CN1153421A - 配线基板及使用该基板的电力变换装置 - Google Patents

Abstract

为提供减小构成电路的配线的电感，并减低峰值电压及损耗或噪声的电力变换装置，用配线将组件与电源连接，并与配线导体平行配置产生感应电流的感应导体。并且，配置形成环形的感应导体，使其与流过电路的电流环路重叠。因在配线导体上流过断续的脉冲状的电流，所以在感应导体或环形导体上产生感应电流，可利用该感应电流减小配线导体的电感。能减小施加在电力变换装置所用的功率半导体元件上的峰值电压及开关损耗。

Description

配线基板及使用该基板的电力变换装置

本发明涉及利用电力变换装置等的感应电流减小配线电感的配线基板及使用该基板谋求抑制功率半导体元件的峰值电压并降低损耗的电力变换装置。

在使用元件耐压达数十V以上的功率半导体元件将直流电力变换为交流电力、将交流电力变换为直流电力、或将直流电力变换为直流电力的电力变换装置中，近年来元件的大电流化和切换速度的高速化日益显著。

与此同时，开关元件通、断时产生的电流变化(di/dt)也达到数kA/μs。

流过这样的电流的配线，因具有电感L，所以在切换时将产生以Ldi/dt表示的峰值电压，该峰值电压是一种产生应力的电压，当其作用在功率半导体元件上的时候，就会加大功率半导体元件的损耗。

另外，在配线上将蓄积以(1/2)Li²表示的电磁能量。该蓄积的电磁能量被缓冲电路中所备有的电容器等吸收并经电阻等释放，因而造成缓冲损耗。

由于这种情况，所以希望配线的电感要小，但是，配线电感又取决于配线的尺寸，所以现有的解决办法就是缩短配线的长度。

最近研究了利用2根配线间的互感作用，减少各配线的合成电感的方法，作为其一示例，有特开平6-225545号(以下称第1现有技术)。

另一方面，除上述众所周知的例子以外，还针对配线本身的阻抗特性，发现采用屏蔽电缆、同轴电缆、微带传输线等作为配线。

屏蔽电缆是在配线导体上设置隔着绝缘层包覆配线导体的屏蔽导体，并将该屏蔽导体连接在阻抗极低的接地点上。采用这种办法，由于  配线导体形成的电场被接地的屏蔽导体遮断，所以不会泄漏到外部，与此同时，外部噪声电场也不能传播到配线导体，从而获得静电屏蔽效果。

同轴电缆是一种将电磁波封闭在由屏蔽导体围成的闭合空间、传送信号的线路。为此，要以配线导体为中心，隔着高频损耗小的绝缘体，设置包覆配线导体的屏蔽导体。利用该结构，使特性阻抗恒定，使连接电路保持匹配条件。

特别是，还有另一种办法，即通过使屏蔽导体流过的、与配线导体上流过的方向相反大小相等的电流使特性阻抗恒定，使连接电路保持匹配条件。利用这种结构使配线导体形成的磁场不致外漏，从而使特性阻抗恒定，并能使连接电路保持匹配条件。

微带传输线是作为微波传输线路使用的一种平行平板形波导，是在导体板上隔着绝缘体平行设置带状导体、在该导体之间施加电场、用来传输电磁波的传输线路。因此，必须将导体板固定在不随外界变化的电位上，通常是与接地电位(地线)连接。作为其一示例有特开平5-283487号(以下称第2现有技术)。

如采用上述第1现有技术，则为了利用互感减小配线的合成电感，必须在平行且靠近的2根配线上分别流过方向不同的电流。在象输入电流和输出电流那样振幅和相位随时间的变化相同的情况下，使输入电流和输出电流在上述2根配线上分别作为往返电流流过即可。但是，这只能可以利用振幅和相位随时间变化相同的电流的场合为限、而且如果没有靠近的配线就不可能利用互感。

另外，关于上述屏蔽电缆、同轴电缆、及微带传输线，也和第1现有技术一样，要想在配线导体上隔着绝缘体设置另一导体，如果不是特意地使与配线电流方向不同的电流流过所设置的导体就不能获得减小电感的效果。因此，采用上述现有技术来减小电力变换装置的配线电感也是有限度的。除了不能充分减小配线电感及上述峰值电压和缓冲损耗等现存问题之外，还有因在配线电感与元件的寄生电容之间产生谐振而使电压波动、并在其影响下导致噪致误动作的问题。

本发明的目的是提供一种不必相对于构成电路的配线流过与配线电流方向不同的电流就能减小该配线的电感、并使上述峰值电压、开关损耗、缓冲损耗、或噪声减低的配线基板及使用该基板的电力变换装置。

按照本发明，为解决上述课题，通过相对于构成电路的配线导体设置产生感应电流的另一导体，形成使配线电感减小的配线基板。

将上述另一导体相对于配线导体靠近且平行配置。

另外，设置环形导体使其靠近且平行于由流过电路的电流形成的环路并重叠在该环路上。因此，在上述靠近且平行配置的导体中将产生感应电流，并利用该感应电流减小上述配线导体的合成电感。

如果采用上述结构，在构成电力变换装置等的电路中使用的配线导体上流过随时间变化的电流，则由该电流在这些配线导体上产生磁场。该磁场与靠近且平行于配线导体配置的另一导体、其他配线导体、或连接成环形的环形导体交链，并在这些另外的导体中产生感应电动势。该感应电动势将使这些另外的导体中流过与在配线导体中流过的电流方向不同的感应电流。该感应电流在这些另外的导体上形成反向的磁场，并具有使上述配线导体形成的磁场减弱的作用。

由感应电流形成的磁场一般称为反作用磁场。该感应电流和流过配线导体的电流与上述现有技术中2根配线的往返电流具有同样的效果，利用感应电流产生的互感可以获得减小配线导体的合成电感的效果。

上述结构只对流过随时间变化的电流的配线导体有效，作为例子如在电力变换装置的缓冲电路中使用本发明的配线基板，则在缓冲电路配线中只有在功率半导体元件切换时方才有流过脉冲状的电流。由该电流变化产生上述感应电流即可减小缓冲电路配线的电感。

其效果在于抑制切换时产生的峰值电压。

另外，如对从电力变换装置的电源到功率半导体元件的配线使用本发明的配线基板，则该配线上的电流通过一般的PWM(脉宽调制)控制后变成反复流过的矩形波电流，所以由于电流升高和降低时的电流变化产生上述感应电流，可以获得减小配线导体电感的效果。其效果除了能减少配线的电磁能量而使电力变换装置的损耗降低以外，还可减小装置的电磁辐射噪声，并且可以减低包围装置的金属壳体及部件等的发热、振动、噪声、无线电干扰。

图1是表示本发明的电力变换装置一实施例的主电路侧视图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的电感减小原理的说明图。

图4是表示本发明的电力变换装置一实施例的配线侧视图。

图5是表示本发明的电力变换装置一实施例的配线侧视图。

图6是表示本发明的电力变换装置一实施例的主电路外观图。

图7是表示本发明的电力变换装置一实施例的配线侧视图。

图8是图7的俯视图。

图9是图7的电感减小原理说明图。

图10是表示本发明的电力变换装置一实施例的主电路侧视图。

图11是图10的俯视图。

图12是图10的电感减小原理说明图。

图13是图12的俯视图。

图14是图12的等效电路图。

图15是图10的电感减小原理说明图。

图16是表示本发明的电力变换装置一实施例的缓冲电路外观图。

图17是图16中包含的部件和配线的电路图

图18是表示本发明的电力变换装置一实施例的缓冲组件正视图。

图19是表示本发明的电力变换装置一实施例的缓冲组件侧视图。

图20是表示本发明的电力变换装置一实施例的电源组件结构图。

图21是表示图20的部件和配线的电路图。

图22是表示本发明的电力变换装置一实施例的电源组件结构图。

图23是表示图22的部件和配线的电路图。

图24是表示本发明的电力变换装置一实施例的电源组件的俯视图。

图25是图24的侧视图。

图26是表示本发明的电力变换装置一实施例的控制电路基板的俯视图。

图27是图26的侧视图。

图28是本发明的配线基板的断面图。

图29是表示本发明配线基板的制造方法的结构图。

图30是表示本发明配线基板的制造方法的结构图。

图31是在本发明的配线基板的实验中使用的配线基板的结构图。

图32是表示图31的实验结果的曲线图。

图33是表示图31的实验结果的曲线图。

图34是表示本发明的电力变换装置一实施例的电源组件结构图。

图35是表示图34的部件和配线的电路图。

图36是图34的侧视图。

以下，根据附图说明本发明的一实施例。

图1示出与本发明电力变换装置的主电路有关的侧视图，图2表示其俯视图。

在图1及图2中，示出作为功率半导体元件的绝缘栅型双极晶体管(以下称IGBT)组件4与电源3的连接。

IGBT组件4的输入及输出端子12与电源3的正极及负极端子13用配线导体1连接。图中，用于使感应电流流过的感应导体2平行地配置在配线导体1的上部。

在本实施例中，还配置用导体40将感应导体2的各端连接而构成的环形感应导体2，使其与流过该电路的电流环路重叠。

该环形的感应导体2也可以不是这种用多个导体连接成的结构。

组件4内部的IGBT根据图中未给出的控制电路的指令进行通、断。虽然控制方法有各种各样的形式，但无论采用那种方法，都是随着IGBT的通、断使从电源3流向组件4的电流接通或切断，形成断续的脉冲状的电流。

对应于该电流随时间的变化，在由感应导体2及导体40构成的环形导体中流过感应电流，利用该感应电流能减小配线导体1的电感。

另外，配线导体1的两端与组件4的端子12及电源3的端子13虽然有电气连接，但在其上部的感应导体2则使用绝缘环6及绝缘环7以螺栓8及螺栓10紧固，使感应导体2与端子12及端子13作电气隔离。

图中虽未示出，但为使感应导体2成为浮动电位，例如，可将1kΩ左右的电阻的一端与感应导体2连接，而该电阻的另一端连接于基准电位，借此能以防止在感应导体2上蓄积电荷。

上述结构上的重点是配线导体1与感应导体2的间隔46，该间隔最好是尽可能狭小。这样的结构使流过配线导体1的电流和感应电流尽可能接近等效。然而，在本实施例中，为了使如上所述的配线导体1和感应导体2处于绝缘状态就必须保持两导体的绝缘性，所以两导体的间隔不得小于绝缘距离。这种情况在最大限度发挥感应导体2的感应电流的效果上是重要的。

因此，对间隔46与配线电感的关系进行了实验验证，现举以下示例作为参考。

图31示出实验用的配线基板的形状。其结构是在切割成环路形状的铜制配线导体1上粘接云母制的绝缘体14，并将与配线导体1形状相同但厚度不同的铜制环形感应导体2粘接在绝缘体14上。特别是采用了可以改变配线导体1与感应导体2的间隔46的结构。

在实验中，改变环形导体的有无及间隔46的变化，根据间隔46测定了配线导体1的电感。

实验结果示于图32。从图32可以看出，如将间隔46缩到极小，将其与无环形导体相比能使配线电感减小到大约为其1/10。而从图33可以看出，如增大间隔46，则配线电感的减小效果将被减低。这可以认为是由于间隔46越是增大，则与环形导体2不交链的漏磁场将会增加，而配线电流与感应电流的差距也随之拉开的缘故。因此，间隔46至少取1mm以下被认为是有效的。

第2个重点是感应导体2及导体40构成的环形导体2的电阻值，最好是使该电阻值尽可能减小。就是说，流过环形导体2的感应电流的大小取决于由于交链磁通的变化而产生的感应电动势及环形感应导体2的电阻值。因此，重要的是至少要使环形感应导体2的电阻值小于配线导体，使流过环形感应导体2的感应电流增加。

第3个重点是配线导体1和环形感应导体2的断面形状。这里，当含有高频分量的电流流过配线导体1时，流过配线导体1的电流产生集肤效应。而且，由流过配线导体1的电流形成的磁场所感应的感应电流也含有高频分量，因而在流过环形感应导体2的感应电流也产生集肤效应。因此，配线导体1和感应导体2最好都是使表面积增大的形状，例如箔片形。此外，配线基板的断面形状虽未绘出，但采用在配线导体1上附加覆盖配线导体1的感应导体2并将各感应导体2用导体40连接成的配线基板，也可以获得与图1所示配线基板同样的效果。

以下，通过本实施例中的结构，说明如何能够将配线导体1的电感减小到低于自感的原理。

图3是本发明的配线导体1的电感减小原理的说明图。如该图所示，如在配线导体1形成的环路上沿箭头34示出的反时针方向流过随时间变化的电流，则在配线导体1的环路内产生如箭头所示的磁场32，其磁通交链到连接成环形的感应导体2。该交链磁通随电流的瞬时值变化。因此，根据在电磁学上已知的法拉第·诺曼定律，在感应导体2中产生与交链磁通随时间的变化相对应的感应电动势，由该感应电动势及感应导体2的电阻共同产生的电流形成感应电流42，流过感应导体2。所产生的该感应电流42的方向，是沿着图中示出的顺时针方向流过，形成抵消交链磁通的反作用磁场41。就是说，沿着与流过配线导体1的电流相反的方向流过。这是与上述众所周知的示例中说明的、以反向电流形成的互感来减小各配线的合成电感的原理等效的，但本发明的特征在于，利用感应导体2的感应电流等效产生互感效应。

可是，流过配线导体1的环路电流34形成的磁场32比流过感应导体2的感应电流42形成的反作用磁场41弱。因此，就减少了从配线导体1向外部空间释放的电磁辐射量。在电力变换装置中，在各配线路径上采用本发明的配线基板，就能够减低从装置发出的电磁辐射噪声。这样，通过电磁辐射噪声减低的效果，能有助于减弱作用在装置的金属壳体及部件上的交链的磁通，从而会减低因感应电流造成的发热、因振动产生的噪声及无线电干扰。

本实施例虽然是采用IGBT作为功率半导体元件的电力变换装置做的说明，但本发明当然也能适用于采用其他功率半导体的电力变换装置。

图4是表示与本发明电力变换装置的主电路部有关的第2实施例的侧视图。图4与上述图1的不同点是配线导体1的厚度薄。在配线导体1上如流过随时间变化的电流，将会产生集肤效应，从而使频率高到一定程度的电流仅流过导体表面。因此，当流过高频电流时，即使将配线导体1的厚度加厚，电流也不会从导体内部流过，所以是没有意义的。将配线导体1的厚度减薄，除了使材料成本降低以外，还能减轻装置的重量。

与图1的第2个不同点是在配线导体1与感应导体2之间层叠绝缘体14。感应导体2隔着该绝缘体14平行于配线导体1配置。采用这种结构，与上述第1实施例相同，能够减小配线导体1的电感，而与上述第1实施例相比，由于配线导体1薄且轻，所以有助于降低成本和减轻装置重量。

图5是表示与本发明电力变换装置的主电路部有关的第3实施例的侧视图。图5与图1和图4的不同点在于除配线导体1外，感应导体2的厚度也变薄。即，由于流过感应导体2的感应电流仅只是流过导体表面，所以，即使将其厚度减薄也不会影响本发明的效果。并且，在本实施例中，将配线导体1和感应导体2的厚度减薄后，如图5所示，能将整个配线基板减薄，在构成这种薄型配线基板的情况下，能使配线的敷设随同组件4及电源3的外形的凹凸情况按曲线进行。采用这种结构，除了与上述第1实施例相同能够减小配线导体1的电感以外，与上述第1实施例相比，在将配线导体1和感应导体2构成簿型结构，使配线基板能够很容易弯曲和折曲，应用于端子之间的连接，可实现最短距离配线，因而能进一步减小配线的电感。

图6是表示与本发明电力变换装置的主电路部有关的第4实施例的结构图。与上述实施例的不同点在于，配置多个环形感应导体2，附加在流过电路的环路电流路径上。这时，各环形感应导体2的设置位置要对各配线导体1之间有不同的电位，而且要彼此绝缘。要为每个配线导体1准备和设置一个环形感应导体2。各个环形感应导体2即要与环形导体靠近，又要保持互相绝缘，但不重叠配置，重要的是设置成使其覆盖流过电路的电流形成的环路的内侧。

与上述实施例的第2个不同点是使配线导体1与感应导体2在一点上作电气连接。图6中示出的配线43是用于连接配线导体1和感应导体2的配线。这样，在一点上连接的情况下，配线电流流入环形感应导体2并不妨碍感应电流减小电感的效果，而且由于配线导体1与感应导体2变成同电位，所以就没有必要使其绝缘了。因此，可以将环形感应导体2与配线导体1以极为靠近的方式设置。

与上述实施例的第3个不同点是在配线导体1与感应导体2之间层叠高电阻体14。如上所述，配线导体1与感应导体2是同电位，所以高电阻体的阻值能以使配线电流不会流入感应导体2即可，大约在1kΩ左右就可以了。

采用如上的结构，可以将环形感应导体2与配线导体1极为靠近地设置，因而能提高减小配线电感的效果以及提高降低电磁辐射量的效果。

图7和图8是表示与本发明电力变换装置的主电路部有关的第5实施例的侧视图和俯视图。

图7和图8所示实施例与上述各实施例的不同点在于，对多个配线导体1配置公用的感应导体2。采用这种结构，对应于流过配线导体1的电流随时间的变化，在感应导体2中产生作为感应电流的一种的涡流，除能利用该涡流减小配线导体1的电感之外，与上述第1实施例相比，相对于配线导体1的根数来说，可减少感应导体2的数目，能够缩短装置的制造组装过程。此外，图中虽未示出，但为使感应导体2成为浮动电位，可将一个高电阻的一端与感应导体2连接，而另一端连接于基准电位，由此能防止在感应导体2上蓄积电荷。

其次，通过本实施例与上述实施例同样的结构，说明如何能将配线导体1的电感减小到低于自感程度以下的原理。

图9是用本发明的配线基板减小配线导体1电感的原理的说明图。如该图所示，如在配线导体1上沿箭头34示出的方向流过随时间变化的电流，则在与箭头对应的时针方向上产生磁场32，该磁通与感应导体2交链。交链磁通随电流的瞬时值变化。因此，如在电磁学上已知的，在感应导体2中产生的与交链磁通随时间的变化相对应的感应电动势，由该感应电动势及感应导体2的电阻产生的感应电流形成涡流33，流过感应导体2。所产生的该涡流33的方向形成用来抵消交链磁通的反作用磁场。并且，各涡流33的合成电流在配线导体1的正下方流过，构成涡流33。该涡流33的方向与流过配线导体1的电流方向相反。这虽然与在上述众所周知的示例中说明的以反向电流形成的互感减小各配线的合成电感的原理等效，但是本发明的特征在于，利用感应导体2的涡流等效地产生互感的效应。

图10和图11是表示与本发明电力变换装置的主电路部有关的第6实施例的测视图和俯视图。

在图10和图11中，示出作为功率半导体元件的绝缘栅型双极晶体管(以下称IGBT)组件4与电源3的连接，IGBT组件4的输入及输出端子12与电源3的正极及负极端子13用配线导体1连接。这里，在配线导体1的上部与其平行地配置感应导体2。组件4内部的IGBT根据图中未示出的控制电路的指令通、断。虽然该控制方法有各种各样的形式，但无论采用那种方法都是随着IGBT的通、断使从电源3流向组件4的电流接通或切断，形成断续的脉冲状的电流。对应于该电流随时间的变化，在感应导体2中流过作为感应电流的一种的涡流，本发明的目的在于利用该涡流减小配线导体1的电感。

配线导体1及感应导体2的一端用导电环11及螺栓10固定在电源3的端子上，上述两导体与端子13作电气连接。另一方面，配线导体1的另一端与组件4的端子12作电气连接，但其上部的感应导体2用绝缘环6和7以螺栓8紧固，使感应导体2与端子12作电气隔离。这样，感应导体2的一端作电气连接，而另一端作电气隔离，这在使涡流流过该导体上是很重要的。即，感应导体2如果与端子12、13连接，则在感应导体2上与配线导体1一样流过在电源3与组件4之间流过的电流，由于流过两导体的电流方向相同，后文所述的利用涡流减小电感的情况就不可能发生。另外，图中虽未示出，但除了利用上述涡流的配线基板外，还特别设有具有使配线导体1和感应导体2变薄的结构，以及在配线导体1和感应导体2之间层叠高电阻体14的结构的配线基板。因配线导体1与感应导体2是同电位，两导体没有必要绝缘，所以该高电阻体14只要具有使流过配线导体1的电流不分流到感应导体2的电阻值即可，大约1kΩ左右就可以了。采用这种结构，对应于流过配线导体1的电流随时间的变化，与感应导体2交链的交链磁通随电流的瞬时值变化。因此，在感应导体2中产生与交链磁通随时间的变化对应的感应电动势，由该感应电动势及感应导体2的电阻共同产生的感应电流作为涡流流过感应导体2。利用该涡流的合成电流减小配线导体1的电感。

上述结构的要点是配线导体1与感应导体2的间隔，该间隔最好是尽可能狭小。在本实施例中，如上所述，因配线导体1和感应导体2与端子13电气连接，所以感应导体2的电位与配线导体1相等。当感应导体2的电位与配线导体1不同时，两导体必须保持绝缘，所以两导体的间隔就不能减小到绝缘距离以下。但是，在本实施例中，两导体在端子13上构成同电位，所以有可能靠近到绝缘距离以下。这种结构在最大限度发挥感应导体2的涡流的效应上是很重要的。

第2个要点是配线导体1与感应导体2的宽度，如图11所示，只要配线的具体安装空间及耐压等条件容许，将感应导体2的宽度做成大于配线导体1的宽度，就会使涡流的合成电流增大，使合成电流形成的环路面积增大，并且使配线电流正下方流过的合成电流产生的互感效应增大。

第3个要点是感应导体2的材质，最好是导电性优良的铜或铝等。如采用这种良导体，同样的磁通交链时流过的涡流增大。另一方面，配线导体与通常的总线一样，要采用铜。

以下，通过在本实施例的结构，说明如何能将配线导体1的电感减小到低于自感程度的原理。

图12是用本发明的配线基板减小配线导体1电感的原理的说明图。如该图所示，如在配线导体1上沿箭头34示出的方向流过随时间变化的电流，则在与箭头相对应的反时针方向上产生磁场32，其磁通与感应导体2交链。交链磁通随电流的瞬时值变化。因此，如在电磁学上已知的，在感应导体2中产生与交链磁通随时间的变化对应的感应电动势，由该感应电动势及感应导体2的电阻共同产生的感应电流作为涡流33流过感应导体2。所产生的该涡流33的方向，在图中配线导体1的左侧为如33-1所示的反时针方向，在配线导体1的右侧为33-2所示的顺时针方向，形成用来抵消交链磁通的反作用磁场。并且，流过感应导体2的各涡流合成后，如图13所示，在配线导体1的正下方，与流过配线导体1的电流方向相反。这与在上述众所周知的例中所说明的以反向电流形成的互感减小各配线的合成电感的原理等效，但是，本发明的特征在于，利用感应导体2的涡流等效的产生互感效应。

可是，如将图13的关系用等效电路表示，则可如图14所示那样的电路表示。在该图中，35相当于配线导体1，而36则相当于感应导体2。两导体间磁耦合的交链磁通与反作用磁场的关系则用变压器等效表示。图中将相当于感应导体2的36短接的电阻38是感应导体2的电阻。因涡流仅在表面附近流过，所以电阻38与由感应导体2的体积决定的一般的电阻值不同。这里，如将合成电阻38的值增大到不妨碍涡流流过感应导体2的等效电路36的程度，则通过用图中的变压器表示的磁耦合，可将与配线导体1的等效电路35的电磁能量以热能方式在合成电阻38上消耗掉。这种情况对于抑制因配线的电磁能量产生的电流或抑制电压的波动很重要。为了增大图14中的合成电阻38的值，如图15所示，可以通过在避开不妨碍涡流产生的配线导体1正下方的感应导体2上开2个孔39来实现。因涡流须绕过孔39流过，所以其电流的路径增加，因而使图14示出的合成电阻38的值增加。利用如图15的结构，可将配线导体1的电感所蓄积的电磁能量转换为热量，并能抑制振动，所以有助于减小电路的噪声。

图16和图17是表示与本发明电力变换装置的缓冲电路有关的实施例的结构图。图16是缓冲电路的外观，图17是用电路图绘出图16中包含的部件和配线的图。

在图16和图17中，开关元件是IGBT，其组件为19。以下，说明在图16的外观图中各部件的连接关系，但若参照图17的电路图，则连接关系容易理解。此外，图16中示出的缓冲电路的结构是众所周知的，在本实施例中虽然是以该众所周知的电路作为例子，但其特征在于在缓冲电路的配线中采用利用了上述感应电流的配线基板，至于缓冲电路本身用哪一种结构都可以。

首先，在图16中将电源3的正极和负极端子与IGBT组件19连接。在本实施例中，图16中绘斜线的配线是本发明的配线基板，连接电源3和组件的配线为通常的配线，但该部分也可如图1所示使用本发明的配线基板。在组件19的内部，2个IGBT以串联的电桥结构连接。该电桥相当于在电机驱动中使用的3相逆变器的1相。

其次，说明缓冲电路。如图17所示，缓冲电路相对于电桥的上下IGBT各备1个，将由吸收能量用的电容器16与二极管17组成的串联件分别并联在上下IGBT的输入端子和输出端子之间。并且，从电容器16与二极管17的接点连接到电桥的正侧或负侧端子的电阻18。这里，由电容器16与二极管17组成的串联件的各配线及将该串联件并联于IGBT的输入输出端子的连接配线则采用在上述第1到第3实施例中讲述过的任何一种结构的配线基板。关于电阻18的连接，因不影响配线的电感，所以其配线可用通常的导体。

现以上述结构说明上下的任何一个IGBT截止时的情况。这里，以电桥上部的IGBT截止时的情况为例。首先，假定IGBT处于导通状态，这时，电容器16通过电阻18连接于电源3的正极、负极端子，所以其电压等于电源3的电压。假定电桥上部的IGBT是将电流供给图中未示出的负载。其次，如果该IGBT根据图中未示出的控制指令截止，则流过IGBT的电流转换到与元件并联设置的缓冲电路。这时，流入缓冲电路的电流通过配线基板的电感L1流到电容器16，接着通过第2配线基板的电感L2流入二极管17，最后通过第3配线基板的电感L3流入图中未示出的负载。即，转换到缓冲电路的电流通过3个配线基板。

在现有的缓冲电路中，配线的电感不能小于由配线形状决定的值，所以上述缓冲电路的配线电感最低也有数百nH的值。并且，为了使流入缓冲电路的电流随时间的变化等于IGBT的电流切断速度，要使切换速度快的IGBT达到数kA/μs。这些造成的结果是，在电流流入缓冲电路的瞬间，在配线电感的两端将产生以L(di/dt)表示的电压，其值达到接近数百V到1kV的值。上述电压再加上电容器16的充电电压后的电压施加在IGBT的输入输出端子之间，就会形成非常高的过电压，因而将会使元件承受到应力。特别是，由于这发生在IGBT切断电流的过程中，IGBT在有电流流过的同时还加有过电压，所以有可能因两者之积产生的瞬间能量而导致IGBT遭到损坏。

在图16的实施例中，如上所述，由于在缓冲电路的配线中采用上述第1到第4实施例中说明过的利用了上述感应电流的配线基板，所以在电流转换到缓冲电路时，随时间的变化不存在延迟，相应地能减小配线的电感并能抑制上述峰值电压。特别是，电流随时间的变化如为上述的值，其等效频率为数MHz，由于在与该高频对应的交链磁通随时间的变化下将产生感应电流，所以其反作用磁场增强，能将配线基板的配线导体1的合成电感减小到相当于其本身的自感1/2左右的程度。即，所产生的峰值电压也减小一半，因而减轻了IGBT的应力，优点非常明显。

在如本实施例所述配线长度要取决于电路部件形状的场合下，采用簿片状的配线基板更为有效，由于能将配线基板弯曲和折曲使用，所以能缩短配线长度。

图18和图19是表示本发明电力变换装置用的缓冲组件的实施例的正视图和侧视图。

在本实施例中，是将图16所示的缓冲电路的配线集成在1块树脂基板25上的例子。本实施例是上述图5的实施例的应用，是在树脂基板25上将图16中画斜线用簿片配线粘贴的例子。当然，与图5一样相当于感应导体2的箔处在浮动电位状态。这样，通过集成化，使配线长度缩短，因而能减小电感。

图20是表示本发明电力变换装置用的电源组件的实施例结构图，图21是以电路表示出安装在图20的组件内部的部件。

在图20中，电源组件具有安装了二极管26和晶体管27的基板部28、及用于将该基板部28的规定位置与设在组件外部的端子连接的配线31，上述基板部28、及安装在其上的各元件的安装方法与现有组件相同。即，在上述基板28上，先用焊锡将AIN等绝缘陶瓷板29固定，然后将连接二极管26及晶体管27的电极用的箔导体30固定在该绝缘陶瓷板29上，并用跨接线将晶体管27及二极管26的各电极与上述箔导体30作电气连接。

本实施例的特征在于，在从设在基板28上的电极到组件外部的端子的连接配线上采用了在上述实施例6中所述的利用涡流的配线基板。按照本实施例，晶体管27及二极管26在分别切换时产生的电流随时间变化，于是在配线31上备有的感应导体2上产生相应的涡流，通过与上述第5实施例相同的涡流效应，减小与配线31的配线导体1相对应的合成电感。通过减小该电感，与上述的实施例相同，可以分别获得因减小峰值电压、抑制电压波动而降低噪声、以及因减少配线的电磁能量而降低损耗的效果。另外，伴随着电感的减小也降低了施加在晶体管27上的电压，所以也减小了开关损耗，其结果是与组件的散热有关的部件也有可能小型化或降低成本。本实施例虽然是以安装在逆变装置的1相内的电源组件的一部分所做的说明，但本发明当然也适用于其他半导体组件。

图22是表示本发明电力变换装置用的电源组件的实施例结构图，图23以电路表示出安装在图22的组件内部的部件。

在图22中，电源组件具有并联安装了二极管26和晶体管27的组的基板部28、及用于将该基板部28的规定位置与设在组件外部的端子连接的配线31，上述基板部28、及安装在其上的各元件的安装方法与现有组件相同。即，在上述基板28上，先用焊锡将AIN等绝缘陶瓷板29固定，然后将连接二极管26及晶体管27的电极用的箔导体30固定在该绝缘陶瓷板29上，并用跨接线将晶体管27及二极管26的各电极与上述箔导体30电气连接。

本实施例的特征在于，在从设在基板部28上的电极到组件外部的端子的连接配线的一部分上采用了在上述实施例6中所述的利用涡流的配线基板，使流过各晶体管27和二极管26的组件的电流均匀化。按照本实施例，晶体管27及二极管26在分别切换时产生的电流随时间变化，于是在配线31的一部分上备有的感应导体2上产生相应的涡流，以与上述第6实施例相同的涡流效应减小与配线31的配线导体1对应的合成电感。通过减小该电感，与上述的实施例相同，使连接晶体管27-1的配线31具有的合成电感与连接晶体管27-2的配线31的电感相等，因而能使流过各晶体管27和二极管26的组件的电流均匀化，也能使峰值电压及开关损耗均匀化。其结果是能有助于组件的安全运作。本实施例虽然是以并联连接了二极管26和晶体管27的组件电源组件所做的说明，但本发明当然也适用于其他半导体组件。

图24是表示本发明电力变换装置用的电源组件一实施例图，是表示组件一部分的俯视图。图25是图24的侧视图。

在图24中，电源组件具有安装了晶体管27和二极管的基板部28、及用于将设在该基板部28的规定位置的箔导体30与设在组件外部的端子连接的配线，上述基板部28、及安装在其上的各元件的安装方法与现有组件相同。即，在上述基板28上，先用焊锡将AIN等绝缘陶瓷板29固定，然后将连接晶体管27基二极管箔导体30的电极用的箔导体30固定在该绝缘陶瓷板29上，并用跨接线47将晶体管27及二极管的各电极与上述箔导体30电气连接。

本实施例的特征在于，在覆盖在半导体、箔导体30、跨接线47上面的绝缘层14上层叠装有感应导体2。在该感应导体2上设有图中未画出的使与组件外部端子及箔导体30的连接配线的通孔39及在组装组件时用于使流入组件内的凝胶材料的通孔39。按照本实施例，随着晶体管27及二极管分别切换时产生的电流随时间的变化，在感应导体2上产生相应的涡流，通过以与上述第5实施例相同的涡流效应，减小箔导体30及接合线47的配线电感。特别是，如图25所示，由于将感应导体2靠近跨接线47配置，所以能有助于利用涡流减小跨接线47的配线电感。本实施例虽然是以并联连接晶体管27的电源组件的一部分所做的说明，但本发明对组件内的总体当然适用，当然也适用于其他半导体组件。

图34是表示本发明电力变换装置用的电源组件的实施例结构图，图35以电路表示出安装在图34的组件内部的部件，图36表示出图34的局部断面。

在图34中，电源组件具有安装了二极管26和晶体管27的基板部28、及用来将该基板部28的规定位置与设在组件外部的端子连接的配线51、52、53、54，上述基板部28、及安装在其上的各元件的安装方法与现有组件相同。即，在上述基板28上，先用焊锡将用于使安装电路与基板28绝缘的AIN等绝缘陶瓷板29固定、或粘合绝缘树脂等，然后将连接二极管26及晶体管27的电极用的箔导体30固定在该绝缘陶瓷板29上，并用跨接线将晶体管27及二极管26的各电极与上述箔导体30作电气连接。

本实施例的特征在于，将连接从箔导体30到组件外部端子的配线51、52、53、54接近平行地配置在基板28上直到规定的位置。特别是，根据图33的实验结果应使图36中所示的配线51、52、53、54与基板28的间隔d46至少在使电感的衰减率达到60％以上的3mm以下。按照本实施例，随着晶体管27及二极管分别切换时产生的电流随时间的变化，与上述图9中所示出原理一样，在配线的正下方于基板28内产生相应的涡流，其等效电路如图35所示，使配线51、52、53、54相对于基板28的合成电感减小。通过减小该电感，与上述的实施例相同，可以因减低峰值电压、抑制电压波动而降低噪声，并能抑制因半导体控制配线51、52与半导体输入输出配线53、54之间的电磁耦合而造成的误动作。并且，具有因减少半导体控制配线51、52的电磁能量而降低损耗的效果，由于切换时施加在晶体管27及二极管26上的电压降低，所以可减小这些半导体元件的损耗。因此，与组件的散热有关的部件也有可能小型化或降低成本。本实施例虽然是以内部装有在逆变装置中使用的开关元件和二极管的并联电路的电源组件所做的说明，但本发明当然也适用于其他半导体组件。

图26是表示本发明的电力变换装置用的控制电路基板的实施例的俯视图。图27是图26的侧视图。

在图26中，在控制电路基板50(以下称印刷电路板50)上安装有图中未示出的、用于驱动功率半导体元件的驱动电路及用于控制该驱动电路的微机及其外围电路和控制电路用电源等，安装方法与现有的印刷电路板相同。即，在上述印刷电路板50上，层叠箔导体30，在该箔导体30上固定各电路部件49，构成控制电路。

本实施例的特征在于，采用在与上述主电路配线有关的第6实施例中所示的、应用涡流的配线基板，并在印刷电路板50上进行跨接线的配线。应用该涡流的配线基板的结构是在感应导体2的两侧层叠绝缘体14，将配线导体1固定在设置于不与上述印刷电路板50连接一侧的绝缘体14的上表面，并与接线端子5连接。此外，也可以采用将感应导体2与图中未示出的接线端子5电接触的结构。按照本实施例，为切换功率半导体元件，必须将来自驱动电路的驱动电力供给功率半导体元件，切换时，在连接控制电路、特别是驱动电路的电源配线及连接功率半导体元件的信号配线中将流过伴随着切换而随时间变化的电流。在这些配线中，如使用应用了上述涡流的跨接配线，则与涉及上述主电路配线的第6实施例相同，能以涡流的效应减小配线的电感，同时还能减小与其他控制用信号配线的干扰。其结果是有助于减少控制电路的误动作，构成可靠性高的电力变化装置。

以下，说明在上述实施例中讲述的本发明的配线基板的制造方法。图28、图29、图30是配线基板及制造方法的侧视图和结构图。

图28是配线基板的侧视图，它是表示出将配线导体1、绝缘体14或高电阻体14、及感应导体2平行地层叠配置的配线基板的侧视图。接线端子用图中未示出的栓接方式或锡焊及浇封方式等进行。图29示出用压辊热压的制造方法，在压辊44内装有图中未示出的加热器。将在粘接面上涂布热固性粘接剂后的配线导体1、绝缘体14或高电阻体14、及感应导体2重叠插入处在加热后状态的压辊44内，经过热压，将其固结在一起。图30示出用压力机热压的制造方法，在压力机内装有图中未示出的加热器。将在粘接面上涂布热固性粘接剂后的配线导体1、绝缘体14或高电阻体14、及感应导体2重叠设置在处在加热后状态的压力机45的压板上，经过热压，将其固结在一起。

以上，用上述所有实施例说明的本发明，当然也适用于采用门极可关断晶闸管等其他功率半导体元件的电力变化装置。

如上所述，按照本发明，能够大幅度减小进行电力变换装置电气连接的配线电感。其效果是降低施加在功率半导体元件上的电压，有助于元件的安全运作，同时减少配线的电磁能量，因此，减小缓冲电路的损耗，且能抑制电压或电流的波动而降低噪声，并能减低电磁辐射噪声。

另外，还具有减小元件的开关损耗、并能使散热片小型化等效果，可以在电力变换装置中实现各种有益的特性。

Claims (19)

1.一种配线基板，其特征在于：它具有在构成电路的元件之间进行连接并流过随时间变化的电流的配线导体；以及对上述配线导体绝缘、并靠近且平行于上述配线导体配置的另一导体。

2.根据权利要求1所述的配线基板，其特征在于：上述另一导体具有与在电路上形成的环路上的配线导体相同的环路形状。

3.根据权利要求1所述的配线基板，其特征在于：上述配线导体及上述另一导体的形状为板形。

4.根据权利要求3所述的配线基板，其特征在于：上述配线导体及上述另一导体的板形厚度在0.5mm以下。

5.根据权利要求2或3所述的配线基板，其特征在于：将上述配线导体/上述另一导体/及在上述配线导体与上述另一导体之间起绝缘作用的绝缘部经过层压成型以后配置。

6.根据权利要求2或3所述的配线基板，其特征在于：配置由上述配线导体形成的环路配线导体、以及相对于上述环路上的配线导体、覆盖在该环路的内侧或外侧以及上面或下面的另一导体形成的环形的另一导体。

7.根据权利要求1至3中任何一项所述的配线基板，其特征在于：在上述另一导体与基准电位之间用电阻体连接。

8.根据权利要求7所述的配线基板，其特征在于：上述电阻体在1kΩ以上。

9.一种配线基板，其特征在于：它具有：某元件所连接的第1端子；与上述元件不同的另一元件所连接的第2端子；连接在上述第1端子与上述第2端子之间并流过随时间变化的电流的导体板；与上述导体板平行配置的第2导体板；及与上述导体板及上述第2导体板电绝缘的绝缘部。

10.根据权利要求9所述的配线基板，其特征在于：将上述导体板/上述绝缘部/及上述第2导体板经过层压成型后配置。

11.根据权利要求9或10所述的配线基板，其特征在于：上述导体板是具有在1kΩ以上的电阻值的基板。

12.根据权利要求9或10所述的配线基板，其特征在于：上述第2导体板与上述第1端子或第2端子中的任何一个作电气连接。

13.根据权利要求9或10所述的配线基板，其特征在于：上述绝缘部覆盖上述导体板或第2导体板中的任何一个，上述导体板和第2导体板将上述绝缘部夹在中间重叠配置。

14.根据权利要求9或10所述的配线基板，其特征在于：上述第2导体板的宽度大于上述导体板的宽度。

15.根据权利要求9或10所述的配线基板，其特征在于：上述导体板及上述第2导体板的厚度在0.5mm以下。

16.根据权利要求9或10所述的配线基板，其特征在于：在上述第2导体板上设有开孔。

17.一种电力变换装置，其特征在于：它具有将电力变换装置的用于控制从电源供给负载的电流的接通或切断的元件的输入部或输出部与其他元件连接的配线导体；及对上述配线导体电绝缘、并基于流过上述配线导体的电流产生感应电流的感应导体，上述感应导体配置在沿着上述配线导体且产生感应电流的位置上，利用流过上述配线导体的电流，减小上述配线导体的电感。

18.一种电力变换装置，其特征在于，它具有将电力变换装置的、用于控制从电源供给负载的电流的接通或切断的功率半导体元件的输入部与输出部之间并联连接缓冲电路，在上述缓冲电路的元件之间进行连接的配线导体；以及对上述配线导体电绝缘、并基于流过上述配线导体的电流产生感应电流的感应导体，上述感应导体配置在沿着上述配线导体且产生感应电流的位置上，利用流过上述配线导体的电流，减小上述配线导体的电感。

19.一种电力变换装置，其特征在于：它具有在内部装有电力变换装置的、用于控制从电源供给负载的电流的接通或切断的功率半导体元件的组件的端子部与功率半导体元件之间连接配线导体，上述组件具有金属制基板、在上述基板上的绝缘层、及固定在其上的箔导体配线，上述配线导体由端子部及同一导体形成、从端子部连接上述箔导体配线，并与上述组件的金属基板平行配置，且与金属基板的间隔至少在3mm以下，利用流过上述配线导体的电流，减小上述配线导体的电感。

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