な制御信号を伝達する。

基板２００が有した貫通孔を接続部のそれぞれが貫通しない場合、制御信号を伝達する制御線２８の長さが長くなるため、制御信号はノイズの影響を受け易くなるので、電力変換回路１の誤動作に繋がる。本願の構成では、接続部は貫通孔を貫通しているため、パワー半導体素子及び磁気部品と基板２００との間の距離を短くすることができ、制御線２８の長さを短くすることができる。制御線２８の長さが短くなるので、制御信号はノイズの影響を受けにくくなる。制御信号がノイズの影響を受けにくくなるため、ノイズ対策部品は不要となるので、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。

本実施の形態では、図６に示すように、絶縁トランス２の二次巻線２ｂの巻数は、絶縁トランス２の一次巻線２ａの巻数よりも少ない。図６は実施の形態１に係る電力変換装置１０００の一次巻線２ａ及び二次巻線２ｂを模式的に示した図である。絶縁トランス２の二次側の電流量は、（入力電圧×入力電流）／出力電圧により算出される。（入力電圧×入力電流）と出力電圧との差が大きい程、二次側の電流量、つまり絶縁トランス２の出力電流は大きくなる。絶縁トランス２の出力側に大電流を流す際、太い配線を使う必要がある。基板に設けるパターンではパターン厚に限界があるため、大電流を流す配線にはバスバーが使用される。電流量の増加に伴って、バスバーの幅及び厚みを大きくする場合、バスバーの周辺に設けた部品とバスバーとのクリアランスを確保しつつ、バスバーの体積を増加させる必要があるため、電力変換装置が大型化及び高コストすることになる。本願の構成では、二次巻線２ｂの巻数が一次巻線２ａの巻数よりも少ない場合であっても、制御リード端子４６が短くなるため、制御リード端子４６のインダクタンスに起因したノイズは抑制され、追加のノイズ対策部品は不要なので、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。

本実施の形態では、図２に示すように、基板２００は、平滑リアクトル４に接続され、平滑リアクトル４の出力を平滑化する平滑コンデンサ２４を有している。平滑コンデンサ２４の一端は、基板２００に設けたパターン２５を介して、平滑リアクトル４の第２の巻線端子２１に接続される。第２の巻線端子２１は、負荷に接続される出力端子２３に接続される。平滑コンデンサ２４の他端は、基板２００に設けたパターン２６及びねじ２７を介して、ＧＮＤの電位を有した冷却器３００に接続される。

平滑コンデンサ２４は、平滑リアクトル４に隣接して配置する必要がある。平滑コンデンサ２４を基板２００に設けた場合、基板２００を平滑リアクトル４に隣接して配置する必要がある。本願の構成では、基板２００と接続部とが当接することなく、平滑リアクトル４と基板２００との間の距離を短くすることができるので、平滑コンデンサ２４を平滑リアクトル４に隣接して配置することができる。平滑コンデンサ２４を平滑リアクトル４に隣接して配置できるので、平滑コンデンサ２４は平滑リアクトル４の出力を効率よく平滑化することができる。また、基板２００に平滑コンデンサ２４を設けることで、電力変換装置１０００を小型化することができる。

貫通孔は、第二領域４５ａに設けられている。貫通孔を第二領域４５ａに設けることで、高電圧になる導電パターン４４と貫通孔とは干渉しない。第一領域４５に貫通孔を設けた場合、導電パターン４４が貫通孔を迂回する必要があることに加え、導電パターン４４と接続部との絶縁距離を設ける必要がある。そのため、導電パターン４４が延長されるので、導電パターン４４の延長に起因してサージが増大し、これに伴いノイズも増大するので、電力変換装置１０００にノイズ対策部品が必要になる。

本実施の形態では、図２に示すように、第二領域４５ａは、導電パターン４４を含む第一領域４５よりも大きい。本願の構成では、第二領域４５ａが第一領域４５よりも大きいため、第二領域４５ａへの貫通孔の配置の自由度が高い。そのため、導電パターン４４が最短で配線されるように、第二領域４５ａに貫通孔を配置することができる。貫通孔を第二領域４５ａに設けることで、サージ及びノイズの増大を回避できるので、ノイズ対策部品が不要となり、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。

以上のように、実施の形態１による電力変換装置１０００において、複数のパワー半導体素子と、少なくとも一つのパワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品と、少なくとも一つのパワー半導体素子を駆動する駆動回路を有した基板２００とを備え、基板２００は、貫通孔を有し、複数のパワー半導体素子及び磁気部品は、基板の一方側に配置され、対象半導体素子に接続された素子端子と、対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成され、接続部は、貫通孔に向かって延出し、貫通孔を貫通しているため、基板２００と接続部とが当接することなく、パワー半導体素子及び磁気部品と基板２００との間の距離を短くすることができるので、無駄なスペースが削減され、電力変換装置１０００を小型化することができる。また、基板２００が有した駆動回路とパワー半導体素子との間の距離を短くすることができるので、駆動回路とパワー半導体素子とを接続する制御リード端子４６を延長させる延長部材は不要で、制御リード端子４６を短くすることができる。制御リード端子４６が短くなるため、制御リード端子４６のインダクタンスに起因したノイズは抑制され、追加のノイズ対策部品は不要なので、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。

磁気部品として、絶縁トランス２が設けられ、第１組のパワー半導体素子に接続されたリード端子１３と、一次巻線２ａの第１の巻線端子９とが接続され第１の接続部４７が形成され、第２組のパワー半導体素子に接続されたリード端子１４と、一次巻線２ａの第２の巻線端子１０とが接続され第２の接続部４８が形成され、第１の接続部４７が、第１の貫通孔５２に向かって延出し、第１の貫通孔５２を貫通し、第２の接続部４８が、第２の貫通孔５３に向かって延出し、第２の貫通孔５３を貫通している場合、基板２００と第１の接続部４７及び第２の接続部４８との当接は回避され、基板２００と絶縁トランス２及びモジュール２２との距離が短縮され、無駄なスペースが削減でき、制御リード端子４６の長さを短縮することができる。

第１の整流用のパワー半導体素子に接続されたアノード端子１６と、二次巻線２ｂの第１の巻線端子１１とが接続され第１の整流用の接続部４９が形成され、第２の整流用のパワー半導体素子に接続されたアノード端子１８と、二次巻線２ｂの第２の巻線端子１２とが接続され第２の整流用の接続部５０が形成され、第１の整流用の接続部４９が、第１の整流用の貫通孔５４に向かって延出し、第１の整流用の貫通孔５４を貫通し、第２の整流用の接続部５０が、第２の整流用の貫通孔５５に向かって延出し、第２の整流用の貫通孔５５を貫通している場合、基板２００と第１の整流用の接続部４９及び第２の整流用の接続部５０との当接の回避に加え、第１の整流用の接続部４９及び第２の整流用の接続部５０の配置を気にすることなく、モジュール２２及び絶縁トランス２を配置できるため、モジュール２２及び絶縁トランス２の部品実装レイアウトの自由度を増すことができる。また、これら実装部品が有した端子である第１の巻線端子９、第２の巻線端子１０、第１の巻線端子１１、第２の巻線端子１２、リード端子１３、１４、及びアノード端子１６、１８の自由度を増すことができる。

磁気部品として、リアクトル巻線４ａを有した平滑リアクトル４が設けられ、第１の整流用のパワー半導体素子及び第２の整流用のパワー半導体素子に接続されたカソード端子１７ａと、リアクトル巻線４ａの第１の巻線端子２０とが接続されリアクトル用の接続部５１が形成され、リアクトル用の接続部５１が、リアクトル用の貫通孔５６に向かって延出し、リアクトル用の貫通孔５６を貫通している場合、基板２００とリアクトル用の接続部５１との当接の回避に加え、及びリアクトル用の接続部５１の配置を気にすることなく、モジュール２２、絶縁トランス２、及び平滑リアクトル４を配置できるため、モジュール２２、絶縁トランス２、及び平滑リアクトル４の部品実装レイアウトの自由度を増すことができる。また、これら実装部品が有した端子である第１の巻線端子９、第２の巻線端子１０、第１の巻線端子１１、第２の巻線端子１２、リード端子１３、１４、アノード端子１６、１８、カソード端子１７ａ、及び第１の巻線端子２０のレイアウトの自由度を増すことができる。

素子端子及び巻線端子が、互いに近づくように冷却面３００ａに沿って延出し、互いに当接した後、折り曲げられて基板２００が配置された方向に延出し、素子端子及び巻線端子の当接した後の部分が溶接により接続されて、接続部が形成されている場合、接続部の向きが同じ方向を向くため、素子端子と巻線端子とを溶接する際、溶接用の電極の向きを変更する必要性が無くなるので、効率的に複数の個所を溶接することができる。効率的に複数の個所が溶接できるため、製造工数が削減するので、電力変換装置１０００の生産性を向上することができ、電力変換装置１０００を低コスト化することができる。

電力変換回路１が、同一のパッケージにより封止されている場合、各部材間の絶縁が確保された状態で、各部材間の距離が縮まり、ボンディングワイヤ２９ａ～２９ｄ、３０ａ～３０ｄ、３１ａ～３１ｄの配線が最短化されるため、配線長に起因したノイズを抑制することができる。また、整流回路３が同一のパッケージにより封止されている場合、各部材間の絶縁が確保された状態で、各部材間の距離を縮めることができるので、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。

電力変換回路１及び整流回路３が、同一のパッケージにより封止されている場合、電力変換回路１及び整流回路３をモジュール化することで、第１の整流用の接続部４９、第２の整流用の接続部５０、第１の接続部４７、及び第２の接続部４８が隣接して配置されても、これらの接続部のそれぞれが貫通孔を貫通しているため、基板２００と接続部とが当接することなく、パワー半導体素子及び磁気部品と基板２００との間の距離を短くすることができるので、無駄なスペースが削減され、電力変換装置１０００を小型化することができる。

基板２００が、基板２００の一方側に、基板２００と外部の装置とを接続した制御線２８を有し、制御線２８が、駆動回路に接続されている場合、接続部が貫通孔を貫通しているため、パワー半導体素子及び磁気部品と基板２００との間の距離を短くすることができ、制御線２８の長さが短くなるので、制御信号はノイズの影響を受けにくくなる。制御信号がノイズの影響を受けにくくなるため、ノイズ対策部品は不要となるので、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。

絶縁トランス２の二次巻線２ｂの巻数が、絶縁トランス２の一次巻線２ａの巻数よりも少ない場合、絶縁トランス２の出力電流が大きくなるものの、本願の構成では、制御リード端子４６が短くなるため、制御リード端子４６のインダクタンスに起因したノイズは抑制され、追加のノイズ対策部品は不要なので、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。

基板２００が、平滑リアクトル４に接続され、平滑リアクトル４の出力を平滑化する平滑コンデンサ２４を有している場合、本願の構成では、基板２００と接続部とが当接することなく、平滑リアクトル４と基板２００との間の距離を短くすることができるので、平滑コンデンサ２４を平滑リアクトル４に隣接して配置することができる。平滑コンデンサ２４を平滑リアクトル４に隣接して配置できるので、平滑コンデンサ２４は平滑リアクトル４の出力を効率よく平滑化することができる。

貫通孔が、第二領域４５ａに設けられている場合、高電圧になる導電パターン４４と貫通孔との干渉を抑制することができる。第一領域４５に貫通孔を設けた場合、導電パターン４４が貫通孔を迂回する必要があることに加え、導電パターン４４と接続部との絶縁距離を設ける必要がある。そのため、導電パターン４４が延長されるので、導電パターン４４の延長に起因してサージが増大し、これに伴いノイズも増大するので、電力変換装置１０００にノイズ対策部品が必要になるが、貫通孔を第二領域４５ａに設けることでノイズ対策部品が不要となり、電力変換装置１０００を小型化及び低コスト化することができる。

また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、又は複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、又は様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合又は省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
複数のパワー半導体素子と、
少なくとも一つの前記パワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品と、
少なくとも一つの前記パワー半導体素子を駆動する駆動回路を有した基板と、を備え、
前記基板は、貫通孔を有し、
複数の前記パワー半導体素子及び前記磁気部品は、前記基板の一方側に配置され、
前記対象半導体素子に接続された素子端子と、前記対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成され、
前記接続部は、前記貫通孔に向かって延出し、前記貫通孔を貫通している電力変換装置。
（付記２）
前記磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、
前記複数のパワー半導体素子として、前記一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
前記対象巻線の一つは、前記一次巻線であり、
前記対象半導体素子の一つは、前記電力変換回路を構成した前記パワー半導体素子であり、
前記接続部は、前記対象半導体素子である前記パワー半導体素子に接続された前記素子端子と、前記一次巻線の前記巻線端子とが接続された部分である付記１に記載の電力変換装置。
（付記３）
前記磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、
前記複数のパワー半導体素子として、前記二次巻線から出力された電力を整流する整流回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
前記対象巻線の一つは、前記二次巻線であり、
前記対象半導体素子の一つは、前記整流回路を構成した整流用のパワー半導体素子であり、
前記接続部は、前記対象半導体素子である前記整流用のパワー半導体素子に接続された前記素子端子と、前記二次巻線の前記巻線端子とが接続された部分である付記１又は２に記載の電力変換装置。
（付記４）
前記磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、
前記複数のパワー半導体素子として、前記二次巻線から出力された電力を整流する整流回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
前記磁気部品として、前記整流回路の出力を平滑化する巻線であるリアクトル巻線を有した平滑リアクトルが設けられ、
前記対象巻線の一つは、前記リアクトル巻線であり、
前記対象半導体素子の一つは、前記整流回路を構成した整流用のパワー半導体素子であり、
前記接続部は、前記対象半導体素子である前記整流用のパワー半導体素子に接続されたリアクトル用の前記素子端子と、前記リアクトル巻線の前記巻線端子とが接続された部分である付記１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
（付記５）
冷却面を有した冷却器を備え、
複数の前記パワー半導体素子と前記磁気部品とは、前記冷却面に並べて設けられ、
前記基板の板面と、前記冷却面とは平行であり、
前記素子端子及び前記巻線端子は、互いに近づくように前記冷却面に沿って延出し、互いに当接した後、折り曲げられて前記基板が配置された方向に延出し、
前記素子端子及び前記巻線端子の当接した後の部分が溶接により接続されて前記接続部が形成され、
前記基板は、前記冷却器に固定されている付記１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
（付記６）
前記電力変換回路は、同一のパッケージにより封止されている付記２に記載の電力変換装置。
（付記７）
前記整流回路は、同一のパッケージにより封止されている付記３又は４に記載の電力変換装置。
（付記８）
前記複数のパワー半導体素子として、前記二次巻線から出力された電力を整流する整流回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
前記電力変換回路及び前記整流回路は、同一のパッケージにより封止されている付記２に記載の電力変換装置。
（付記９）
前記複数のパワー半導体素子として、前記一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
前記電力変換回路及び前記整流回路は、同一のパッケージにより封止されている付記３又は４に記載の電力変換装置。
（付記１０）
前記基板は、前記基板の一方側に、前記基板と外部の装置とを接続した制御線を有し、
前記制御線は、前記駆動回路に接続されている付記１から９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
（付記１１）
前記磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、
前記絶縁トランスの前記二次巻線の巻数は、前記絶縁トランスの前記一次巻線の巻数よりも少ない付記１から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
（付記１２）
前記基板は、前記平滑リアクトルに接続され、前記平滑リアクトルの出力を平滑化する平滑コンデンサを有している付記４に記載の電力変換装置。
（付記１３）
前記複数のパワー半導体素子として、前記一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
前記電力変換回路を構成した前記パワー半導体素子に接続された電源端子が設けられ、
前記基板は、前記電源端子が接続された電源端子接続部と、外部に設けた電源に接続された入力端子部と、を有し、
前記電源端子接続部と前記入力端子部との間は、前記基板に設けた導電パターンにより接続され、
前記基板は、前記導電パターンを含む第一領域と、前記第一領域と絶縁された領域である第二領域とを有し、
前記貫通孔は、前記第二領域に設けられている付記２から４のいずれか１項又は付記６又は付記８に記載の電力変換装置。

１ 電力変換回路、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 半導体スイッチング素子、２ 絶縁トランス、２ａ 一次巻線、２ｂ 二次巻線、３ 整流回路、３ａ、３ｂ ダイオード、４ 平滑リアクトル、４ａ リアクトル巻線、５ ゲートドライバ、６ ゲート抵抗、７ パルストランス、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ ゲート抵抗、９ 第１の巻線端子、１０ 第２の巻線端子、１１ 第１の巻線端子、１２ 第２の巻線端子、１３ リード端子、１４ リード端子、１５ 制御部品、１６ アノード端子、１７ リードフレーム、１７ａ カソード端子、１８ アノード端子、１９ 樹脂部材、２０ 第１の巻線端子、２１ 第２の巻線端子、２２ モジュール、２３ 出力端子、２４ 平滑コンデンサ、２５ パターン、２６ パターン、２７ ねじ、２８ 制御線、２９ａ～２９ｄ、３０ａ～３０ｄ、３１ａ～３１ｄ、３２ａ、３２ｂ ボンディングワイヤ、３３ａ～３３ｄ ゲートパッド、３４ａ～３４ｄ ソースパッド、３５ａ、３５ｂ アノードパッド、３６ａ～３６ｄ、３７ａ～３７ｄ 制御リード端子、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、３９ リードフレーム、４０ 冷却板、４１ 絶縁紙、４２ 入力端子部、４２ａ 電源端子接続部、４３ 電源端子、４４ 導電パターン、４５ 第一領域、４５ａ 第二領域、４６ 制御リード端子、４７ 第１の接続部、４８ 第２の接続部、４９ 第１の整流用の接続部、５０ 第２の整流用の接続部、５１ リアクトル用の接続部、５２ 第１の貫通孔、５３ 第２の貫通孔、５４ 第１の整流用の貫通孔、５５ 第２の整流用の貫通孔、５６ リアクトル用の貫通孔、１００ 制御部、２００ 基板、３００ 冷却器、３００ａ 冷却面、１０００ 電力変換装置

Claims (11)

1. 複数のパワー半導体素子と、
   少なくとも一つの前記パワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品と、
   少なくとも一つの前記パワー半導体素子を駆動する駆動回路を有した基板と、を備え、
   前記基板は、貫通孔を有し、
   複数の前記パワー半導体素子及び前記磁気部品は、前記基板の一方側に配置され、
   前記対象半導体素子に接続された素子端子と、前記対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成され、
   前記接続部は、前記貫通孔に向かって延出し、前記貫通孔を貫通し、
   前記磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、
   前記複数のパワー半導体素子として、前記一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
   前記対象巻線の一つは、前記一次巻線であり、
   前記対象半導体素子の一つは、前記電力変換回路を構成した前記パワー半導体素子であり、
   前記接続部は、前記対象半導体素子である前記パワー半導体素子に接続された前記素子端子と、前記一次巻線の前記巻線端子とが接続された部分であり、
   前記複数のパワー半導体素子として、前記一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
   前記電力変換回路を構成した前記パワー半導体素子に接続された電源端子が設けられ、
   前記基板は、前記電源端子が接続された電源端子接続部と、外部に設けた電源に接続された入力端子部と、を有し、
   前記電源端子接続部と前記入力端子部との間は、前記基板に設けた導電パターンにより接続され、
   前記基板は、前記導電パターンを含む第一領域と、前記第一領域と絶縁された領域である第二領域とを有し、
   前記貫通孔は、前記第二領域に設けられている電力変換装置。
2. 複数のパワー半導体素子と、
   少なくとも一つの前記パワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品と、
   少なくとも一つの前記パワー半導体素子を駆動する駆動回路を有した基板と、を備え、
   前記基板は、貫通孔を有し、
   複数の前記パワー半導体素子及び前記磁気部品は、前記基板の一方側に配置され、
   前記対象半導体素子に接続された素子端子と、前記対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成され、
   前記接続部は、前記貫通孔に向かって延出し、前記貫通孔を貫通し、
   前記磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、
   前記複数のパワー半導体素子として、前記二次巻線から出力された電力を整流する整流回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
   前記対象巻線の一つは、前記二次巻線であり、
   前記対象半導体素子の一つは、前記整流回路を構成した整流用のパワー半導体素子であり、
   前記接続部は、前記対象半導体素子である前記整流用のパワー半導体素子に接続された前記素子端子と、前記二次巻線の前記巻線端子とが接続された部分であり、
   前記複数のパワー半導体素子として、前記一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
   前記電力変換回路を構成した前記パワー半導体素子に接続された電源端子が設けられ、
   前記基板は、前記電源端子が接続された電源端子接続部と、外部に設けた電源に接続された入力端子部と、を有し、
   前記電源端子接続部と前記入力端子部との間は、前記基板に設けた導電パターンにより接続され、
   前記基板は、前記導電パターンを含む第一領域と、前記第一領域と絶縁された領域である第二領域とを有し、
   前記貫通孔は、前記第二領域に設けられている電力変換装置。
3. 複数のパワー半導体素子と、
   少なくとも一つの前記パワー半導体素子である対象半導体素子に接続された巻線である対象巻線を有した磁気部品と、
   少なくとも一つの前記パワー半導体素子を駆動する駆動回路を有した基板と、を備え、
   前記基板は、貫通孔を有し、
   複数の前記パワー半導体素子及び前記磁気部品は、前記基板の一方側に配置され、
   前記対象半導体素子に接続された素子端子と、前記対象巻線の端部に設けた巻線端子とが接続されて接続部が形成され、
   前記接続部は、前記貫通孔に向かって延出し、前記貫通孔を貫通し、
   前記磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、
   前記複数のパワー半導体素子として、前記二次巻線から出力された電力を整流する整流回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
   前記磁気部品として、前記整流回路の出力を平滑化する巻線であるリアクトル巻線を有した平滑リアクトルが設けられ、
   前記対象巻線の一つは、前記リアクトル巻線であり、
   前記対象半導体素子の一つは、前記整流回路を構成した整流用のパワー半導体素子であり、
   前記接続部は、前記対象半導体素子である前記整流用のパワー半導体素子に接続されたリアクトル用の前記素子端子と、前記リアクトル巻線の前記巻線端子とが接続された部分であり、
   前記複数のパワー半導体素子として、前記一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
   前記電力変換回路を構成した前記パワー半導体素子に接続された電源端子が設けられ、
   前記基板は、前記電源端子が接続された電源端子接続部と、外部に設けた電源に接続された入力端子部と、を有し、
   前記電源端子接続部と前記入力端子部との間は、前記基板に設けた導電パターンにより接続され、
   前記基板は、前記導電パターンを含む第一領域と、前記第一領域と絶縁された領域である第二領域とを有し、
   前記貫通孔は、前記第二領域に設けられている電力変換装置。
4. 冷却面を有した冷却器を備え、
   複数の前記パワー半導体素子と前記磁気部品とは、前記冷却面に並べて設けられ、
   前記基板の板面と、前記冷却面とは平行であり、
   前記素子端子及び前記巻線端子は、互いに近づくように前記冷却面に沿って延出し、互いに当接した後、折り曲げられて前記基板が配置された方向に延出し、
   前記素子端子及び前記巻線端子の当接した後の部分が溶接により接続されて前記接続部が形成され、
   前記基板は、前記冷却器に固定されている請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記電力変換回路は、同一のパッケージにより封止されている請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記整流回路は、同一のパッケージにより封止されている請求項２又は３に記載の電力変換装置。
7. 前記複数のパワー半導体素子として、前記二次巻線から出力された電力を整流する整流回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
   前記電力変換回路及び前記整流回路は、同一のパッケージにより封止されている請求項１に記載の電力変換装置。
8. 前記複数のパワー半導体素子として、前記一次巻線に供給する電力を変換する電力変換回路を構成する前記複数のパワー半導体素子が設けられ、
   前記電力変換回路及び前記整流回路は、同一のパッケージにより封止されている請求項２又は３に記載の電力変換装置。
9. 前記基板は、前記基板の一方側に、前記基板と外部の装置とを接続した制御線を有し、
   前記制御線は、前記駆動回路に接続されている請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記磁気部品として、一次巻線及び二次巻線を有した絶縁トランスが設けられ、
    前記絶縁トランスの前記二次巻線の巻数は、前記絶縁トランスの前記一次巻線の巻数よりも少ない請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
11. 前記基板は、前記平滑リアクトルに接続され、前記平滑リアクトルの出力を平滑化する平滑コンデンサを有している請求項３に記載の電力変換装置。