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JP2023116851A - Electric power converter - Google Patents

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JP2023116851A
JP2023116851A JP2022019181A JP2022019181A JP2023116851A JP 2023116851 A JP2023116851 A JP 2023116851A JP 2022019181 A JP2022019181 A JP 2022019181A JP 2022019181 A JP2022019181 A JP 2022019181A JP 2023116851 A JP2023116851 A JP 2023116851A
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嘉▲徳▼ 松井
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

【課題】パルストランスとゲートドライバの放熱経路を分離することで部品の熱干渉を最小限に抑制し、部品を直近に実装することで小型・低コスト化を図る。【解決手段】ゲートドライバ5は、多層基板200の第一のパターン10および多層基板200を冷却器300に固定する第一のねじ20を介して冷却器300に熱的に当接されており、第一のパターン10はパルストランス8端子およびパルストランス8の端子に接続される配線と平面視で重ならないように配線している。【選択図】図2[Problem] To minimize thermal interference between components by separating the heat dissipation paths of a pulse transformer and a gate driver, and to reduce size and cost by mounting components close together. A gate driver 5 is in thermal contact with a cooler 300 via a first pattern 10 of a multilayer substrate 200 and a first screw 20 that fixes the multilayer substrate 200 to the cooler 300, The first pattern 10 is wired so as not to overlap the terminals of the pulse transformer 8 and the wires connected to the terminals of the pulse transformer 8 in plan view. [Selection diagram] Figure 2

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。 The present application relates to a power converter.

ハイブリッド自動車(HEV)あるいは電気自動車(EV)等に搭載される電力変換装置には小型化、低コスト化が求められる。
入力電力に基づいて出力電力を制御する車載電力変換装置においては、高価な絶縁ICの代わりに、低コストのパルストランスがしばしば用いられる。
しかしながら、複数のスイッチング素子の駆動にそれぞれパルストランスを使用した場合、実装面積が拡大し、大型化につながる懸念があった。そこで、例えば、多出力のパルストランスと多出力のゲートドライバを組み合わせ小型化する技術があった。(例えば下記特許文献1参照)。
Power converters installed in hybrid electric vehicles (HEV), electric vehicles (EV), etc. are required to be downsized and low in cost.
Low-cost pulse transformers are often used in place of expensive isolation ICs in on-vehicle power converters that control output power based on input power.
However, when a pulse transformer is used to drive a plurality of switching elements, there is a concern that the mounting area will increase, leading to an increase in size. Therefore, for example, there has been a technique for miniaturization by combining a multi-output pulse transformer and a multi-output gate driver. (See Patent Document 1 below, for example).

特開2021―168534号公報JP 2021-168534 A

パルストランスと、これを駆動するゲートドライバは直列的に繋がっており、二つの部品を繋ぐ配線はノイズ重畳を考慮しそれぞれ近傍に配置する必要がある。これらは近傍に配置していることから、どちらか一方が発熱した場合、多層基板の樹脂または多層基板のパターン等を介して他方に熱干渉し、熱の煽りを受けた部品は部品定格温度を超過する傾向にあった。多出力の部品では発熱しやすい傾向にあることから、この課題は上記のような手法ではより顕著となる。発熱の抑制を目的として直流抵抗を下げるために配線を太くする等した場合、部品が大型化、ひいては電力変換器全体が大型化していた。熱干渉しないように部品間の距離を取った場合、実装面積の観点から基板が大型化し、また、ノイズが重畳する可能性が有った。 The pulse transformer and the gate driver that drives it are connected in series, and the wiring that connects the two components must be placed close to each other in consideration of noise superimposition. Since these are placed close to each other, if one of them generates heat, it will cause thermal interference with the other via the resin of the multilayer board or the pattern of the multilayer board, and the part that receives the heat will exceed the rated temperature of the part. tended to exceed. Since multi-output components tend to generate heat, this problem becomes even more pronounced with the method described above. When the wiring is thickened in order to reduce the DC resistance for the purpose of suppressing heat generation, the size of the parts is increased, and thus the power converter as a whole is increased in size. If a distance is provided between components so as not to cause thermal interference, the substrate may become large in terms of mounting area, and noise may be superimposed.

本願は、上記課題を解決するためのものであり、実装部品ごとに放熱経路を形成することで、部品間において発生する熱干渉による発熱を抑制し部品、ひいては電力変換装置を小型化且つ低コストにすることを目的としている。 The present application is intended to solve the above problems, and by forming a heat dissipation path for each mounted component, heat generation due to thermal interference generated between components is suppressed, and the components, and thus the power converter, are made smaller and less expensive. It is intended to be

本願に開示される電力変換装置は、半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する制御部から出力された駆動信号を受け取りゲート信号を出力するゲートドライバと、ゲートドライバから半導体スイッチング素子にゲート信号を伝達するパルストランスが多層基板に実装された電力変換装置において、ゲートドライバは多層基板に設けられた第一のパターンおよび多層基板を冷却器に固定する第一のねじを介して冷却器と熱的に当接されており、第一のパターンはパルストランスの端子およびパルストランスの端子に接続される配線と平面視で重ならないものである。 A power conversion device disclosed in the present application includes a gate driver that receives a drive signal output from a control unit that generates a drive signal for a semiconductor switching element and outputs a gate signal, and a gate signal that is transmitted from the gate driver to the semiconductor switching element. In a power conversion device in which a pulse transformer is mounted on a multilayer substrate, the gate driver is in thermal contact with the cooler through the first pattern provided on the multilayer substrate and the first screw that fixes the multilayer substrate to the cooler. The first pattern does not overlap the terminals of the pulse transformer and the wiring connected to the terminals of the pulse transformer in plan view.

本願の電力変換装置によれば、小型のパルストランス及びゲートドライバの実装を可能にし、さらにこれらを直近に配置することが可能であるため、小型かつ低コストの電力変換装置を実現できる。 According to the power conversion device of the present application, it is possible to implement a small pulse transformer and a gate driver, and to arrange them in close proximity, so that a small and low-cost power conversion device can be realized.

実施の形態1に係る電力変換装置の回路構成例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a circuit configuration example of a power converter according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係る電力変換装置における放熱経路の分断例を平面視にて示す図である。FIG. 4 is a plan view showing an example of division of a heat dissipation path in the power conversion device according to Embodiment 1; 実施の形態1に係る電力変換装置における放熱経路の分断例を側面視にて示す図である。FIG. 4 is a side view showing an example of dividing a heat dissipation path in the power conversion device according to Embodiment 1; 実施の形態1に係る電力変換装置におけるパルストランスが放熱パターンを有する例を平面視にて示す図である。4 is a plan view showing an example in which the pulse transformer in the power converter according to Embodiment 1 has a heat radiation pattern; FIG. 実施の形態1に係る電力変換装置におけるパルストランスが放熱パターンを有する例を側面視にて示す図である。FIG. 4 is a side view showing an example in which the pulse transformer in the power converter according to Embodiment 1 has a heat dissipation pattern; 実施の形態1に係る電力変換装置においてスリットを使用した放熱経路の分断例を平面視にて示す図である。FIG. 4 is a plan view showing an example of dividing a heat dissipation path using slits in the power conversion device according to the first embodiment; 実施の形態1に係る電力変換装置においてスリットを使用した放熱経路の分断例を側面視にて示す図である。FIG. 4 is a side view showing an example of dividing a heat dissipation path using a slit in the power converter according to the first embodiment; 実施の形態1に係る電力変換装置においてパルストランスの端子直下に放熱経路を設けた例を平面視にて示す図である。FIG. 4 is a plan view showing an example in which a heat dissipation path is provided directly under the terminals of the pulse transformer in the power converter according to Embodiment 1; 実施の形態1に係る電力変換装置においてパルストランスの端子直下に放熱経路を設けた例を側面視にて示す図である。FIG. 4 is a side view showing an example in which a heat dissipation path is provided directly under the terminals of the pulse transformer in the power converter according to the first embodiment; 実施の形態1に係る電力変換装置において、パルストランスの巻き線を多層基板に実装した場合における放熱経路の分断例を分解して示す斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of division of a heat radiation path when windings of a pulse transformer are mounted on a multilayer substrate in the power conversion device according to Embodiment 1; 実施の形態1に係る電力変換装置において、パルストランスの巻き線を多層基板に実装した場合における放熱経路の分断例を平面視にて示す図である。FIG. 4 is a plan view showing an example of division of a heat dissipation path when windings of a pulse transformer are mounted on a multilayer substrate in the power conversion device according to Embodiment 1; 実施の形態1に係る電力変換装置において、パルストランスの巻き線を多層基板に実装した場合における放熱経路の分断例を側面視にて示す図である。FIG. 4 is a side view showing an example of division of a heat dissipation path in the case where windings of a pulse transformer are mounted on a multilayer substrate in the power converter according to Embodiment 1; 実施の形態1に係る電力変換装置において、パルストランスの巻き線及び冷却パターンを冷却器に当接した場合における放熱経路の分断例を平面視にて示す図である。FIG. 4 is a plan view showing an example of division of a heat dissipation path when windings and a cooling pattern of a pulse transformer are brought into contact with a cooler in the power conversion device according to Embodiment 1; 実施の形態1に係る電力変換装置において、パルストランスの巻き線及び冷却パターンを冷却器に当接した場合における放熱経路の分断例を側面視にて示す図である。FIG. 4 is a side view showing an example of division of a heat radiation path when windings and a cooling pattern of a pulse transformer are brought into contact with a cooler in the power conversion device according to Embodiment 1; 実施の形態1係る電力変換装置おけるゲートドライバの放熱パターンに関する配線例を平面視にて示す図である。FIG. 2 is a plan view showing a wiring example related to a heat radiation pattern of a gate driver in the power conversion device according to the first embodiment;

実施の形態1.
以下、実施の形態1について説明する。
図1は、実施の形態1による電力変換装置の一例である。図1に示すように、電力変換装置1000は、半導体スイッチング素子1a~1dと、トランス2と、ダイオード3a~3dと、平滑リアクトル4とで主回路が構成される。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、直流カット用コンデンサ7、パルストランス8、ゲート抵抗9a~9dを介して半導体スイッチング素子1a~1dのゲートに当接され、それぞれを駆動する。半導体スイッチング素子1a~1dは、例えばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)あるいはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の自己消弧型半導体、ワイドバンドギャップ半導体でもよい。
Embodiment 1.
Embodiment 1 will be described below.
FIG. 1 is an example of a power converter according to Embodiment 1. FIG. As shown in FIG. 1, the power converter 1000 includes semiconductor switching elements 1a to 1d, a transformer 2, diodes 3a to 3d, and a smoothing reactor 4 to form a main circuit. A gate signal generated by the control unit 100 is applied to the gates of the semiconductor switching elements 1a to 1d through the gate driver 5, the gate resistor 6, the DC cut capacitor 7, the pulse transformer 8, and the gate resistors 9a to 9d. to drive. The semiconductor switching elements 1a to 1d may be self arc-extinguishing semiconductors such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) or IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), or wide bandgap semiconductors.

制御部100は、センシングされた電力変換装置1000の入出力電圧および入出力電流などを元に、所望のトポロジーで半導体スイッチング素子1a~1dを駆動する。制御部100より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。 The control unit 100 drives the semiconductor switching elements 1a to 1d in a desired topology based on the sensed input/output voltage and input/output current of the power converter 1000. FIG. A gate signal output from the control unit 100 is transmitted to the gate driver 5 .

ゲートドライバ5は、パルストランス8を介して、各半導体スイッチング素子1a~1dを駆動する。なお、本実施の形態では、2出力を有する2出力タイプの1つのゲートドライバICとしているが、1出力を有する1出力タイプのゲートドライバを2個使用する、あるいは、半導体部品であるディスクリートで構成してもよい。パルストランス8は、2つ以上の半導体スイッチング素子1a~1dに接続され、ゲートドライバ5は、2つ以上の半導体スイッチング素子1a~1dを駆動する。 A gate driver 5 drives each of the semiconductor switching elements 1a to 1d through a pulse transformer 8. FIG. In this embodiment, one gate driver IC having two outputs is used. However, two gate drivers having one output and having one output are used, or they are composed of discrete semiconductor components. You may The pulse transformer 8 is connected to two or more semiconductor switching elements 1a-1d, and the gate driver 5 drives the two or more semiconductor switching elements 1a-1d.

ゲートドライバ5より伝達されたゲート信号はパルストランス8を介して、半導体スイッチング素子1a,1dと1b,1cの組合せで片側アームずつ駆動する。パルストランスの適用により、高圧側と低圧側を絶縁でき、また、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く、電源回路数を最小限にできる。
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は、半導体スイッチング素子1bをオフするよう出力側極性を相互逆に当接させる。このようにすることで、アーム短絡が防止することができる。
A gate signal transmitted from the gate driver 5 is passed through the pulse transformer 8 to drive the combination of the semiconductor switching elements 1a, 1d and 1b, 1c for each arm. By applying a pulse transformer, the high voltage side and the low voltage side can be insulated, and the number of power supply circuits can be minimized without adding a new power supply circuit for driving the switching element.
In this embodiment, when the semiconductor switching element 1a is turned on, the polarities of the output sides are reversed so that the semiconductor switching element 1b is turned off. Arm short-circuit can be prevented by doing in this way.

ゲート抵抗6および9a~9dを、パルストランス8の前後に備え、各半導体スイッチング素子1a~1dに印加されるときの波形を調整することで、主回路スイッチング動作時の電圧、電流の立ち上がりおよび立ち下がりを調整できる。この調整により、主回路スイッチング動作時のサージ電圧を抑制でき、これにより、主回路のスイッチング起因によるノイズ発生を抑制できる。ゲート抵抗6および9a~9dはそれぞれ一素子のみ記載しているが、並列、直列あるいは複数組合せで実現してもよい。 Gate resistors 6 and 9a to 9d are provided before and after the pulse transformer 8, and by adjusting the waveform when applied to each semiconductor switching element 1a to 1d, the rise and fall of the voltage and current during the main circuit switching operation are controlled. You can adjust the descent. This adjustment can suppress the surge voltage during the switching operation of the main circuit, thereby suppressing the noise caused by the switching of the main circuit. Although only one element of each of the gate resistors 6 and 9a-9d is shown, they may be implemented in parallel, in series, or in combination.

直流カット用コンデンサ7は、パルストランス入力への直流成分をカットするためのもので、これにより、パルストランスの損失を軽減し、パルストランスの磁気飽和を抑制、パルストランスの小型化に寄与する。 The DC cut capacitor 7 is for cutting the DC component to the pulse transformer input, thereby reducing the loss of the pulse transformer, suppressing the magnetic saturation of the pulse transformer, and contributing to the size reduction of the pulse transformer.

パルストランス8とゲートドライバの5間の配線におけるノイズ重畳を避けるため、これら二つの部品は直近に配置する必要がある。ゲート信号を伝達する際、パルストランス8およびゲートドライバ5内部において電流が発生し、これにより生じた損失で発熱するが、この時、パルストランス8およびゲートドライバ5は直近に配置されているため、どちらか一方の熱が他方に伝わる熱干渉が発生する。この熱干渉は、冷却パターン、パルストランス8およびゲートドライバ5の周辺の空気、パルストランス8およびゲートドライバ5が実装されている基板の樹脂等を介して発生する。 In order to avoid noise superimposition in the wiring between the pulse transformer 8 and the gate driver 5, these two components must be arranged in close proximity. When a gate signal is transmitted, a current is generated inside the pulse transformer 8 and the gate driver 5, and heat is generated due to the loss caused by this current. Thermal interference occurs in which the heat of one is transferred to the other. This thermal interference occurs through the cooling pattern, the air around the pulse transformer 8 and the gate driver 5, the resin of the substrate on which the pulse transformer 8 and the gate driver 5 are mounted, and the like.

以下では、熱干渉経路を分断することでパルストランス8およびゲートドライバ5を直近に配置しながら、パルストランスの巻き線を太くすることをせずに小型化できる構成について説明する。 In the following, a configuration will be described in which the pulse transformer 8 and the gate driver 5 are placed close to each other by dividing the thermal interference path, and the size can be reduced without thickening the winding wire of the pulse transformer.

図2、図3に記載のように、ゲートドライバ5は制御部100よりゲートドライバ5の入力線18を介して入力されたゲート信号を、多層基板200に実装されたゲート抵抗6および直流カット用コンデンサ7等を含んだ回路部品群23と、これら回路部品群とパルストランス8との間のパターン15を介してパルストランス8に伝達する。なお、以降の図の側面視は、平面視の基板手前方向から見た側面の透視図である。 As shown in FIGS. 2 and 3, the gate driver 5 receives a gate signal input from the control unit 100 via the input line 18 of the gate driver 5, and converts it to the gate resistor 6 mounted on the multi-layer substrate 200 and the DC blocking circuit. The signal is transmitted to the pulse transformer 8 via a circuit component group 23 including the capacitor 7 and the like and a pattern 15 between the circuit component group and the pulse transformer 8 . Note that the side view in the subsequent figures is a perspective view of the side seen from the front side of the substrate in plan view.

パルストランス8に入力されたゲート信号はパルストランス8と半導体スイッチング素子1a~1dとの間のパターン17に出力され、ゲート抵抗9a~9dを介して半導体スイッチング素子1a~1dのゲート部に入力される。ゲートドライバ5は多層基板200における配線のための第一のパターン10、第一のパターン10において後述の第一のねじ20周辺に設けられたランドおよび多層基板200を固定するための第一のねじ20を介して冷却器300の突起部300aを介して熱的に当接される。以降、図に記載のねじは存在の明示のため、前面に示している。この時、第一のパターン10はゲートドライバ5のサーマルパッド19に当接される。また、パルストランス8の端子と第一のパターン10、パルストランス8および回路部品群23間のパターン15と第一のパターン10がそれぞれ平面視で重ならないように配線する。 A gate signal input to the pulse transformer 8 is output to the pattern 17 between the pulse transformer 8 and the semiconductor switching elements 1a to 1d, and is input to the gate portions of the semiconductor switching elements 1a to 1d via the gate resistors 9a to 9d. be. The gate driver 5 includes a first pattern 10 for wiring in the multilayer substrate 200, a land provided in the first pattern 10 around a first screw 20 to be described later, and a first screw for fixing the multilayer substrate 200. 20 is thermally contacted via the protrusion 300a of the cooler 300. As shown in FIG. Hereafter, the screws described in the figures are shown on the front surface for clarity of their existence. At this time, the first pattern 10 is brought into contact with the thermal pad 19 of the gate driver 5 . Also, wiring is performed so that the terminal of the pulse transformer 8 and the first pattern 10 and the pattern 15 between the pulse transformer 8 and the circuit component group 23 and the first pattern 10 do not overlap in plan view.

なお、第一のパターン10は一般的にGNDパターンであり、例えば、ノイズ抑制のために回路部品群23の周囲まで広がっている。パルストランス8の端子およびパルストランス8および回路部品群23間のパターン15の下層に第一のパターン10を配線した場合、ゲートドライバ5において発生した熱は第一のパターン10、第一のパターン10上の、パルストランス8の端子およびパルストランス8および回路部品群23間のパターン15を介してパルストランス8の内部に伝わる。 Note that the first pattern 10 is generally a GND pattern, and extends to the periphery of the circuit component group 23 for noise suppression, for example. When the first pattern 10 is wired in the lower layer of the terminal of the pulse transformer 8 and the pattern 15 between the pulse transformer 8 and the circuit component group 23, the heat generated in the gate driver 5 is It is transmitted to the inside of the pulse transformer 8 via the upper terminal of the pulse transformer 8 and the pattern 15 between the pulse transformer 8 and the circuit component group 23 .

このような熱干渉を防ぐため、前述のようにパルストランス8の端子、パルストランス8および回路部品群23間のパターン15と、第一のパターン10が重ならないように配線する。熱干渉を抑制した結果、部品定格温度内に抑えることができるため、実装部品を小型にすることができ、ひいては電力変換器を小型化できる。 In order to prevent such thermal interference, wiring is performed so that the terminals of the pulse transformer 8, the pattern 15 between the pulse transformer 8 and the circuit component group 23, and the first pattern 10 do not overlap, as described above. As a result of suppressing the thermal interference, it is possible to keep the temperature within the rated temperature range of the parts, so that the size of the mounted parts can be reduced, and the size of the power converter can be reduced.

以下では、パルストランス8に対しても冷却パターンを設けた場合について説明する。先の形態と同様、図4、図5に示す通り、パルストランス8およびゲートドライバ5は多層基板200に実装された回路部品群23と、これら回路部品群とパルストランス8間のパターン15を介してゲート信号を伝達する。ゲートドライバ5は多層基板200における第一のパターン10、第一のパターン10における第一のねじ20周辺に設けられたランドおよび多層基板200を固定するための第一のねじ20を介して冷却器300に熱的に当接される。 A case in which a cooling pattern is also provided for the pulse transformer 8 will be described below. As in the previous embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the pulse transformer 8 and the gate driver 5 are connected via a circuit component group 23 mounted on a multilayer substrate 200 and a pattern 15 between the circuit component group and the pulse transformer 8. to transmit the gate signal. The gate driver 5 is connected to the cooler via the first pattern 10 in the multilayer substrate 200, the land provided around the first screw 20 in the first pattern 10, and the first screw 20 for fixing the multilayer substrate 200. 300 is thermally abutted.

一方、パルストランス8は絶縁性の放熱部材29、放熱部材29に当接された多層基板200の配線のための第二のパターン11、第二のパターン11に設けられた後述の第二のねじ21周辺に設けられたランドおよび多層基板200を固定するための第二のねじ21を介して冷却器300の突起部300aを介して熱的に当接される。この放熱部材29には放熱シートあるいはシリコン系のグリスなどを用いてもよい。 On the other hand, the pulse transformer 8 includes an insulating heat radiating member 29, a second pattern 11 for wiring of the multilayer substrate 200 in contact with the heat radiating member 29, and a second screw provided in the second pattern 11. 21 and the second screws 21 for fixing the multilayer substrate 200 are thermally contacted via the projections 300 a of the cooler 300 . A heat-dissipating sheet or silicon-based grease may be used for the heat-dissipating member 29 .

上記の構成において、第一のパターン10と第二のパターン11は分断し、第一のパターン10は第二のパターン11、パルストランス8および回路部品群23間のパターン15とそれぞれ平面視で重ならないように配線しつつ、第一のパターン10と第二のパターン11をそれぞれ冷却器300に突起部300bを介して当接する。 In the above configuration, the first pattern 10 and the second pattern 11 are separated, and the first pattern 10 overlaps the second pattern 11, the pulse transformer 8 and the pattern 15 between the circuit component groups 23 in plan view. The first pattern 10 and the second pattern 11 are brought into contact with the cooler 300 through the protrusions 300b, respectively, while wiring so as not to cause the wiring to become uneven.

第一のパターン10と第二のパターン11が分断されていないもしくは平面視で重なっていた場合、ゲートドライバ5の方がパルストランス8よりも高温である環境下において、その熱はゲートドライバ5から第一のパターン10および第一のねじ20を介して冷却器300に放熱される一方で、第一のパターン10、第二のパターン11を介してパルストランス8へと熱が伝達し、パルストランス8の温度が上昇する。そこで、第一のパターン10と第二のパターン11は分断することで熱の伝達経路を無くし、熱干渉による発熱を抑制する。熱干渉を抑制した結果、部品定格温度内に抑えることができるため、実装部品を小型にすることができ、ひいては電力変換器を小型化できる。 When the first pattern 10 and the second pattern 11 are not separated or overlap each other in a plan view, in an environment where the temperature of the gate driver 5 is higher than that of the pulse transformer 8, the heat is dissipated from the gate driver 5. While the heat is radiated to the cooler 300 via the first pattern 10 and the first screw 20, the heat is transmitted to the pulse transformer 8 via the first pattern 10 and the second pattern 11, and the pulse transformer The temperature of 8 rises. Therefore, the first pattern 10 and the second pattern 11 are separated to eliminate the heat transfer path and suppress heat generation due to thermal interference. As a result of suppressing the thermal interference, it is possible to keep the temperature within the rated temperature range of the parts, so that the size of the mounted parts can be reduced, and the size of the power converter can be reduced.

以下では、多層基板のパターンによる熱干渉だけでなく、多層基板の基材を介した熱干渉経路を抑制する方法について説明する。前述の通り、パルストランス8およびゲートドライバ5における熱の伝達経路は多層基板におけるパターンだけではなく、多層基板に充填された基材も同様に伝達経路になりうる。そこで、図6、図7に記載のように、前述の第一のパターンと第二のパターン間および、パルストランス8およびゲートドライバ5の間に基材が充填されていない空間(スリット28)を設ける。 A method for suppressing not only the thermal interference due to the pattern of the multilayer substrate but also the thermal interference path through the base material of the multilayer substrate will be described below. As described above, the heat transfer path in the pulse transformer 8 and the gate driver 5 can be not only the pattern in the multilayer substrate but also the base material filled in the multilayer substrate. Therefore, as shown in FIGS. 6 and 7, spaces (slits 28) not filled with the base material are provided between the first pattern and the second pattern and between the pulse transformer 8 and the gate driver 5. establish.

このスリット28により、多層基板の樹脂を介したパルストランス8およびゲートドライバ5間の熱干渉も抑制できるため、熱干渉の影響を最小限化出来る。このスリット28と、パルストランス8および回路部品群23間のパターン15との間には、例えば、基板を製造する上で必要な最小距離をもうける。製造制約として距離を無くせる場合は、スリット28にパルストランス8および回路部品群23間のパターン15が露出するため、パルストランス8および回路部品群23間のパターン15と冷却器300との間に絶縁距離を設ける。 This slit 28 can also suppress thermal interference between the pulse transformer 8 and the gate driver 5 through the resin of the multilayer substrate, so that the influence of thermal interference can be minimized. Between the slit 28 and the pattern 15 between the pulse transformer 8 and the circuit component group 23, for example, a minimum distance necessary for manufacturing the substrate is provided. If the distance can be eliminated as a manufacturing constraint, since the pattern 15 between the pulse transformer 8 and the circuit component group 23 is exposed in the slit 28, there is no gap between the pattern 15 between the pulse transformer 8 and the circuit component group 23 and the cooler 300. Provide insulation distance.

パルストランス8における第二のパターン11は、図8、図9に記載のように、パルストランス8の端子と基板平面視で重なるような、内層の基板パターンとしてもよい。このような構成とすることで、パルストランス8において発生した熱はパルストランス8の端子を介してパルストランス8および半導体スイッチング素子1a~1d間のパターン17、パルストランス8および半導体スイッチング素子1a~1d間のパターン17に重なる第二のパターン11に伝達される。さらにスルーホール30を介して表層に設けられた第二のパターン11のランド、第二のねじ21を介して冷却器300に伝達されることで放熱される。ゲートドライバ5は多層基板200における第一のパターン10、第一のパターン10における第一のねじ20周辺に設けられたランドおよび多層基板200を固定するための第一のねじ20を介して冷却器300に熱的に当接される。このような構成においては、前述した放熱部材29を用いる必要が無くなるため、低コスト化を実現できる。 As shown in FIGS. 8 and 9, the second pattern 11 in the pulse transformer 8 may be an inner-layer substrate pattern that overlaps the terminals of the pulse transformer 8 in plan view. With such a configuration, heat generated in the pulse transformer 8 is transmitted through the terminals of the pulse transformer 8 to the pattern 17 between the pulse transformer 8 and the semiconductor switching elements 1a to 1d, the pulse transformer 8 and the semiconductor switching elements 1a to 1d. It is transmitted to the second pattern 11 which overlaps the pattern 17 in between. Furthermore, heat is radiated by being transmitted to the cooler 300 via the land of the second pattern 11 provided on the surface layer through the through hole 30 and the second screw 21 . The gate driver 5 is connected to the cooler via the first pattern 10 in the multilayer substrate 200, the land provided around the first screw 20 in the first pattern 10, and the first screw 20 for fixing the multilayer substrate 200. 300 is thermally abutted. In such a configuration, since it is not necessary to use the heat radiation member 29 described above, cost reduction can be realized.

前述のパルストランス8の巻き線は多層基板に実装してもよい。この場合、基板に穴をあけて、コアを挿入し、コアの周囲の基板パターンにて巻線を形成する。例えば、図10に記載のように多層基板200の第二層L2においてパルストランスのコア24およびコア25の周囲を周回した一次側巻き線14は多層基板200のスルーホールを通り、第三層L3を介して一次側の入力側に戻り、パルストランス8および回路部品群23間のパターン15に当接する。同様に、多層基板200の第一層L1においてコアの周囲を周回した二次側巻き線16は多層基板200のスルーホールを通り、第四層L4を介して二次側の入力側に戻り、パルストランス8および半導体スイッチング素子1a~1d間のパターン17に当接される。このような構成をとることで、パルストランス8の部品高を抑制できるため、電力変換器を小型化できる。 The windings of the pulse transformer 8 described above may be mounted on a multilayer substrate. In this case, a hole is made in the substrate, the core is inserted, and the winding is formed by the substrate pattern around the core. For example, as shown in FIG. 10, in the second layer L2 of the multilayer substrate 200, the primary winding 14 that has wound around the cores 24 and 25 of the pulse transformer passes through the through-holes of the multilayer substrate 200 and reaches the third layer L3. , and contacts the pattern 15 between the pulse transformer 8 and the circuit component group 23 . Similarly, the secondary winding 16 that has wound around the core in the first layer L1 of the multilayer substrate 200 passes through the through holes in the multilayer substrate 200 and returns to the input side of the secondary via the fourth layer L4. It abuts on the pattern 17 between the pulse transformer 8 and the semiconductor switching elements 1a to 1d. By adopting such a configuration, the component height of the pulse transformer 8 can be suppressed, so that the size of the power converter can be reduced.

巻き線を多層基板200に実装した場合、パターンにおいて発生した熱はコアに囲まれた空間に溜まり、放熱しにくい。そこで図11、図12に示すように、パルストランス8の二次側巻き線16の最外層の一部の配線を太くして、パルストランス8の一次側巻き線14と平面視で重ならないような二次側巻き線配線拡大領域27を作り、二次側巻き線配線拡大領域27と平面視で重なるように第四のパターン13を配線の上、スルーホール30で第一層L1の第三のパターン12に当接する。 When the winding wire is mounted on the multilayer substrate 200, the heat generated in the pattern accumulates in the space surrounded by the core, making it difficult to dissipate the heat. Therefore, as shown in FIGS. 11 and 12, the wiring in the outermost layer of the secondary winding 16 of the pulse transformer 8 is partially thickened so that it does not overlap with the primary winding 14 of the pulse transformer 8 in plan view. After wiring the fourth pattern 13 so as to overlap the secondary winding wiring enlarged region 27 in a plan view, the through hole 30 is used to form the third wiring of the first layer L1. abuts on the pattern 12 of

パルストランス8の一次側巻き線14は、二次側巻き線16と同様に、最外層の一部の配線を太くして、パルストランス8の二次側巻き線16と平面視で重ならないような一次側巻き線配線拡大領域26を作り、一次側巻き線配線拡大領域26と平面視で重なるように第三のパターン12を配線する。 As with the secondary winding 16, the primary winding 14 of the pulse transformer 8 has a part of the wiring in the outermost layer thickened so that it does not overlap the secondary winding 16 of the pulse transformer 8 in plan view. A primary side winding wire enlarged region 26 is formed, and the third pattern 12 is wired so as to overlap the primary side winding wire enlarged region 26 in plan view.

第三のパターン12は、多層基板200を冷却器300に固定する第二のねじ21を介して冷却器300に熱的に当接する。また、ゲートドライバ5は多層基板200における第一のパターン10、第一のパターン10に設けられたランドおよび第一のパターン10多層基板200を固定するための第一のねじ20を介して冷却器300に突起部300aを介して熱的に当接される。 The third pattern 12 thermally abuts the cooler 300 via the second screw 21 that secures the multilayer substrate 200 to the cooler 300 . Also, the gate driver 5 is connected to the cooler via the first screw 20 for fixing the first pattern 10 in the multilayer substrate 200 , the land provided in the first pattern 10 and the first pattern 10 in the multilayer substrate 200 . 300 is thermally abutted through the protrusion 300a.

前述のような構成において、第一のパターン10と表層の第三のパターン12、第一のパターン10と内層の第四のパターン13はそれぞれ当接しない。このような構成にすることで、パルストランス8およびゲートドライバ5間に発生する熱干渉を抑制しつつ、パルストランス8の巻き線を多層基板に実装したことによって発生する熱の伝達も抑制できる。パルストランス8の一次側巻き線14において発生した熱は、隣接する表層の第三のパターン12、第三のパターン12において設けられた第二のねじ21周辺のランドおよび第二のねじ21を介して冷却器300に放熱される。 In the configuration as described above, the first pattern 10 and the third pattern 12 on the surface layer, and the first pattern 10 and the fourth pattern 13 on the inner layer do not contact each other. By adopting such a configuration, it is possible to suppress thermal interference occurring between the pulse transformer 8 and the gate driver 5 and also suppress heat transfer caused by mounting the windings of the pulse transformer 8 on the multilayer substrate. The heat generated in the primary winding 14 of the pulse transformer 8 passes through the third pattern 12 on the adjacent surface layer, the land around the second screw 21 provided in the third pattern 12, and the second screw 21. , the heat is radiated to the cooler 300 .

また、パルストランス8の二次側巻き線において発生した熱は、隣接する内層の第四のパターン13、第四のパターン13に設けられたスルーホール30を介して表層の第三のパターン12に伝達され、一次側巻き線同様、第三のパターン12において設けられた第二のねじ周辺のランドおよび第二のねじ21を介して冷却器300の突起部300bを介した放熱される。この時、パルストランス8において発生した熱、ゲートドライバ5において発生した熱はそれぞれ別の経路をたどって放熱されるため、熱干渉が発生せず、それぞれを小型化できる。本形態では、パルストランス8の一次側巻き線における冷却パターンと二次側巻き線における冷却パターンを同一のものとしたが、一次側巻き線と二次側巻き線で放熱パターンを分け、それぞれにねじを設けて冷却器に当接してもよい。一次側巻き線と二次側巻き線で放熱パターンを分けることでより効率的にパルストランス8を冷却することができる。 Further, the heat generated in the secondary winding of the pulse transformer 8 is transferred to the third pattern 12 of the surface layer through the fourth pattern 13 of the adjacent inner layer and through holes 30 provided in the fourth pattern 13. The heat is transmitted and radiated through the projection 300b of the cooler 300 through the land around the second screw provided in the third pattern 12 and the second screw 21, similar to the primary winding. At this time, the heat generated in the pulse transformer 8 and the heat generated in the gate driver 5 are dissipated through different paths, so that heat interference does not occur and the size of each can be reduced. In this embodiment, the cooling pattern for the primary winding of the pulse transformer 8 and the cooling pattern for the secondary winding are the same. Threads may be provided to abut the cooler. The pulse transformer 8 can be cooled more efficiently by dividing the heat radiation pattern between the primary winding and the secondary winding.

また、上記ではパルストランス8の一次側巻き線および二次側巻き線を冷却するものとしたが、それぞれに接続されるパルストランス8および回路部品群23間のパターン15およびパルストランス8および半導体スイッチング素子1a~1d間のパターン17を冷却した場合についても同様の効果が期待できる。加えて、本実施の形態では4層基板とし、パルストランス8の一次側巻き線14の上下層に冷却パターンとして第三のパターン12、パルストランス8の二次側巻き線16の上下層に冷却パターンとして第四のパターン13を設けているが、6層基板として、第一層にパルストランス8の二次側巻き線16の冷却パターンとして第四のパターン13を、第二層にパルストランス8の二次側巻き線16を、第三層にパルストランス8の一次側巻き線14を、第四層にパルストランス8の一次側巻き線14の冷却パターンとして第三のパターン12を、第五層にパルストランス8の一次側巻き線14を、第六層にパルストランス8の二次側巻き線16を配線することで各巻き線を冷却しても同様の効果が期待できる。 In the above description, the primary winding and the secondary winding of the pulse transformer 8 are cooled. A similar effect can be expected when the pattern 17 between the elements 1a to 1d is cooled. In addition, in this embodiment, a four-layer substrate is used, and a third pattern 12 is provided as a cooling pattern on the upper and lower layers of the primary winding 14 of the pulse transformer 8, and a cooling pattern 12 is provided on the upper and lower layers of the secondary winding 16 of the pulse transformer 8. A fourth pattern 13 is provided as a pattern. As a six-layer substrate, the fourth pattern 13 is provided as a cooling pattern for the secondary winding 16 of the pulse transformer 8 on the first layer, and the pulse transformer 8 is provided on the second layer. primary winding 14 of the pulse transformer 8 on the third layer, the third pattern 12 as a cooling pattern for the primary winding 14 of the pulse transformer 8 on the fourth layer, and the fifth A similar effect can be expected by wiring the primary winding 14 of the pulse transformer 8 on the layer and the secondary winding 16 of the pulse transformer 8 on the sixth layer to cool each winding.

以下では、パルストランス8の冷却パターンに対してねじを設けずに、ゲートドライバ5との放熱経路を分離する方法について説明する。先述では、パルストランス8の一次巻線が内層(第二層L2、第三層L3)、二次巻線を表層(第一層L1、第四層L4)としたが、ここではパルストランス8の二次巻線が内層(第二層L2、第三層L3)、一次巻線が表層(第一層L1、第四層L4)の場合について説明する。多層基板200の第一層L1においてコアの周囲を周回した一次側巻き線14は多層基板200のスルーホールを通り、第四層L4を介して一次側の入力側に戻る。同様に、多層基板200の第二層L2においてコアの周囲を周回した二次側巻き線16は多層基板200のスルーホールを通り、第三層L3を介して二次側の入力側に戻る。図13、図14に示すようにパルストランス8の一次側巻き線14は多層基板200の表層(第一層L1、第四層L4)に配線される。 A method for separating the heat dissipation path from the gate driver 5 without providing a screw for the cooling pattern of the pulse transformer 8 will be described below. In the above description, the primary winding of the pulse transformer 8 is the inner layer (second layer L2, third layer L3), and the secondary winding is the surface layer (first layer L1, fourth layer L4). A case where the secondary winding is on the inner layer (second layer L2, third layer L3) and the primary winding is on the surface layer (first layer L1, fourth layer L4) will be described. The primary winding 14 that has wound around the core in the first layer L1 of the multilayer substrate 200 passes through the through holes in the multilayer substrate 200 and returns to the input side of the primary via the fourth layer L4. Similarly, the secondary winding 16 wound around the core in the second layer L2 of the multilayer substrate 200 passes through the through holes in the multilayer substrate 200 and returns to the input side of the secondary via the third layer L3. As shown in FIGS. 13 and 14, the primary winding 14 of the pulse transformer 8 is wired on the surface layers (first layer L1, fourth layer L4) of the multilayer substrate 200. FIG.

一方で、パルストランス8の二次側巻き線16は内層(第二層L2、第三層L3)に配線され、パルストランス8の二次側巻き線16の最外層の一部の配線を太くして、パルストランス8の一次側巻き線14と平面視で重ならないような二次側巻き線配線拡大領域27を作り、二次側巻き線配線拡大領域27と平面視で重なるように第三のパターン12を配線する。この場合、第三のパターン12の一部およびパルストランス8の一次側巻き線の一部にはレジストを設けず、配線を露出させ、絶縁性の放熱部材29を介して冷却器300に熱的に当接する。ゲートドライバ5は多層基板200における第一のパターン10、第一のパターン10に設けられたランドおよび多層基板200を固定するための第一のねじ20を介して冷却器300に熱的に当接される。ゲートドライバ5において発生した熱は第一のパターン10、第一のパターン10に設けられた第一のねじ20の周辺のランド、第一のねじ20を介して冷却器300に放熱される。一方でパルストランス8の一次側巻き線において発生した熱は、放熱部材29を介して冷却器300に放熱され、二次側巻き線16において発生した熱は二次側巻き線配線拡大領域27から隣接する第三のパターン12および放熱部材29を介して冷却器300に放熱される。このような構成をとることで、ねじ等の部品を介さずに、パルストランス8の巻き線をそれぞれ直接冷却しながら、ゲートドライバ5の放熱経路と分断することが可能となる。 On the other hand, the secondary winding 16 of the pulse transformer 8 is wired in the inner layers (second layer L2, third layer L3), and part of the outermost layer wiring of the secondary winding 16 of the pulse transformer 8 is thickened. Then, a secondary winding wiring enlarged area 27 is formed so as not to overlap with the primary winding 14 of the pulse transformer 8 in plan view, and a third winding wiring area is formed so as to overlap with the secondary winding wiring enlarged area 27 in plan view. The pattern 12 of is wired. In this case, a resist is not provided on a part of the third pattern 12 and a part of the primary winding of the pulse transformer 8 , the wiring is exposed, and the cooler 300 is thermally connected to the cooler 300 through the insulating heat dissipation member 29 . abut. The gate driver 5 is in thermal contact with the cooler 300 via the first pattern 10 on the multilayer substrate 200, the land provided on the first pattern 10, and the first screw 20 for fixing the multilayer substrate 200. be done. Heat generated in the gate driver 5 is radiated to the cooler 300 via the first pattern 10 , the land around the first screw 20 provided on the first pattern 10 , and the first screw 20 . On the other hand, the heat generated in the primary winding of the pulse transformer 8 is radiated to the cooler 300 via the heat radiating member 29, and the heat generated in the secondary winding 16 is transferred from the secondary winding wiring expanded region 27. Heat is radiated to the cooler 300 via the adjacent third pattern 12 and the heat radiating member 29 . By adopting such a configuration, it is possible to separate the heat radiation path of the gate driver 5 while directly cooling the windings of the pulse transformer 8 without using parts such as screws.

パルストランス8の二次側はゲート抵抗9a~9dを介して半導体スイッチング素子1a~1dに当接されているため、必然的にパルストランス8の二次側は高電圧系統となる。一方で、パルストランス8の一次側は直流カット用コンデンサ7、ゲート抵抗6、ゲートドライバ5を介して制御部100に当接されており、これらは低電圧系統である。パルストランス8の巻き線を多層基板200の表層に配線した場合、冷却器300とパルストランス8の表層に配線された巻き線間には絶縁距離の確保が必要となる。そこで、図13、図14に関して述べたように、パルストランス8の一次側巻き線14を表層に配線することで、二次側巻き線16を表面に配線した場合よりも冷却器と基板間高さの絶縁距離が短くて済み、電力変換器の高さを抑制できるため、電力変換器の小型化に寄与できる。 Since the secondary side of the pulse transformer 8 is in contact with the semiconductor switching elements 1a to 1d via the gate resistors 9a to 9d, the secondary side of the pulse transformer 8 inevitably forms a high voltage system. On the other hand, the primary side of the pulse transformer 8 is in contact with the control section 100 through the DC cut capacitor 7, the gate resistor 6, and the gate driver 5, and these are a low voltage system. When the windings of the pulse transformer 8 are wired on the surface layer of the multilayer substrate 200 , it is necessary to secure an insulating distance between the windings wired on the surface layer of the cooler 300 and the pulse transformer 8 . Therefore, as described with reference to FIGS. 13 and 14, by wiring the primary winding 14 of the pulse transformer 8 on the surface, the height between the cooler and the substrate can be increased more than when the secondary winding 16 is wired on the surface. A short insulation distance is sufficient, and the height of the power converter can be suppressed, which contributes to miniaturization of the power converter.

以下では、ゲートドライバ5の放熱パターンである第一のパターン10の最適な配線方法について説明する。ゲートドライバ5の放熱パターンである第一のパターン10をパルストランス8の直近に配線した場合、ゲートドライバ5において発生した熱はパルストランス8またはゲートドライバ5の周辺の空気、または基材を介してパルストランス8に伝達される。そこで、図15に示すように、ゲートドライバ5を中心としてパルストランス8方向に伸びる線を第一の線Laとし、第一の線Laに直交し、パルストランス8に当接される回路部品群23のパルストランス8側端を通る線を第二の線Lbとした時、第一のパターン10を第二の線Lbからパルストランス8とは逆の方向に広げるよう配線する。このような構造とすることで、ゲートドライバ5の放熱パターンである第一のパターン10からパルストランス8に対する熱干渉を最小限に抑制できる。 An optimum wiring method for the first pattern 10, which is a heat radiation pattern of the gate driver 5, will be described below. When the first pattern 10, which is a heat radiation pattern of the gate driver 5, is wired in the immediate vicinity of the pulse transformer 8, the heat generated in the gate driver 5 is transmitted through the air around the pulse transformer 8 or the gate driver 5, or through the base material. It is transmitted to the pulse transformer 8 . Therefore, as shown in FIG. 15, a line extending in the direction of the pulse transformer 8 with the gate driver 5 at the center is defined as a first line La. Assuming that a line passing through the pulse transformer 8 side end of 23 is a second line Lb, the first pattern 10 is laid out from the second line Lb in a direction opposite to that of the pulse transformer 8 . With such a structure, thermal interference from the first pattern 10, which is a heat dissipation pattern of the gate driver 5, to the pulse transformer 8 can be minimized.

パルストランス8またはゲートドライバ5は多入出力のものでもよい。多入出力の部品においては、複数のスイッチング素子を駆動するにあたって電流量が増加するため、これに伴い損失が増加、発熱しやすくなる。単入出力に比べ、この発熱量は大きくなることから、熱干渉の影響も大きくなるため、パルストランス8およびゲートドライバ5の放熱経路を分断することによる熱干渉の最小限化の影響は大きい。また、多入出力のものを用いることで実装面積を削減、小型化できる。 The pulse transformer 8 or gate driver 5 may be multi-input/output. In multi-input/output components, the amount of current increases when driving a plurality of switching elements, which increases loss and tends to generate heat. Since the amount of heat generated is greater than that of a single input/output, the effect of thermal interference is also greater. Therefore, the effect of minimizing thermal interference by dividing the heat dissipation paths of the pulse transformer 8 and the gate driver 5 is great. Also, by using multi-input/output devices, the mounting area can be reduced and the size can be reduced.

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、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、また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、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
Although the present application has described exemplary embodiments, the various features, aspects, and functions described in the embodiments are not limited to application of particular embodiments, alone or Various combinations are applicable to the embodiments.
Accordingly, numerous variations not illustrated are envisioned within the scope of the technology disclosed herein. For example, the modification, addition, or omission of at least one component shall be included.

1a~1d 半導体スイッチング素子、5 ゲートドライバ、8 パルストランス、10 第一のパターン、11 第二のパターン、12 第三のパターン、13 第四のパターン、14 一次側巻き線、16 二次側巻き線、20 第一のねじ、21 第二のねじ、23 回路部品群、28 スリット、29 放熱部材、100 制御部、200 多層基板、300 冷却器、1000 電力変換装置 1a to 1d semiconductor switching element 5 gate driver 8 pulse transformer 10 first pattern 11 second pattern 12 third pattern 13 fourth pattern 14 primary winding 16 secondary winding Line 20 First screw 21 Second screw 23 Circuit component group 28 Slit 29 Heat dissipation member 100 Control unit 200 Multilayer substrate 300 Cooler 1000 Power converter

本願に開示される電力変換装置は、半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する制御部から出力された駆動信号を受け取りゲート信号を出力するゲートドライバと、ゲートドライバから半導体スイッチング素子にゲート信号を伝達するパルストランスが多層基板に実装された電力変換装置において、ゲートドライバは多層基板に設けられた第一のパターンおよび多層基板を冷却器に固定する第一のねじを介して冷却器と熱的に当接されており、第一のパターンはパルストランスの端子およびパルストランスの端子に接続される配線と平面視で重ならず、且つ、前記パルストランスは前記多層基板に設けられた配線のための第二のパターンおよび前記多層基板を前記冷却器に固定する第二のねじを介して前記冷却器に熱的に当接されており、前記多層基板にて前記第一のパターンと前記第二のパターンは平面視で重ならないものである。


A power conversion device disclosed in the present application includes a gate driver that receives a drive signal output from a control unit that generates a drive signal for a semiconductor switching element and outputs a gate signal, and a gate signal that is transmitted from the gate driver to the semiconductor switching element. In a power conversion device in which a pulse transformer is mounted on a multilayer substrate, the gate driver is in thermal contact with the cooler through the first pattern provided on the multilayer substrate and the first screw that fixes the multilayer substrate to the cooler. The first pattern does not overlap the terminals of the pulse transformer and the wiring connected to the terminals of the pulse transformer in plan view, and the pulse transformer serves as the first pattern for the wiring provided on the multilayer substrate. The first pattern and the second pattern on the multilayer substrate are in thermal contact with the cooler via a second screw that secures the two patterns and the multilayer substrate to the cooler. do not overlap in plan view .


Claims (11)

半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する制御部から出力された駆動信号を受け取りゲート信号を出力するゲートドライバと、前記ゲートドライバから前記半導体スイッチング素子にゲート信号を伝達するパルストランスが多層基板に実装された電力変換装置において、前記ゲートドライバは前記多層基板に設けられた配線のための第一のパターンおよび前記多層基板を冷却器に固定する第一のねじを介して前記冷却器と熱的に当接されており、前記第一のパターンは前記パルストランスの端子および前記パルストランスの端子に接続される配線と平面視で重ならないことを特徴とする電力変換装置。 A gate driver that receives a drive signal output from a control unit that generates a drive signal for a semiconductor switching element and outputs a gate signal, and a pulse transformer that transmits the gate signal from the gate driver to the semiconductor switching element are mounted on a multi-layer substrate. The gate driver is in thermal contact with the cooler via a first pattern for wiring provided on the multilayer substrate and a first screw for fixing the multilayer substrate to the cooler. and the first pattern does not overlap terminals of the pulse transformer and wiring connected to the terminals of the pulse transformer in a plan view. 前記パルストランスは前記多層基板に設けられた配線のための第二のパターンおよび前記多層基板を前記冷却器に固定する第二のねじを介して前記冷却器に熱的に当接されており、前記多層基板にて前記第一のパターンと前記第二のパターンは平面視で重ならないことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The pulse transformer is in thermal contact with the cooler via a second pattern for wiring provided on the multilayer substrate and a second screw for fixing the multilayer substrate to the cooler, 2. The power conversion device according to claim 1, wherein said first pattern and said second pattern do not overlap in said multilayer substrate in plan view. 前記多層基板において、前記第一のパターンと前記第二のパターンの間の少なくとも一部にはスリットが設けられていることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 3. The power converter according to claim 2, wherein a slit is provided in at least a portion between said first pattern and said second pattern in said multilayer substrate. 前記第二のパターンは前記パルストランスの端子と平面視で重なっていることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 3. The power converter according to claim 2, wherein the second pattern overlaps the terminals of the pulse transformer in plan view. 前記パルストランスの巻き線は前記多層基板のパターンで実装され、
前記パルストランスのコアは前記多層基板の基材が充填されていない空間に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
The windings of the pulse transformer are mounted in the pattern of the multilayer substrate,
3. The power converter according to claim 2, wherein the core of said pulse transformer is formed in a space not filled with the base material of said multilayer substrate.
前記第二のパターンは、前記パルストランスの前記巻き線の一部と平面視で重なり、前記パルストランスの前記巻き線に隣接する層に配線されており、前記パルストランスの前記巻き線の一部は、前記第二のパターンおよび前記多層基板を前記冷却器に固定する前記第二のねじを介して熱的に前記冷却器に当接されていることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。 The second pattern overlaps a part of the winding of the pulse transformer in plan view, is wired in a layer adjacent to the winding of the pulse transformer, and is part of the winding of the pulse transformer. is thermally abutted against the cooler via the second screws securing the second pattern and the multilayer substrate to the cooler. conversion device. 前記多層基板の表層に配線された前記パルストランスの一次側巻き線または前記パルストランスの二次側巻き線のいずれか一方の巻き線の内の一部は絶縁性を有する第一の放熱部材を介して前記冷却器に熱的に当接されており、
表層に配線された前記パルストランスの前記一次側巻き線または前記パルストランスの前記二次側巻き線のもう一方の巻き線の内の一部は前記多層基板の内層に配線されており、
前記第二のパターンは内層に配線された前記パルストランスの前記一次側巻き線または前記パルストランスの二次側巻き線の一部と平面視で重なって隣接する層に配線され、絶縁性を有する第二の放熱部材を介して前記冷却器に熱的に当接されており、
内層に配線された前記パルストランスの前記一次側巻き線または前記パルストランスの前記二次側巻き線の一部は、前記第二のパターンおよび前記第二の放熱部材を介して熱的に前記冷却器に当接されていることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。
A part of windings of either the primary winding of the pulse transformer or the secondary winding of the pulse transformer wired on the surface layer of the multilayer substrate includes a first heat radiation member having insulation. is in thermal contact with the cooler via
A part of the other winding of the primary winding of the pulse transformer or the secondary winding of the pulse transformer wired on the surface layer is wired on an inner layer of the multilayer substrate,
The second pattern is wired in a layer adjacent to the primary winding of the pulse transformer or a part of the secondary winding of the pulse transformer, which is wired in the inner layer, in plan view, and has insulating properties. is in thermal contact with the cooler via a second heat radiating member,
A portion of the primary winding of the pulse transformer or the secondary winding of the pulse transformer wired in the inner layer is thermally cooled via the second pattern and the second heat radiation member. 6. The power conversion device according to claim 5, wherein the power conversion device is in contact with a device.
前記多層基板の表層に前記パルストランスの前記一次側巻き線が配線されており、
前記多層基板の内層に前記パルストランスの前記二次側巻き線が配線されていることを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。
The primary winding of the pulse transformer is wired on the surface layer of the multilayer substrate,
8. A power converter according to claim 7, wherein said secondary winding of said pulse transformer is wired in an inner layer of said multilayer substrate.
前記ゲートドライバを中心として前記パルストランスの方向に伸びる線を第一の線とし、前記第一の線に直交し、前記パルストランスに当接される配線端を通る線を第二の線とした時、前記第一のパターンは前記第二の線から前記パルストランスとは逆の方向に広がっていることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 A line centered on the gate driver and extending in the direction of the pulse transformer was defined as a first line, and a line orthogonal to the first line and passing through the wiring end in contact with the pulse transformer was defined as a second line. 9. The power converter according to claim 1, wherein said first pattern extends from said second line in a direction opposite to said pulse transformer. 前記パルストランスは2つ以上の前記半導体スイッチング素子に接続されていることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 9. The power converter according to claim 1, wherein said pulse transformer is connected to two or more of said semiconductor switching elements. 前記ゲートドライバは2つ以上の前記半導体スイッチング素子を駆動することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 9. The power converter according to claim 1, wherein said gate driver drives two or more of said semiconductor switching elements.
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