逆變器單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種逆變器單元，其包括以預(yù)定間隔布置以便面向彼此的第一電路板和第二電路板。第一電路板和第二電路板中的每個(gè)電路板具有主電路形成區(qū)域。多個(gè)功率器件被安裝在第一電路板的主電路形成區(qū)域中，并且形成主電路。多個(gè)電容器電連接至該多個(gè)功率器件，并且安裝在第二電路板的主電路形成區(qū)域中?？刂齐娐房刂浦麟娐返牟僮?。第二電路板包括與主電路形成區(qū)域分離的控制電路形成區(qū)域?？刂齐娐钒ㄔ诘诙娐钒宓目刂齐娐沸纬蓞^(qū)域中形成的第一控制電路。
【專利說明】逆變器單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種逆變器單元，該逆變器單元具有以預(yù)定間隔布置以面向彼此的一 對(duì)電路板。

【背景技術(shù)】
[0002] 日本未審查專利公開第2000-133768號(hào)公開了功率半導(dǎo)體模塊。該功率半導(dǎo)體模 塊包括其中依次層壓了金屬板、絕緣層和銅箔圖案的絕緣金屬基板。銅箔圖案包括具有功 率半導(dǎo)體器件諸如IGBT(絕緣柵雙極型晶體管）的主電路圖案區(qū)域，以及具有控制半導(dǎo)體 器件的控制電路圖案區(qū)域。主電路圖案區(qū)域與控制電路圖案區(qū)域被線性分離器彼此分離。
[0003] 在具有功率半導(dǎo)體器件的主電路圖案區(qū)域與具有控制半導(dǎo)體器件的控制電路圖 案區(qū)域被線性分離器彼此分離的上述功率半導(dǎo)體模塊中，可以通過金屬板來抑制功率半導(dǎo) 體器件的切換所產(chǎn)生的噪聲傳送到控制半導(dǎo)體器件。
[0004] 對(duì)于作為半導(dǎo)體模塊的逆變器單元的尺寸縮小以及輸出功率增大有越來越多的 需求。為了滿足這樣的需求，提出了：應(yīng)當(dāng)將逆變器單元的電路部件，包括多個(gè)功率器件、 多個(gè)電容器和控制器件，分離地布置在多個(gè)電路板上，并且這樣的電路板應(yīng)當(dāng)彼此相距預(yù) 定間隔來布置。在這樣的逆變器單元中，在包括功率器件和電容器的主電路中有大電流流 動(dòng)，而在包括用于控制主電路的切換的控制器件的控制電路中有相比于主電路中的電流相 對(duì)小的電流流動(dòng)。盡管逆變器單元的各個(gè)部件具有不同的尺寸和形狀，但是主電路的部件 和控制電路的部件在逆變器單元的單個(gè)電路板上的混合布置可以增大部件的安裝密度并 且實(shí)現(xiàn)逆變器單元的尺寸縮小。
[0005] 然而，上述逆變器單元具有以下問題：在功率器件的切換期間出現(xiàn)噪聲，并且由于 大電流在主電路中流動(dòng)而出現(xiàn)高發(fā)熱。因此，需要抑制噪聲和熱量傳送至逆變器單元的控 制電路。
[0006] 本發(fā)明旨在提供一種抑制功率器件的噪聲產(chǎn)生和主電路的發(fā)熱對(duì)逆變器單元的 控制電路造成的影響的逆變器單元。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，逆變器單元包括以預(yù)定間隔布置以便面向彼此的第一電 路板和第二電路板。第一電路板和第二電路板中的每個(gè)電路板具有主電路形成區(qū)域。多個(gè) 功率器件安裝在第一電路板的主電路形成區(qū)域中，并且形成主電路。多個(gè)電容器電連接至 該多個(gè)功率器件，并且安裝在第二電路板的主電路形成區(qū)域中?？刂齐娐房刂浦麟娐返牟?作。第二電路板包括與主電路形成區(qū)域分離的控制電路形成區(qū)域?？刂齐娐钒ㄔ诘诙?路板的控制電路形成區(qū)域中形成的第一控制電路。
[0008] 根據(jù)下面的描述，結(jié)合附圖，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，該附圖通過示 例示出了本發(fā)明的原理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 參照本優(yōu)選實(shí)施方式的以下描述和附圖，可以最佳地理解本發(fā)明以及本發(fā)明的目 的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中：
[0010] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的逆變器單元的分解透視圖；
[0011] 圖2是圖1的逆變器單元的主電路的等效電路視圖；
[0012] 圖3A和圖3B分別是圖1所示的主電路板和電容器電路板的平面視圖；以及
[0013] 圖4A和圖4B分別是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的變型的主電路板和電容器電路板的 平面視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的逆變器單元。在附圖中，相同部件 或具有相同特征的部件由相同的符號(hào)表示，并且將省略對(duì)其的重復(fù)描述。注意，為了附圖的 清晰，使用與實(shí)際元件的尺寸比率不同的尺寸比率示出了附圖中的一些元件。
[0015] 參照?qǐng)D1，數(shù)字1表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的逆變器單元。逆變器單元1是用于 驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)的三相逆變器單元。
[0016] 如圖2所示，逆變器單元1的主電路跨正輸入端P和負(fù)輸入端N而被供電，并且 包括連接在三相橋配置中的六個(gè)功率器件Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6,諸如M0SFET (金屬氧化物 半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管），以及分別與功率器件Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6反向并聯(lián)連接的飛輪 (flywheel)二極管 Dl、D2、D3、D4、D5、D6。IGBT 可以用作為功率器件 Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、 Q6〇
[0017] 功率器件Q1、Q2跨正輸入端P和負(fù)輸入端N串聯(lián)連接。U相輸出端U連接至功率 器件Q1、Q2之間的節(jié)點(diǎn)。功率器件Q3、Q4跨正輸入端P和負(fù)輸入端N串聯(lián)連接。V相輸出 端V連接至功率器件Q3、Q4之間的節(jié)點(diǎn)。功率器件Q5、Q6跨正輸入端P和負(fù)輸入端N串聯(lián) 連接。W相輸出端W連接至功率器件Q5、Q6之間的節(jié)點(diǎn)。
[0018] 電容器C跨正輸入端P和負(fù)輸入端N連接。功率器件Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6連接 至控制每個(gè)功率器件的切換的驅(qū)動(dòng)電路A。在圖2中，各個(gè)功率器件Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6 等效地表示器件組，每個(gè)該器件組包括多個(gè)功率器件，或例如四個(gè)彼此并聯(lián)的功率器件。
[0019] 參照?qǐng)D1、圖3A和圖3B，下面將對(duì)逆變器單元1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。逆變器單元1 包括主電路板10 (第一電路板）、電容器電路板20 (第二電路板）、多個(gè)功率器件30、多個(gè)電 容器50、控制電路60(第一控制電路）、多個(gè)輸出端子70、多個(gè)繼電器電極80以及多個(gè)電流 檢測器90。
[0020] 主電路板10和電容器電路板20通過間隔件Μ以預(yù)定間隔靠近布置，以面向彼此。 間隔件Μ由絕緣材料，諸如樹脂或陶瓷制成，形成為框架形狀，并且沿著主電路板10和電容 器電路板20的側(cè)邊緣而布置。間隔件Μ保持主電路板10與電容器電路板20之間的距離 恒定。主電路板10包括MS(絕緣金屬基板），并且布置在由諸如鋁或銅的平坦金屬板形 成的散熱器Η上。電容器電路板20包括公知的印制電路板。
[0021] 功率器件30安裝在主電路板10上。在本實(shí)施方式中，多個(gè)功率器件，或例如四個(gè) 并聯(lián)的功率器件30形成每個(gè)相的上臂元件和下臂元件。具體地，功率器件30對(duì)應(yīng)于圖2 中的功率器件01、02、03、04、05、06。主電路板10具有主電路形成區(qū)域，功率器件30安裝 在該主電路形成區(qū)域中從而形成主電路的一部分。電容器50安裝在電容器電路板20上， 并且電連接至功率器件30。電容器50對(duì)應(yīng)于圖2所示的電容器C。電容器電路板20具有 其中安裝有電容器50的主電路形成區(qū)域（后面描述為區(qū)域A1)。
[0022] 控制電路60形成在電容器電路板20上，并且用于各種控制目的，例如，控制主電 路板10的主電路的功率器件30的切換?？刂齐娐?0對(duì)應(yīng)于圖2中的驅(qū)動(dòng)電路A的一部 分。各個(gè)相，或者U相、V相、W相的輸出端子70布置在主電路板10上，并且通過在電容器 電路板20中形成的孔20H而突出。輸出端子70對(duì)應(yīng)于圖2中的U相輸出端子、V相輸出 端子和W相輸出端子。
[0023] 當(dāng)主電路板10與電容器電路板20以彼此面向的關(guān)系組裝在一起時(shí)，繼電器電極 80安裝在主電路板10上，并且電連接至電容器電路板20上的預(yù)定布線圖案。繼電器電極 80對(duì)應(yīng)于圖2中的正輸入端P和負(fù)輸入端N。
[0024] 電流檢測器90布置在電容器電路板20上，用于檢測主電路的輸出電流。具體地， 每個(gè)電流檢測器90由U形鐵芯91和電流檢測元件92組成，U形鐵芯91由磁性鋼板制成， 并且形成為圍繞輸出端子70,電流檢測元件92設(shè)置在U形鐵芯91的相對(duì)末端之間的開口 中?；魻栐米鳛殡娏鳈z測元件92。
[0025] 如圖3B所示，電容器電路板20具有基本上矩形板形狀。電容器電路板20由區(qū)域 A1 (主電路形成區(qū)域）和區(qū)域A2 (控制電路形成區(qū)域）形成，區(qū)域A1和區(qū)域A2被分離地布 置，沿著矩形電容器電路板20的長邊21、22延伸。區(qū)域A1和區(qū)域A2中的每個(gè)區(qū)域具有基 本上矩形形狀。
[0026] 通過沿著矩形電容器電路板20的長邊延伸的基本線性邊界區(qū)域B2(第二邊界區(qū) 域），區(qū)域A1和區(qū)域A2彼此分離。例如，邊界區(qū)域B2可以通過在電容器電路板20的布線 圖案中形成的直線切割來形成。電容器電路板20的孔20H形成在電容器電路板20的區(qū)域 A1中。
[0027] 電容器50布置在電容器電路板20的區(qū)域A1中。孔20H形成在上述電容器電路 板20的區(qū)域A1中，使得從孔20H突出的輸出端子70也布置在電容器電路板20的區(qū)域A1 中。用于電連接至繼電器電極80的端子（圖中未示出）也布置在電容器電路板20的區(qū)域 A1中?？刂齐娐?0布置在電容器電路板20的區(qū)域A2中。
[0028] 因此，在電容器電路板20中，其中流動(dòng)相對(duì)大的電流的主電路的部件，諸如電容 器50和輸出端子70,被共同地布置在區(qū)域A1中，而其中流動(dòng)相對(duì)小的電流的控制電路60 被布置在電容器電路板20的區(qū)域A2中。也就是說，在電容器電路板20中，主電路和控制 電路彼此分離地布置。
[0029] 如上所述，逆變器單元1包括以預(yù)定間隔來布置以面向彼此的主電路板10和電容 器電路板20、布置在主電路板10上的功率器件30、布置在電容器電路板20上的電容器50 和控制電路60。具體地，電容器電路板20具有彼此分離的區(qū)域A1和區(qū)域A2。分別地，電 容器50布置在電容器電路板20的區(qū)域A1中，而控制電路60布置在電容器電路板20的區(qū) 域A2中。
[0030] 也就是說，在電容器電路板20中，與功率器件30組成主電路并且其中流動(dòng)主電流 的電容器50以及其中流動(dòng)控制電流的控制電路60被分離地布置，而不是在電容器電路板 20上混合。電容器電路板20具有兩個(gè)分離的區(qū)域，S卩，其中流動(dòng)大電流的區(qū)域A1以及其中 流動(dòng)小電流的區(qū)域A2。因此，通過主電路板10中的功率器件30、電容器電路板20中的電 容器50和控制電路60的分離布置，根據(jù)本實(shí)施方式的逆變器單元1可以減小其尺寸，并且 抑制在功率器件30的切換期間所產(chǎn)生的噪聲對(duì)控制電路60的影響以及主電路的熱量對(duì)控 制電路60的影響。
[0031] 在逆變器單元1中，提供由基本線性邊界區(qū)域B2劃分的區(qū)域A1和區(qū)域A2允許其 中流動(dòng)大電流的區(qū)域和其中流動(dòng)小電流的區(qū)域的分離布置。此外，提供區(qū)域A2中的電流檢 測元件92允許通過抑制噪聲的影響來增大電流檢測器90的檢測靈敏度。
[0032] 上述實(shí)施方式處理了根據(jù)本發(fā)明的逆變器單元的實(shí)施方式。本發(fā)明不限于上述實(shí) 施方式，而是可以以下面所例舉的各種方式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0033] 參照?qǐng)D4A和4B，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的變型的逆變器單元1包括：對(duì)應(yīng)于 圖1的主電路板10的主電路板10A ;以及控制電路40,該控制電路40形成在主電路板10A 上作為第二控制電路，并且對(duì)應(yīng)于圖1的電容器電路板20上的控制電路60的一部分?？?制電路40可以是用于控制功率器件30的切換的驅(qū)動(dòng)電路A。
[0034] 類似于電容器電路板20,主電路板10A具有基本上矩形板形狀。通過沿著矩形主 電路板10A的長邊11、12延伸的邊界區(qū)域B1 (第一邊界區(qū)域），主電路板10A被分成區(qū)域 A3(主電路形成區(qū)域）和A4(控制電路形成區(qū)域）。區(qū)域A3和區(qū)域A4具有基本上矩形形 狀。
[0035] 功率器件30、輸出端子70和繼電器電極80布置在主電路板10A的區(qū)域A3中。具 體地，每個(gè)臂元件的四個(gè)功率器件30沿著矩形主電路板10A的短邊，被布置在主電路板10A 的區(qū)域A3中。輸出端子70和繼電器電極80布置在沿著主電路板10A的長邊延伸的區(qū)域 A3的中央，并且布置在各個(gè)臂元件的兩組功率器件30(即，鄰近主電路板10A的長邊11的 一組功率器件30以及鄰近邊界區(qū)域B1的另一組功率器件30)之間?？刂齐娐?0布置在 主電路板10A的區(qū)域A4中。
[0036] 因此，在主電路板10A中，組成主電路并且其中流動(dòng)相對(duì)大的電流的部件，諸如功 率器件30、輸出端子70和繼電器電極80,被共同地布置在區(qū)域A3中，而其中流動(dòng)相對(duì)小的 電流的控制電路40被布置在主電路板10A的區(qū)域A4中。也就是說，在主電路板10A中，主 電路和控制電路也彼此分離地布置。
[0037] 隨著主電路板10A和電容器電路板20組裝在一起，電容器電路板20的區(qū)域A1被 定位為面向主電路板10A的區(qū)域A3,并且電容器電路板20的區(qū)域A2被定位為面向主電路 板10A的區(qū)域A4。因此，電容器電路板20的區(qū)域Al、A2被形成為沿著與主電路板10A的 區(qū)域A3、A4相同的方向延伸。也就是說，主電路板10A的區(qū)域A3和電容器電路板20的區(qū) 域A1被定位在逆變器單元1的相同側(cè)。電容器電路板20的區(qū)域Al、A2通過邊界區(qū)域B2 來分離，該邊界區(qū)域B2沿著與主電路板10A的邊界區(qū)域B1相同的方向延伸。
[0038] 如上所述，電容器50布置在電容器電路板20的區(qū)域A1中。隨著主電路板10A與 電容器電路板20以面對(duì)關(guān)系組裝在一起，主電路板10A上的功率器件30與電容器電路板 20上的電容器50靠近布置以面向彼此。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的上述變型的逆變器單元1包括：以預(yù)定間隔布置以面向 彼此的主電路板10A和電容器電路板20、布置在主電路板10A上的功率器件30和控制電路 40、以及布置在電容器電路板20上的電容器50和控制電路60。主電路板10A具有彼此分 離的區(qū)域A3和區(qū)域A4。電容器電路板20具有彼此分離的區(qū)域A1和區(qū)域A2。
[0040] 在主電路板10A中，功率器件30和控制電路40分別在區(qū)域A3和區(qū)域A4中分離 地布置。在電容器電路板20中，電容器50和控制電路60分別在區(qū)域A1和區(qū)域A2中分離 地布置。也就是說，組成主電路的功率器件30和電容器50、以及控制電路40、60分別被分 離地布置，而不在主電路板10A和電容器電路板20上混合。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式 的變型的逆變器單元1允許抑制在主電路中產(chǎn)生的熱量和噪聲產(chǎn)生對(duì)控制電路的影響。
[0041] 在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的變型的逆變器單元1中，隨著主電路板10A與電容器 電路板20靠近組裝以面向彼此，主電路板10A上的功率器件30和電容器電路板20上的電 容器50被定位為靠近以面向彼此。隨著主電路板10A與電容器電路板20組裝在一起，輸 出端子70和繼電器電極80位于主電路板10A的區(qū)域A3中以及電容器電路板20的區(qū)域A1 中。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的變型的、其中共同地布置主電路的逆變器單元1中，主電路 的電路電感減小，并且主電路的圖案長度變短，結(jié)果是抑制了主電路中的發(fā)熱和噪聲產(chǎn)生。
[0042] 在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的變型的、其中控制電路的一部分，或控制電路40也被 布置在主電路板10A上的逆變器單元1中，可以實(shí)現(xiàn)高密度安裝部件并且減小逆變器單元 的尺寸。相比于控制電路僅被布置在電容器電路板20上的情況，將控制電路的多個(gè)部分布 置在電容器電路板20和主電路板10兩者上允許減小電容器電路板20和主電路板10的尺 寸。此外，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的變型的、其中主電路板10A的區(qū)域A3和區(qū)域A4通過 邊界區(qū)域B1而彼此分離的逆變器單元1中，其中流動(dòng)大電流的區(qū)域（區(qū)域A3)和其中流動(dòng) 小電流的區(qū)域（區(qū)域A4)被分離。
[0043] 此外，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的變型的逆變器單元1中，其中流動(dòng)大電流的區(qū) 域A1、A3和其中流動(dòng)小電流的區(qū)域A2、A4不僅分別在主電路板10A和電容器電路板20中 分離，而且在整個(gè)逆變器電路1中分離。因此，可以有效地抑制由于功率器件30的切換而 產(chǎn)生的噪聲對(duì)控制電路的影響以及主電路的發(fā)熱對(duì)控制電路的影響。
【權(quán)利要求】
1. 一種逆變器單元（1)，包括： 第一電路板（10,10A)和第二電路板（20)，所述第一電路板（10,10A)和第二電路板 (20)以預(yù)定間隔布置以面向彼此，并且具有相應(yīng)的主電路形成區(qū)域（Al，A3); 多個(gè)功率器件（30)，所述多個(gè)功率器件（30)安裝在所述第一電路板（10,10A)的所述 主電路形成區(qū)域（A3)中； 主電路，所述主電路包括所述多個(gè)功率器件（30); 多個(gè)電容器（50)，所述多個(gè)電容器（50)電連接至所述多個(gè)功率器件（30)，并且安裝在 所述第二電路板（20)的所述主電路形成區(qū)域（A1)中；以及 控制電路￠0)，所述控制電路￠0)控制所述主電路的操作， 其特征在于，所述第二電路板（20)包括與所述第二電路板（20)的所述主電路形成區(qū) 域（A1)分離的控制電路形成區(qū)域（A2)，并且所述控制電路（60)包括在所述第二電路板 (20)上的所述控制電路形成區(qū)域（A2)中形成的第一控制電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器單元（1)，其中，所述第一電路板（10A)包括與所述主 電路形成區(qū)域（A3)分離的控制電路形成區(qū)域（A4)，其中，所述控制電路（40)包括在所述第 一電路板（10A)上的所述控制電路形成區(qū)域（A4)中形成的第二控制電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的逆變器單元（1)，其中，所述第一電路板（10A)上的所述主電 路形成區(qū)域（A3)和所述控制電路形成區(qū)域（A4)被第一基本線性邊界區(qū)域（B1)彼此分離， 其中，所述第二電路板（20)上的所述主電路形成區(qū)域（A1)和所述控制電路形成區(qū)域（A2) 被第二基本線性邊界區(qū)域（B2)彼此分離，所述第二基本線性邊界區(qū)域（B2)沿著與第一邊 界區(qū)域（B1)的延伸方向相同的方向延伸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的逆變器單元（1)，其中，所述第一電路板（10， 10A)上的所述主電路形成區(qū)域（A3)和所述第二電路板（20)上的所述主電路形成區(qū)域 (A1)被定位在所述逆變器單元（1)的相同側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的逆變器單元（1)，其中，還包括： 電流檢測器（90)，所述電流檢測器（90)檢測所述主電路的輸出電流，其中，所述電流 檢測器（90)的電流檢測元件（92)被布置在所述第二電路板（20)的所述控制電路形成區(qū) 域（A2)中。
【文檔編號(hào)】H02M7/48GK104218829SQ201410239378
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】紺谷一善 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī)