WO2015072417A1 - スイッチング基板 - Google Patents

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control circuit
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semiconductor switching
output bus
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原口　章
橋倉　学
秀夫 森岡
秀哲 田原
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/10—Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage
    • H03K17/102—Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12—Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/122—Modifications for increasing the maximum permissible switched current in field-effect transistor switches
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a switching substrate.
  • a substrate having a mechanical relay corresponding to a large current has been conventionally used, but replacement of the mechanical relay with a semiconductor switching element has been proposed for the purpose of miniaturization, long life, and noise reduction.
  • a semiconductor switching element it is assumed that a power semiconductor such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) is used (see Patent Document 1).
  • the present invention has been completed based on the above situation, and provides a switching board having a simple configuration arranged between a main power supply and an auxiliary power supply in a vehicle including a main power supply and an auxiliary power supply.
  • the purpose is to do.
  • the present invention provides a switching board disposed between the main power source and the auxiliary power source in a vehicle including a main power source and an auxiliary power source, and has a first surface and a second surface and is made of an insulating material.
  • a control circuit board comprising: an insulating plate, a conductor circuit disposed on the first surface of the insulating plate, and a plurality of mounting windows penetrating from the first surface to the second surface of the insulating plate;
  • a circuit structure including an input bus bar and an output bus bar disposed on the second surface of the insulating plate at a distance from each other; and a plurality of circuit structures mounted on the circuit structure and including a drain terminal, a source terminal, and a gate terminal.
  • a semiconductor switching element wherein the conductor circuit includes a control circuit and a connection circuit disposed between the input bus bar and the output bus bar, and a part of the plurality of mounting windows includes: ,on the inside The first mounting window in which a part of the input bus bar is exposed, and the other mounting window is a second mounting window in which a part of the output bus bar is exposed, and a part of the plurality of semiconductor switching elements
  • the semiconductor switching element is disposed inside the first mounting window, the drain terminal is connected to a part of the input bus bar, the source terminal is connected to the connection circuit, and the gate terminal is connected to the control circuit.
  • the first semiconductor switching element to be connected the other semiconductor switching element is disposed inside the second mounting window, the drain terminal is connected to a part of the output bus bar, and the source terminal is the connection circuit
  • the switching substrate is a second semiconductor switching element connected to the control circuit and having the gate terminal connected to the control circuit.
  • a bus bar, a control circuit substrate, and a semiconductor switching element necessary for the switching substrate disposed between the main power supply and the auxiliary power supply can be simply laid out, and a simple configuration switching substrate is provided. it can.
  • the input bus bar is disposed at an edge on the output bus bar side between a plurality of first convex portions projecting toward the output bus bar and two adjacent first convex portions
  • the output bus bar is A first recess recessed on the opposite side
  • the output bus bar has, on the input bus bar side edge, a plurality of second protrusions protruding toward the input bus bar, and two adjacent second protrusions And a second recess recessed on the opposite side of the input bus bar.
  • control circuit board can be prevented from being broken along the gap between the input bus bar and the output bus bar when an unexpectedly large force is applied to the switching board.
  • a switching device having a simple configuration that is arranged between the main power source and the auxiliary power source.
  • the perspective view of the switching device of an embodiment The exploded perspective view of the switching device of an embodiment
  • the perspective view which looked at the switching board of an embodiment from the bus-bar side Top view of switching substrate of embodiment Enlarged view in region R of FIG. AA line sectional view of FIG. Enlarged view in region S of FIG.
  • the figure which shows an example of the manufacturing method of the circuit structure of embodiment The perspective view which looked at the switching board of a modification from the bus-bar side
  • the switching device 1 is a vehicle including a main battery 90 (corresponding to a main power source) and an auxiliary battery 91 (corresponding to an auxiliary power source), and supplies power from the main battery 90 and the auxiliary battery 91 to the electrical component 92. Is switched. As shown in FIG. 8, the main battery 90 and the auxiliary battery 91 are arranged in series and supply electric power to the electrical component 92. Switching device 1 is arranged in series with respect to main battery 90 and auxiliary battery 91 between main battery 90 and auxiliary battery 91.
  • the switching device 1 includes a switching board 10 and a casing 80 that houses the switching board 10.
  • the switching substrate 10 includes a circuit configuration body 11 and six semiconductor switching elements 60A and 60B mounted on the circuit configuration body 11.
  • the circuit structure 11 includes a control circuit board 20, and two bus bars 30 and 40 and a separator 50 that overlap the control circuit board 20 via an adhesive layer 53.
  • the control circuit board 20 has an insulating plate 21 having a first surface and a second surface and made of a glass substrate or a glass nonwoven fabric substrate.
  • the control circuit board 20 is a printed board provided with a conductor circuit 22 made of a conductive material on the first surface side of the insulating plate 21.
  • a connector 23 for connecting the control circuit board 20 to an external control device (not shown) is disposed at one end of the control circuit board 20.
  • the control circuit board 20 has six mounting windows 24A and 24B for mounting the semiconductor switching elements 60A and 60B.
  • the mounting windows 24A and 24B are rectangular openings penetrating from the first surface (surface on which the conductor circuit 22 is disposed) of the control circuit board 20 to the second surface (surface opposite to the first surface). The size of the opening is slightly larger than the outer shape of the semiconductor switching elements 60A and 60B.
  • three mounting windows (first mounting windows 24A) constitute a set of first mounting window groups 25A arranged in a row.
  • the remaining three mounting windows (second mounting windows 24B) constitute a set of second mounting window groups 25B in a line.
  • the two sets of mounting window groups 25A and 25B are arranged in parallel with a space between each other.
  • the conductor circuit 22 includes a control circuit 22B and a connection circuit 22A.
  • the control circuit 22B has a predetermined pattern, one end of which is arranged in the vicinity of each mounting window 24A, 24B, and the other end is connected to a terminal provided in the connector 23, although not shown in detail.
  • the connection circuit 22A is disposed on the control circuit board 20 in a region between the two sets of mounting window groups 25A and 25B with a space from the control circuit 22B.
  • the input bus bar 30 is a rectangular thick plate made of a conductive material (copper or copper alloy in this embodiment).
  • the input bus bar 30 includes a bolt insertion hole 31.
  • the bolt insertion hole 31 is a through-hole penetrating from one plate surface of the input bus bar 30 to the other plate surface.
  • the output bus bar 40 is a rectangular thick plate formed of a conductive material (copper or copper alloy in this embodiment), and includes a bolt insertion hole 41.
  • the input bus bar 30 and the output bus bar 40 are arranged on the second surface of the control circuit board 20.
  • the input bus bar 30 and the output bus bar 40 are arranged so that the end faces 32A and 42A facing each other are parallel to each other at an interval. That is, a groove 26 defined by the end surface 32A of the input bus bar 30, the end surface 42A of the output bus bar 40, and the second surface of the insulating plate 21 exists between the input bus bar 30 and the output bus bar 40. .
  • the input bus bar 30 and the output bus bar 40 partially overlap the control circuit board 20, and the area where the bolt insertion holes 31 and 41 are arranged is out of the control circuit board 20.
  • a part of the input bus bar 30 is exposed inside each first mounting window 24A.
  • a part of the output bus bar 40 is exposed inside each second mounting window 24B.
  • the separator 50 is disposed on the same surface of the control circuit board 20 as the surface on which the input bus bar 30 and the output bus bar 40 are disposed.
  • the separating plate 50 includes a separating portion 51 disposed inside the groove 26 and two frame portions 52 respectively disposed at both ends of the separating portion 51.
  • the isolation part 51 is an elongated rectangular plate and is disposed between the input bus bar 30 and the output bus bar 40.
  • the two frame portions 52 are portions extending perpendicularly to the separator plate 50 from both ends of the separator plate 50, and are disposed with the input bus bar 30 and the output bus bar 40 interposed therebetween.
  • a method of forming the circuit structure 11 configured as described above is, for example, as follows (see FIG. 9). First, the bus bars 30 and 40, the separator plate 50, and the insulating plate 21 are overlapped with the prepreg 54 that is the base material of the adhesive layer 53 interposed therebetween. Next, the bus bars 30 and 40, the separator 50, the insulating plate 21, and the laminate of the prepreg 54 are hot pressed to cure the prepreg 54 and bond the bus bars 30 and 40, the separator 50 and the insulating plate 21. The resin constituting the prepreg 54 flows by hot pressing, and a part of the resin enters the gap between the separator 50 and the input bus bar 30 and the gap between the separator 50 and the output bus bar 40 and is cured. Thereafter, the insulating plate 21 may be machined with a drill to form the mounting windows 24 ⁇ / b> A and 24 ⁇ / b> B, and the conductor circuit 22 may be formed on the surface of the insulating plate 21.
  • the semiconductor switching elements 60A and 60B are power MOSFETs and include a housing 61 and a drain terminal 62, a source terminal 63, and a gate terminal 64 provided in the housing 61.
  • the drain terminal 62 is disposed on the lower surface of the housing 61. Further, the source terminal 63 and the gate terminal 64 protrude from the side surface of the housing 61.
  • first semiconductor switching element 60A three semiconductor switching elements constitute a set of first element group 65A.
  • second semiconductor switching elements 60B the remaining three semiconductor switching elements constitute a set of second element group 65B.
  • the first semiconductor switching elements 60A are respectively arranged inside the first mounting window 24A.
  • the drain terminal 62 is connected to a part of the input bus bar 30 exposed inside the first mounting window 24A
  • the source terminal 63 is connected to the connection circuit 22A on the control circuit board 20
  • the gate terminal 64 is connected to the control circuit 22B.
  • the second semiconductor switching element 60B is disposed inside the second mounting window 24B.
  • the drain terminal 62 is connected to a part of the output bus bar 40 exposed inside the second mounting window 24B
  • the source terminal 63 is connected to the connection circuit 22A on the control circuit board 20
  • the gate terminal 64 is connected to the control circuit 22B.
  • the connection can be made with solder H, for example.
  • three semiconductor switching elements 60A and 60B connected in parallel are made into one set, and two sets of semiconductor switching elements 60A and 60B are connected in series.
  • the two sets of semiconductor switching elements 60A and 60B are arranged back to back (back to back).
  • the reason why the plurality of semiconductor switching elements 60A and 60B are set as one set is to cope with a large current. That is, by connecting a plurality of semiconductor switching elements 60A and 60B in parallel, the total amount of current that can be passed through the power supply circuit can be increased.
  • a parasitic diode due to a pn junction is generated between the source and the drain. Therefore, even if the gate is turned off, a current flows through the parasitic diode from the source side to the drain side, so that the signal from the source side to the drain side cannot be turned off. For this reason, when the voltage of the auxiliary battery 91 becomes higher than that of the main battery 90 (when idling is stopped, for example), the current flows from the auxiliary battery 91 through the parasitic diode even though the switch is off. It may flow into the battery 90. By connecting two sets of MOSFETs in series so that the directions of the parasitic diodes are opposite to each other, bidirectional current can be cut off.
  • the input bus bar 30 has a fastening terminal 71A connected to a harness 70A connected to the main battery 90, a power terminal 72A (stud bolt) inserted through the bolt insertion hole 31, and a nut tightened at the tip of the power terminal 72A. 73A.
  • a fastening terminal 71B connected to a harness 70B connected to the auxiliary battery 91 is fastened to the output bus bar 40 at a power terminal 72B (stud bolt) inserted into the bolt insertion hole 41 and the tip of the power terminal 72B. It is fixed with a nut 73B.
  • the casing 80 includes a case 81 and a cover plate 82.
  • the case 81 is a tray-like case having an outer shape that is slightly larger than the outer shape of the switching substrate 10.
  • the case 81 covers the entire surface of the switching substrate 10 on which the control circuit board 20 is disposed.
  • the cover plate 82 is a rectangular plate having an outer shape equal to the outer shape of the control circuit board 20.
  • the cover plate 82 is overlaid on the switching substrate 10 on the back side of the region where the control circuit board 20 is disposed. Both the case 81 and the cover plate 82 are made of synthetic resin.
  • the bus bars 30, 40, the control circuit board 20, and the semiconductor switching elements 60A, 60B necessary for the switching board 10 arranged between the main battery 90 and the auxiliary battery 91 are simply laid out.
  • the switching substrate 10 having a simple configuration can be provided.
  • the input bus bar 110 has a first convex portion 111A and a first concave portion 111B
  • the output bus bar 120 has a second convex portion 121A and a second concave portion 121B. Except for this, the configuration is the same as in the embodiment.
  • the same components as those of the embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the input bus bar 110 has a plurality of first convex portions 111A that protrude toward the output bus bar 120 at the edge 111 on the output bus bar 120 side.
  • the plurality of first convex portions 111A are provided at a constant pitch.
  • a region between two adjacent first protrusions 111 ⁇ / b> A and 111 ⁇ / b> A is a first recess 111 ⁇ / b> B that is recessed on the opposite side to the output bus bar 120.
  • the output bus bar 120 has a plurality of second convex portions 121 ⁇ / b> A protruding toward the input bus bar 110 at the edge 121 on the input bus bar 110 side.
  • the plurality of second convex portions 121A are provided at a constant pitch.
  • a region between two adjacent second convex portions 121 ⁇ / b> A and 121 ⁇ / b> A is a second concave portion 121 ⁇ / b> B that is recessed on the opposite side to the input bus bar 110.
  • the plurality of first protrusions 111A and the plurality of second protrusions 121A are alternately arranged.
  • Each of the plurality of first convex portions 111A is disposed to face the second concave portion 121B, and the protruding end is located in the second concave portion 121B.
  • Each of the plurality of second convex portions 121A is disposed to face the first concave portion 111B, and the protruding end is located in the first concave portion 111B.
  • control circuit board 20 it is possible to avoid the control circuit board 20 from being broken along the gap between the input bus bar 110 and the output bus bar 120 when an unexpected large force is applied to the switching board 101.
  • the auxiliary power source is the auxiliary battery 91.
  • a power storage device such as a secondary battery or an electric double layer capacitor can be used.
  • the mounting windows 24A and 24B and the semiconductor switching elements 60A and 60B are one set, but the number of semiconductor switching elements constituting one set is two or four or more. It doesn't matter. Similarly, the number of mounting windows constituting one set may be two or four or more.
  • Switching board 11 Circuit structure 20: Control circuit board 21: Insulating board 22: Conductor circuit 22A: Control circuit 22B: Connection circuit 24A: 1st mounting window 24B: 2nd mounting window 30, 110: Input bus bar 40, 120: output bus bar 60A: first semiconductor switching element 60B: second semiconductor switching element 62: drain terminal 63: source terminal 64: gate terminal 90: main battery (main power supply) 91: Sub battery (auxiliary power supply) 111: edge 111A: first protrusion 111B: first recess 121: edge 121A: second protrusion 121B: second recess

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Abstract

　スイッチング基板１０は、制御回路２２Ｂと接続回路２２Ａと第１実装窓２４Ａと第２実装窓２４Ｂとを第１面に備える制御回路基板２０と、制御回路基板２０の第２面に配置される入力バスバー３０および出力バスバー４０を備える回路構成体１１と、第１半導体スイッチング素子６０Ａおよび第２半導体スイッチング素子６０Ｂとを備え、第１半導体スイッチング素子６０Ａは、第１実装窓２４Ａの内側に配置され、ドレイン端子６２が入力バスバー３０に、ソース端子６３が接続回路２２Ａに、ゲート端子６４が制御回路２２Ｂにそれぞれ接続され、第２半導体スイッチング素子６０Ｂは、第２実装窓２４Ｂの内側に配置され、ドレイン端子６２が出力バスバー４０に、ソース端子６３が接続回路２２Ａに、ゲート端子６４が制御回路２２Ｂにそれぞれ接続される。

Description

スイッチング基板
　本発明は、スイッチング基板に関する。
　近年、燃費向上や環境への配慮のため、メインバッテリの他に補助電源を搭載した自動車が開発されている。例えば、ブレーキ時の回生エネルギーを補助電源に蓄積しておき、走行時に電装品への電力供給に用いることで、オルタネータによる発電量を減らして燃費を向上させることができる。また、アイドリングストップの後のエンジン再始動時に、スタータに補助電源から電力供給することで、メインバッテリの電圧の瞬間的な降下による電装品の瞬断やメインバッテリの劣化を防ぐことができる。
　メインバッテリと補助電源との間には、走行やアイドリングストップなどの車両の動作状態に対応して、電力の供給形態を切り替える機能を有するスイッチング基板が設置される場合がある。
　スイッチング基板として、従来、大電流に対応したメカニカルリレーを備える基板が用いられてきたが、小型化、高寿命化、静音化を目的として、メカニカルリレーの半導体スイッチング素子への置き換えが提案されている。半導体スイッチング素子としては、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜型電界効果トランジスタ；Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などのパワー半導体を使用することが想定される（特許文献１参照）。
特開２００９－１４６９３３号公報
　ところで、一般に、ＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチでは、ｐｎ接合による寄生ダイオードがソース－ドレイン間に生成される。したがって、ゲートをオフしてもソース側からドレイン側へこの寄生ダイオードを通じて電流が流れるため、ソース側からドレイン側への電流の流れを完全に遮断することができない。そこで、双方向の電流を遮断可能にするために、２つのＭＯＳＦＥＴを、上記寄生ダイオードの向きが反対になるように直列に接続することがある。
　しかし、このような複雑な回路を設計しようとすると、スイッチング基板の構造が複雑となりがちであった。
　本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、主電源と補助電源とを備える車両において、主電源と補助電源との間に配される簡易な構成のスイッチング基板を提供することを目的とする。
　本発明は、主電源と補助電源とを備える車両において、前記主電源と前記補助電源との間に配置されるスイッチング基板であって、第１面及び第２面を有して絶縁性材料からなる絶縁板と、前記絶縁板の前記第１面に配される導体回路と、前記絶縁板の前記第１面から前記第２面まで貫通する複数の実装窓とを備える制御回路基板と、前記絶縁板の前記第２面に互いに間隔を空けて配置される入力バスバーおよび出力バスバーと、を備える回路構成体と、前記回路構成体に実装され、ドレイン端子、ソース端子およびゲート端子を備える複数の半導体スイッチング素子と、を備え、前記導体回路が、制御回路と、前記入力バスバーと前記出力バスバーとの間に配置される接続回路とを備え、前記複数の実装窓のうち一部の実装窓は、内側に前記入力バスバーの一部が露出する第１実装窓であり、他の実装窓は、内側に前記出力バスバーの一部が露出する第２実装窓であり、前記複数の半導体スイッチング素子のうち一部の半導体スイッチング素子は、前記第１実装窓の内側に配置され、前記ドレイン端子が前記入力バスバーの一部に接続され、前記ソース端子が前記接続回路に接続され、前記ゲート端子が前記制御回路に接続される第１半導体スイッチング素子であり、他の半導体スイッチング素子は、前記第２実装窓の内側に配置され、前記ドレイン端子が前記出力バスバーの一部に接続され、前記ソース端子が前記接続回路に接続され、前記ゲート端子が前記制御回路に接続される第２半導体スイッチング素子である、スイッチング基板である。
　上記の構成によれば、主電源と補電源との間に配されるスイッチング基板に必要なバスバーや制御回路基板、半導体スイッチング素子をシンプルにレイアウトすることができ、簡易な構成のスイッチング基板を提供できる。
　本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
　前記入力バスバーは、前記出力バスバー側の端縁に、前記出力バスバーに向かって突出する複数の第１凸部と、隣り合う２つの前記第１凸部の間に配置され、前記出力バスバーとは逆側に凹む第１凹部とを備え、前記出力バスバーは、前記入力バスバー側の端縁に、前記入力バスバーに向かって突出する複数の第２凸部と、隣り合う２つの前記第２凸部の間に配置され、前記入力バスバーとは逆側に凹む第２凹部とを備えていてもよい。
　上記の態様によれば、スイッチング基板に予期しない大きな力が加えられた場合に、入力バスバーと出力バスバーとの隙間に沿って制御回路基板が折れてしまうことを回避できる。
　本発明によれば、主電源と補助電源とを備える車両において、主電源と補助電源との間に配される簡易な構成のスイッチング装置を提供できる。
実施形態のスイッチング装置の斜視図 実施形態のスイッチング装置の分解斜視図 実施形態のスイッチング基板をバスバー側から見た斜視図 実施形態のスイッチング基板の平面図 図４の領域Ｒ内の拡大図 図４のＡ－Ａ線断面図 図６の領域Ｓ内の拡大図 実施形態のスイッチング装置の回路構成を示す図 実施形態の回路構成体の製造方法の一例を示す図 変形例のスイッチング基板をバスバー側から見た斜視図
　本発明の実施形態を、図１～図９を参照しつつ説明する。
　本実施形態のスイッチング装置１は、メインバッテリ９０（主電源に該当）と補助バッテリ９１（補助電源に該当）とを備える車両において、メインバッテリ９０および補助バッテリ９１からの電装品９２への電力供給の切り替えを行うものである。図８に示すように、メインバッテリ９０と補助バッテリ９１とは直列に配され、電装品９２に電力を供給する。スイッチング装置１は、メインバッテリ９０と補助バッテリ９１との間に、メインバッテリ９０および補助バッテリ９１に対して直列に配置されている。
　図１および図２に示すように、スイッチング装置１は、スイッチング基板１０と、このスイッチング基板１０を収容するケーシング８０とを備える。スイッチング基板１０は、回路構成体１１と、この回路構成体１１に搭載される６つの半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂとを備える。回路構成体１１は、制御回路基板２０と、この制御回路基板２０に接着層５３を介して重なる２枚のバスバー３０、４０および隔離板５０とを備えている。
　制御回路基板２０は、第１面及び第２面を有してガラス基材またはガラス不織布基材からなる絶縁板２１を有する。制御回路基板２０は、前記絶縁板２１の第１面側に、導電性材料からなる導体回路２２を備えるプリント基板である。制御回路基板２０の一端部には、制御回路基板２０を外部の制御装置（図示せず）と接続するためのコネクタ２３が配置されている。
　図４に示すように、制御回路基板２０は、半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂの搭載のための６つの実装窓２４Ａ、２４Ｂを有している。実装窓２４Ａ、２４Ｂは、制御回路基板２０の第１面（導体回路２２が配されている面）から、第２面（第１面と逆側の面）まで貫通する矩形の開口部であって、その開口の大きさは、半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂの外形よりも一回り大きい。６つの実装窓２４Ａ、２４Ｂのうち３つの実装窓（第１実装窓２４Ａ）は、１列に並んで一組の第１実装窓群２５Ａを構成している。６つの実装窓２４Ａ、２４Ｂのうち残り３つの実装窓（第２実装窓２４Ｂ）は、１列に並んで一組の第２実装窓群２５Ｂを構成している。二組の実装窓群２５Ａ、２５Ｂは、互いに間隔を空けて、並列して配置されている。
　導体回路２２は、制御回路２２Ｂと接続回路２２Ａとで構成される。制御回路２２Ｂは、所定のパターンを有しており、その一端は各実装窓２４Ａ、２４Ｂの近傍に配置され、他端は、詳細に図示しないが、コネクタ２３に備えられる端子に接続されている。接続回路２２Ａは、制御回路基板２０上において、二組の実装窓群２５Ａ、２５Ｂの間の領域に、制御回路２２Ｂに対して間隔を空けて配置されている。
　２枚のバスバー３０、４０のうち１枚は入力バスバー３０であり、もう１枚は出力バスバー４０である。図３に示すように、入力バスバー３０は、導電性材料（本実施形態では銅または銅合金）により形成された矩形の厚板である。入力バスバー３０は、ボルト挿通孔３１を備えている。ボルト挿通孔３１は、入力バスバー３０の一方の板面から他方の板面まで貫通する貫通孔である。出力バスバー４０も、入力バスバー３０と同様に、導電性材料（本実施形態では銅または銅合金）により形成された矩形の厚板であって、ボルト挿通孔４１を備えている。
　入力バスバー３０と出力バスバー４０とは、制御回路基板２０において第２面に配置されている。入力バスバー３０と出力バスバー４０とは、互いに間隔を空けて、互いに相手側と対向する端面３２Ａ、４２Ａが平行になるように配置されている。つまり、入力バスバー３０と出力バスバー４０との間には、入力バスバー３０の端面３２Ａと、出力バスバー４０の端面４２Ａと、絶縁板２１の第２面とで定義される溝２６が存在している。
　入力バスバー３０および出力バスバー４０は、一部の領域が制御回路基板２０と重なっており、ボルト挿通孔３１、４１が配置された領域は制御回路基板２０から外れている。各第１実装窓２４Ａの内側には、入力バスバー３０の一部が露出している。各第２実装窓２４Ｂの内側には、出力バスバー４０の一部が露出している。
　隔離板５０は、制御回路基板２０において、入力バスバー３０および出力バスバー４０が配置された面と同じ面に配置されている。隔離板５０は、溝２６の内部に配置される隔離部５１と、隔離部５１の両端にそれぞれ配置される２つのフレーム部５２とを備えている。隔離部５１は、細長い長方形の板であり、入力バスバー３０と出力バスバー４０との間に配置されている。２つのフレーム部５２は、隔離板５０の両端から、隔離板５０と垂直に延びる部分であって、入力バスバー３０および出力バスバー４０を挟んで配置されている。
　上記のように構成された回路構成体１１を形成する方法は、例えば以下のようである（図９参照）。
　まず、バスバー３０、４０および隔離板５０と絶縁板２１とを、接着層５３の基材であるプリプレグ５４を挟んで重ねる。次に、バスバー３０、４０および隔離板５０と絶縁板２１とプリプレグ５４との積層体を熱プレスし、プリプレグ５４を硬化させてバスバー３０、４０および隔離板５０と絶縁板２１とを接着する。なお、プリプレグ５４を構成する樹脂は、熱プレスによって流動し、その一部が隔離板５０と入力バスバー３０との隙間、および、隔離板５０と出力バスバー４０との隙間に入り込んで硬化する。この後、絶縁板２１にドリルによる機械加工を施して実装窓２４Ａ、２４Ｂを形成し、絶縁板２１の表面に導体回路２２を形成すればよい。
　半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂは、パワーＭＯＳＦＥＴであって、ハウジング６１と、このハウジング６１に設けられたドレイン端子６２、ソース端子６３およびゲート端子６４を備えている。ドレイン端子６２はハウジング６１の下面に配置されている。また、ソース端子６３およびゲート端子６４は、ハウジング６１の側面から突出している。
　６つの半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂのうち３つの半導体スイッチング素子（第１半導体スイッチング素子６０Ａ）は、一組の第１素子群６５Ａを構成している。６つの半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂのうち残り３つの半導体スイッチング素子（第２半導体スイッチング素子６０Ｂ）は、一組の第２素子群６５Ｂを構成している。
　図４に示すように、第１半導体スイッチング素子６０Ａは、それぞれ、第１実装窓２４Ａの内側に配置されている。そして、第１実装窓２４Ａの内側に露出している入力バスバー３０の一部にドレイン端子６２が接続され、制御回路基板２０上の接続回路２２Ａにソース端子６３が、制御回路２２Ｂにゲート端子６４が、それぞれ接続されている。同様に、第２半導体スイッチング素子６０Ｂは、それぞれ、第２実装窓２４Ｂの内側に配置されている。そして、第２実装窓２４Ｂの内側に露出している出力バスバー４０の一部にドレイン端子６２が接続され、制御回路基板２０上の接続回路２２Ａにソース端子６３が、制御回路２２Ｂにゲート端子６４がそれぞれ接続されている。接続は、例えばはんだＨにより行うことができる。
　このように配置されることによって、並列に接続された３つの半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂが１組とされ、２組の半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂが直列に接続される。２組の半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂは、互いに背中合わせ（back to back）に配置されている。
　複数の半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂを１組とするのは、大電流に対応するためである。つまり、複数の半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂを並列に接続することによって、電源回路に流すことのできる電流の総量を大きくできる。
　２組の半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂを背中合わせに配置するのは、以下の理由による。
　一般に、ＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチでは、ｐｎ接合による寄生ダイオードがソース－ドレイン間に生成される。したがって、ゲートをオフしてもソース側からドレイン側へこの寄生ダイオードを通じて電流が流れるため、ソース側からドレイン側への信号をオフすることができない。このため、メインバッテリ９０よりも補助バッテリ９１の電圧が高くなった時（アイドリングストップ時など）に、スイッチがオフになっているにもかかわらず、寄生ダイオードを通って電流が補助バッテリ９１からメインバッテリ９０に流れ込んでしまうことがある。２組のＭＯＳＦＥＴを、上記寄生ダイオードの向きが反対になるように直列に接続することによって、双方向の電流を遮断することが可能となる。
　入力バスバー３０には、メインバッテリ９０につながるハーネス７０Ａと接続された締結端子７１Ａが、ボルト挿通孔３１に挿通された電源端子７２Ａ（スタッドボルト）と、この電源端子７２Ａの先端に締め付けられたナット７３Ａとによって固定される。また、出力バスバー４０には、補助バッテリ９１につながるハーネス７０Ｂと接続された締結端子７１Ｂが、ボルト挿通孔４１に挿通された電源端子７２Ｂ（スタッドボルト）と、この電源端子７２Ｂの先端に締め付けられたナット７３Ｂとによって固定される。
　ケーシング８０は、ケース８１と覆い板８２とを備えている。ケース８１は、スイッチング基板１０の外形よりも一回り大きい外形を有するトレイ状のケースである。ケース８１は、スイッチング基板１０の制御回路基板２０が配置された面を全面にわたって覆っている。覆い板８２は、制御回路基板２０の外形と等しい外形を有する矩形状の板である。覆い板８２は、スイッチング基板１０において、制御回路基板２０が配置された領域の裏側に重ねられている。ケース８１と覆い板８２とはいずれも合成樹脂により形成されている。
　（本実施形態の効果）
　本実施形態によれば、メインバッテリ９０と補助バッテリ９１との間に配されるスイッチング基板１０に必要なバスバー３０、４０、制御回路基板２０、および半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂをシンプルにレイアウトすることができ、簡易な構成のスイッチング基板１０を提供できる。
　＜変形例＞
　本発明の変形例を、図１０を参照しつつ説明する。本変形例のスイッチング基板１０１は、入力バスバー１１０が第１凸部１１１Ａと第１凹部１１１Ｂとを有し、出力バスバー１２０が第２凸部１２１Ａと第２凹部１２１Ｂとを有している点を除き、実施形態と同様の構成である。スイッチング基板１０１において、実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
　入力バスバー１１０は、出力バスバー１２０側の端縁１１１に、出力バスバー１２０に向かって突出する複数の第１凸部１１１Ａを有している。複数の第１凸部１１１Ａは、一定のピッチで設けられている。隣り合う２つの第１凸部１１１Ａ、１１１Ａ間の領域は、出力バスバー１２０とは逆側に凹む第１凹部１１１Ｂとなっている。
　出力バスバー１２０は、入力バスバー１１０側の端縁１２１に、入力バスバー１１０に向かって突出する複数の第２凸部１２１Ａを有している。複数の第２凸部１２１Ａは、一定のピッチで設けられている。隣り合う２つの第２凸部１２１Ａ、１２１Ａ間の領域は、入力バスバー１１０とは逆側に凹む第２凹部１２１Ｂとなっている。
　複数の第１凸部１１１Ａと複数の第２凸部１２１Ａとは、互い違いに配置されている。複数の第１凸部１１１Ａのそれぞれは、第２凹部１２１Ｂと向い合せに配置され、突出端が第２凹部１２１Ｂ内に位置している。複数の第２凸部１２１Ａのそれぞれは、第１凹部１１１Ｂと向い合せに配置され、突出端が第１凹部１１１Ｂ内に位置している。
　上記の構成によれば、スイッチング基板１０１に予期しない大きな力が加えられた場合に、入力バスバー１１０と出力バスバー１２０との隙間に沿って制御回路基板２０が折れてしまうことを回避できる。
　＜他の実施形態＞
　本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、溝２６の内部に隔離板５０の隔離部５１が配置される例を示したが、例えば、制御回路基板２０とバスバー３０、４０とを接着した後に、溝２６に熱硬化性樹脂を流し込んで硬化させることにより、溝２６を埋めても構わない。
（２）上記実施形態では、補助電源は補助バッテリ９１であったが、補助電源としては、例えば、二次電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置を使用できる。
（３）上記実施形態では、実装窓２４Ａ、２４Ｂおよび半導体スイッチング素子６０Ａ、６０Ｂは３つが１組とされていたが、１組を構成する半導体スイッチング素子の数は２つまたは４つ以上であっても構わない。同様に、１組を構成する実装窓の数は２つまたは４つ以上であっても構わない。
１０、１０１：スイッチング基板
１１：回路構成体
２０：制御回路基板
２１：絶縁板
２２：導体回路
２２Ａ：制御回路
２２Ｂ：接続回路
２４Ａ：第１実装窓
２４Ｂ：第２実装窓
３０、１１０：入力バスバー
４０、１２０：出力バスバー
６０Ａ：第１半導体スイッチング素子
６０Ｂ：第２半導体スイッチング素子
６２：ドレイン端子
６３：ソース端子
６４：ゲート端子
９０：メインバッテリ（主電源）
９１：サブバッテリ（補助電源）
１１１：端縁
１１１Ａ：第１凸部
１１１Ｂ：第１凹部
１２１：端縁
１２１Ａ：第２凸部
１２１Ｂ：第２凹部

Claims (2)

  1. 　主電源と補助電源とを備える車両において、前記主電源と前記補助電源との間に配置されるスイッチング基板であって、
    　第１面及び第２面を有して絶縁性材料からなる絶縁板と、前記絶縁板の前記第１面に配される導体回路と、前記絶縁板の前記第１面から前記第２面まで貫通する複数の実装窓とを備える制御回路基板と、前記絶縁板の前記第２面に互いに間隔を空けて配置される入力バスバーおよび出力バスバーと、を備える回路構成体と、
    　前記回路構成体に実装され、ドレイン端子、ソース端子およびゲート端子を備える複数の半導体スイッチング素子と、を備え、
    　前記導体回路が、制御回路と、前記入力バスバーと前記出力バスバーとの間に配置される接続回路とを備え、
    　前記複数の実装窓のうち一部の実装窓は、内側に前記入力バスバーの一部が露出する第１実装窓であり、他の実装窓は、内側に前記出力バスバーの一部が露出する第２実装窓であり、
    　前記複数の半導体スイッチング素子のうち一部の半導体スイッチング素子は、前記第１実装窓の内側に配置され、前記ドレイン端子が前記入力バスバーの一部に接続され、前記ソース端子が前記接続回路に接続され、前記ゲート端子が前記制御回路に接続される第１半導体スイッチング素子であり、他の半導体スイッチング素子は、前記第２実装窓の内側に配置され、前記ドレイン端子が前記出力バスバーの一部に接続され、前記ソース端子が前記接続回路に接続され、前記ゲート端子が前記制御回路に接続される第２半導体スイッチング素子である、スイッチング基板。
  2. 　前記入力バスバーは、前記出力バスバー側の端縁に、前記出力バスバーに向かって突出する複数の第１凸部と、隣り合う２つの前記第１凸部の間に配置され、前記出力バスバーとは逆側に凹む第１凹部とを備え、
    　前記出力バスバーは、前記入力バスバー側の端縁に、前記入力バスバーに向かって突出する複数の第２凸部と、隣り合う２つの前記第２凸部の間に配置され、前記入力バスバーとは逆側に凹む第２凹部とを備えている、請求項１に記載のスイッチング基板。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6252872B2 (ja) * 2015-02-24 2017-12-27 株式会社オートネットワーク技術研究所 電気接続箱及び接続端子部品
JP2020013895A (ja) * 2018-07-18 2020-01-23 株式会社オートネットワーク技術研究所 回路基板
JP6958515B2 (ja) * 2018-09-03 2021-11-02 株式会社オートネットワーク技術研究所 回路構造体及び電気接続箱

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10126963A (ja) * 1996-10-14 1998-05-15 Yazaki Corp 車両用電源分配装置
US20050151508A1 (en) * 2004-01-14 2005-07-14 Alexander Cook Battery isolator
JP2006060949A (ja) * 2004-08-23 2006-03-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電源バックアップユニットおよびこれを用いた電子制御装置
JP2009017705A (ja) * 2007-07-05 2009-01-22 Yazaki Corp 電気接続箱及び電気接続箱の製造方法
JP2009146933A (ja) 2007-12-11 2009-07-02 Denso Corp バスバーとバスバーを備えた半導体装置
US20110127830A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-02 John Wayne Harding Battery Isolator Unit
JP2013187488A (ja) * 2012-03-09 2013-09-19 Panasonic Corp 半導体リレー装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19813369B4 (de) * 1998-03-26 2006-11-23 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug
JP3927017B2 (ja) 2001-11-26 2007-06-06 株式会社オートネットワーク技術研究所 回路構成体及びその製造方法
DE10254910B4 (de) * 2001-11-26 2008-12-24 AutoNetworks Technologies, Ltd., Nagoya Schaltkreisbildende Einheit und Verfahren zu deren Herstellung
US7046535B2 (en) * 2003-12-17 2006-05-16 Ballard Power Systems Corporation Architecture for power modules such as power inverters
JP2006310557A (ja) 2005-04-28 2006-11-09 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk スイッチングユニット
CN101263547A (zh) * 2005-06-24 2008-09-10 国际整流器公司 具有低电感的半导体半桥模块
US7928607B2 (en) * 2007-03-29 2011-04-19 Lamar Technologies Llc Aircraft power system and apparatus for supplying power to an aircraft electrical system
JP5320040B2 (ja) 2008-11-27 2013-10-23 株式会社熊谷組 バイブレータ
CN102005810A (zh) * 2010-11-26 2011-04-06 刘卉 车辆供电系统和方法、电源、安装装置及电源转接装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10126963A (ja) * 1996-10-14 1998-05-15 Yazaki Corp 車両用電源分配装置
US20050151508A1 (en) * 2004-01-14 2005-07-14 Alexander Cook Battery isolator
JP2006060949A (ja) * 2004-08-23 2006-03-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電源バックアップユニットおよびこれを用いた電子制御装置
JP2009017705A (ja) * 2007-07-05 2009-01-22 Yazaki Corp 電気接続箱及び電気接続箱の製造方法
JP2009146933A (ja) 2007-12-11 2009-07-02 Denso Corp バスバーとバスバーを備えた半導体装置
US20110127830A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-02 John Wayne Harding Battery Isolator Unit
JP2013187488A (ja) * 2012-03-09 2013-09-19 Panasonic Corp 半導体リレー装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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