(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024151748
(43)【公開日】2024-10-25
(54)【発明の名称】電力変換器
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20241018BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 Y
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023065392
(22)【出願日】2023-04-13
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002941
【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高橋 佑弥
【テーマコード（参考）】
5H730
【Ｆターム（参考）】
5H730AA15
5H730AS05
5H730BB27
5H730DD04
5H730EE02
5H730EE03
5H730EE08
5H730FD41
5H730FG05
5H730ZZ04
5H730ZZ07
5H730ZZ11
5H730ZZ12
5H730ZZ16
(57)【要約】
【課題】追加部品によるコスト増加を抑制しつつ、基板上の主回路パターンを削減して、小型化及び低コスト化した電力変換器を得ること。
【解決手段】電源端子部を有した基板と、電源端子部に接続されたパワーモジュールと、パワーモジュールを制御する制御回路と、巻線を有し、パワーモジュールと並べて配置されたトランスとを備え、パワーモジュールは、電源端子部に接続された入力端子、巻線に接続された出力端子、及び制御回路に接続された制御端子を有し、電源端子部と入力端子とは基板を介して接続され、制御回路と制御端子とは基板を介して接続され、巻線と出力端子とは基板を介さずに接続され、巻線は、巻回部と、出力端子に接続された引き出し部と、を有し、引き出し部におけるトランスの巻回部を収めた本体部から出力端子と引き出し部との接続部までの長さは、出力端子におけるパワーモジュールの本体部から接続部までの長さよりも長い。
【選択図】図６
【解決手段】電源端子部を有した基板と、電源端子部に接続されたパワーモジュールと、パワーモジュールを制御する制御回路と、巻線を有し、パワーモジュールと並べて配置されたトランスとを備え、パワーモジュールは、電源端子部に接続された入力端子、巻線に接続された出力端子、及び制御回路に接続された制御端子を有し、電源端子部と入力端子とは基板を介して接続され、制御回路と制御端子とは基板を介して接続され、巻線と出力端子とは基板を介さずに接続され、巻線は、巻回部と、出力端子に接続された引き出し部と、を有し、引き出し部におけるトランスの巻回部を収めた本体部から出力端子と引き出し部との接続部までの長さは、出力端子におけるパワーモジュールの本体部から接続部までの長さよりも長い。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部電源と電気的に接続される電源端子部を有した基板と、
複数のスイッチング素子を有し、前記電源端子部に接続されたパワーモジュールと、
前記基板に設けられ、前記パワーモジュールを制御する制御回路と、
前記パワーモジュールに接続された巻線を有し、前記パワーモジュールと並べて配置されたトランスと、を備え、
前記パワーモジュールは、前記電源端子部と電気的に接続された入力端子、前記巻線と電気的に接続された出力端子、及び前記制御回路と電気的に接続された制御端子を有し、前記電源端子部と前記入力端子とは前記基板を介して接続され、前記制御回路と前記制御端子とは前記基板を介して接続され、前記巻線と前記出力端子とは前記基板を介さずに接続され、
前記巻線は、巻回部と、前記巻回部から前記出力端子の方向に延出し、前記出力端子に接続された引き出し部と、を有し、
前記引き出し部における前記トランスの前記巻回部を収めた本体部から前記出力端子と前記引き出し部との接続部までの長さは、前記出力端子における前記パワーモジュールの本体部から前記接続部までの長さよりも長い電力変換器。
複数のスイッチング素子を有し、前記電源端子部に接続されたパワーモジュールと、
前記基板に設けられ、前記パワーモジュールを制御する制御回路と、
前記パワーモジュールに接続された巻線を有し、前記パワーモジュールと並べて配置されたトランスと、を備え、
前記パワーモジュールは、前記電源端子部と電気的に接続された入力端子、前記巻線と電気的に接続された出力端子、及び前記制御回路と電気的に接続された制御端子を有し、前記電源端子部と前記入力端子とは前記基板を介して接続され、前記制御回路と前記制御端子とは前記基板を介して接続され、前記巻線と前記出力端子とは前記基板を介さずに接続され、
前記巻線は、巻回部と、前記巻回部から前記出力端子の方向に延出し、前記出力端子に接続された引き出し部と、を有し、
前記引き出し部における前記トランスの前記巻回部を収めた本体部から前記出力端子と前記引き出し部との接続部までの長さは、前記出力端子における前記パワーモジュールの本体部から前記接続部までの長さよりも長い電力変換器。
【請求項2】
前記複数のスイッチング素子は、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有し、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とは直列に接続され、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを接続した第１接続部は、前記出力端子である第１の出力端子と電気的に接続されている請求項１に記載の電力変換器。
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とは直列に接続され、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを接続した第１接続部は、前記出力端子である第１の出力端子と電気的に接続されている請求項１に記載の電力変換器。
【請求項3】
前記複数のスイッチング素子は、第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を有し、
前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とは直列に接続され、
前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とを接続した第２接続部は、前記出力端子である第２の出力端子と電気的に接続され、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とは隣接して配置されている請求項２に記載の電力変換器。
前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とは直列に接続され、
前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とを接続した第２接続部は、前記出力端子である第２の出力端子と電気的に接続され、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とは隣接して配置されている請求項２に記載の電力変換器。
【請求項4】
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記入力端子は、前記Ｚ方向に延出して、前記基板に接続されている請求項１に記載の電力変換器。
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記入力端子は、前記Ｚ方向に延出して、前記基板に接続されている請求項１に記載の電力変換器。
【請求項5】
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記引き出し部は、前記Ｚ方向に折り曲げられた部分である折り曲げ部を少なくとも１つ有している請求項１に記載の電力変換器。
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記引き出し部は、前記Ｚ方向に折り曲げられた部分である折り曲げ部を少なくとも１つ有している請求項１に記載の電力変換器。
【請求項6】
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記引き出し部は、前記出力端子の側に、前記Ｚ方向に折り曲げられて前記Ｚ方向に延出した部分である折り曲げ端部を有し、
前記出力端子は、前記引き出し部の側に、前記Ｚ方向に折り曲げられて前記Ｚ方向に延出した部分である出力折り曲げ端部を有し、
前記折り曲げ端部と前記出力折り曲げ端部とが電気的に接続され、前記接続部が形成されている請求項１に記載の電力変換器。
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記引き出し部は、前記出力端子の側に、前記Ｚ方向に折り曲げられて前記Ｚ方向に延出した部分である折り曲げ端部を有し、
前記出力端子は、前記引き出し部の側に、前記Ｚ方向に折り曲げられて前記Ｚ方向に延出した部分である出力折り曲げ端部を有し、
前記折り曲げ端部と前記出力折り曲げ端部とが電気的に接続され、前記接続部が形成されている請求項１に記載の電力変換器。
【請求項7】
前記引き出し部は、前記トランスの本体部から突出した後、前記Ｚ方向又は前記Ｚ方向とは反対方向に折り曲げられた前記折り曲げ部を有し、
前記引き出し部は、前記折り曲げ部から前記Ｚ方向又は前記Ｚ方向とは反対方向に延出した後、さらに折り曲げられて前記接続部の方向に延出している請求項５に記載の電力変換器。
前記引き出し部は、前記折り曲げ部から前記Ｚ方向又は前記Ｚ方向とは反対方向に延出した後、さらに折り曲げられて前記接続部の方向に延出している請求項５に記載の電力変換器。
【請求項8】
前記パワーモジュールは、第一面、前記第一面とは反対側の第二面、及び前記第一面と前記第二面とを取り囲む４つの面である、第三面、第四面、第五面、第六面を有する直方体状に形成され、
前記出力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の一方に配置され、
前記引き出し部の少なくとも一部は、前記出力端子が配置された前記第三面又は前記第四面の方向に斜めに延出した部分を有している請求項１に記載の電力変換器。
前記出力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の一方に配置され、
前記引き出し部の少なくとも一部は、前記出力端子が配置された前記第三面又は前記第四面の方向に斜めに延出した部分を有している請求項１に記載の電力変換器。
【請求項9】
前記パワーモジュールは、第一面、前記第一面とは反対側の第二面、及び前記第一面と前記第二面とを取り囲む４つの面である、第三面、第四面、第五面、第六面を有する直方体状に形成され、
前記入力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の一方に配置され、
前記出力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の他方に配置され、
前記トランスは、前記出力端子が配置された面の側に配置されている請求項１に記載の電力変換器。
前記入力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の一方に配置され、
前記出力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の他方に配置され、
前記トランスは、前記出力端子が配置された面の側に配置されている請求項１に記載の電力変換器。
【請求項10】
前記パワーモジュールを冷却する冷却器を備え、
前記パワーモジュールは、前記冷却器が有した冷却面に熱的に接続され、
前記基板の基板面は、前記パワーモジュールの前記冷却器の側とは反対側に、前記パワーモジュールとは隙間を空けて配置され、
前記接続部は、前記基板と前記冷却器との間の領域に配置されている請求項１に記載の電力変換器。
前記パワーモジュールは、前記冷却器が有した冷却面に熱的に接続され、
前記基板の基板面は、前記パワーモジュールの前記冷却器の側とは反対側に、前記パワーモジュールとは隙間を空けて配置され、
前記接続部は、前記基板と前記冷却器との間の領域に配置されている請求項１に記載の電力変換器。
【請求項11】
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記Ｚ方向に見て、
前記出力端子、及び前記引き出し部の少なくとも一部は、前記基板と重複して配置され、
前記引き出し部が前記基板と重複している部分の長さは、前記出力端子が前記基板と重複している部分の長さよりも長い請求項１に記載の電力変換器。
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記Ｚ方向に見て、
前記出力端子、及び前記引き出し部の少なくとも一部は、前記基板と重複して配置され、
前記引き出し部が前記基板と重複している部分の長さは、前記出力端子が前記基板と重複している部分の長さよりも長い請求項１に記載の電力変換器。
【請求項12】
前記折り曲げ端部と前記出力折り曲げ端部とは、ＴＩＧ溶接により電気的に接続されている請求項６に記載の電力変換器。
【請求項13】
前記出力端子と前記引き出し部とは、ねじにより電気的に接続されている請求項１に記載の電力変換器。
【請求項14】
前記出力端子は、前記パワーモジュールの本体部から前記トランスの本体部の方向に延出し、
前記引き出し部は、前記トランスの本体部から前記パワーモジュールの本体部の方向に延出し、
前記出力端子の端部と前記引き出し部の端部との重なった部分に前記接続部が形成され、
前記接続部において、前記出力端子と前記引き出し部とは前記ねじにより締結されている請求項１３に記載の電力変換器。
前記引き出し部は、前記トランスの本体部から前記パワーモジュールの本体部の方向に延出し、
前記出力端子の端部と前記引き出し部の端部との重なった部分に前記接続部が形成され、
前記接続部において、前記出力端子と前記引き出し部とは前記ねじにより締結されている請求項１３に記載の電力変換器。
【請求項15】
前記トランスは、前記巻線として、１次側巻線と２次側巻線とを有し、
前記１次側巻線の巻数は、前記２次側巻線の巻数よりも多く、
前記出力端子は、前記１次側巻線に接続されている請求項１に記載の電力変換器。
前記１次側巻線の巻数は、前記２次側巻線の巻数よりも多く、
前記出力端子は、前記１次側巻線に接続されている請求項１に記載の電力変換器。
【請求項16】
前記トランスは、前記巻線として、１次側巻線と２次側巻線とを有し、
前記２次側巻線から出力される電圧を整流する整流回路と、前記２次側巻線から出力される電圧を平滑化する平滑回路と、をさらに備え、
前記整流回路は、複数の半導体素子から構成され、前記平滑回路は、リアクトルとコンデンサとから構成されている請求項３に記載の電力変換器。
前記２次側巻線から出力される電圧を整流する整流回路と、前記２次側巻線から出力される電圧を平滑化する平滑回路と、をさらに備え、
前記整流回路は、複数の半導体素子から構成され、前記平滑回路は、リアクトルとコンデンサとから構成されている請求項３に記載の電力変換器。
【請求項17】
前記パワーモジュールは、前記トランスの前記１次側巻線に接続される前記複数のスイッチング素子及び前記複数の半導体素子が一体化されたモジュールである請求項１６に記載の電力変換器。
【請求項18】
前記トランスは、前記巻線として、１次側巻線と２次側巻線とを有し、
前記１次側巻線及び前記２次側巻線は、平板状の巻線で構成され、
前記トランスは、プレーナー形状のトランスである請求項１に記載の電力変換器。
前記１次側巻線及び前記２次側巻線は、平板状の巻線で構成され、
前記トランスは、プレーナー形状のトランスである請求項１に記載の電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、電力変換器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
電気自動車又はハイブリッド自動車のように、駆動源にモータが用いられている電動化車両には、一般的に、複数の電力変換器が搭載されている。電力変換器としては、商用の交流電源から直流電源に変換して高圧バッテリに充電する車載充電器、高圧バッテリの直流電源を低圧の直流に変換して、車内の１２Ｖ系の補機類に電力供給する降圧コンバータ、バッテリからの直流電力をモータへの交流電力に変換するインバータ等が挙げられる。近年、電動化車両の普及及び車室空間拡大のため、これらの電力変換器の小型化及び低コスト化が求められており、電力変換器に搭載されるスイッチング素子のパワーモジュール化が進められている。
【0003】
複数のスイッチング素子を１つのパワーモジュールにすることで、電力変換器の小型化及びスイッチング素子の冷却性能の向上を実現することができる。パワーモジュールは、スイッチング素子の駆動を制御するための制御信号が入力される制御端子、及び主回路電流が流れるパワー端子を有している。これらの端子は基板に接続され、基板に設けた配線パターンを介して他の電気部品に接続される。特に、車載充電器又は降圧コンバータの１次側の回路等に用いられる、主回路電流が十数Ａ程度のパワーモジュールでは、端子は基板に接続され、基板上の配線パターンによって他の電気部品に接続されることが一般的である。
【0004】
ただし、パワー端子に流れる主回路電流は、制御回路を流れる電流に対して非常に大きいため、主回路電流が流れるパターンの損失及び温度上昇が問題となることがある。さらに、高周波で電位変動するパターン、例えば、トランスに接続されるようなパターンは、パターンのＤＣ抵抗以外でも損失が発生するため、特にパターンにおける損失及び温度上昇が問題となる。具体的には、トランスに接続されるパターンを基板の層間に重ねて配置した場合、パターンの重なりによって生じる寄生容量の充放電による損失が発生する。また、トランスに接続されるパターンを平行に配置した場合、近接効果により高周波抵抗が増加するため、パターンの損失が増加してしまう。
【0005】
これらのパターンに起因した損失を抑制するためには、パターンのインピーダンスを低減する必要がある。その手段としては、パターン幅を大きくするか、パターンの厚みを厚くするかである。パターン幅を大きくする場合、基板の面積が拡大するので、基板のコストが増加することになる。パターンの厚みを厚くする場合、基板のパターンが厚銅化、又は基板の層数が増加するので、基板のコストが増加することになる。
【0006】
パワーモジュールのパワー端子と接続先の電気部品とを接続するために、配線部材を追加し、基板上の主回路パターンを削減した電力変換装置が開示されている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、パワーモジュールのパワー端子と電気部品であるトランスの端子との接続を、配線部材であるバスバーを追加して行っている。パワー端子とトランスの端子との接続は、元々基板上のパターンによってなされていたため、バスバーを追加することで、元々配置されていた基板上の接続パターンが削除可能になるので、基板の小型化を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許第６３７３４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記特許文献１においては、基板上の接続パターンが削除可能なので、基板を小型化することができる。しかしながら、上記の特許文献１の構成では、基板上のパターンを削除するために配線部材であるバスバーを追加しているため、コストが大きく増加するという課題があった。また、バスバーを設けたことで、接続の配線自体のパターンは基板上から取り除かれているものの、パワー端子及びトランスの端子は基板に接続されているため、パワー端子及びトランスの端子の周辺には絶縁距離が必要になるので、その他の主回路部品及び制御回路をパワー端子及びトランスの端子の周辺には配置することができない。そのため、絶縁距離を確保して主回路部品及び制御回路を配置するので、基板が大型化するという課題があった。
【0009】
そこで、本願は、追加部品によるコスト増加を抑制しつつ、基板上の主回路パターンを削減して、小型化及び低コスト化した電力変換器を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願に開示される電力変換器は、外部電源と電気的に接続される電源端子部を有した基板と、複数のスイッチング素子を有し、電源端子部に接続されたパワーモジュールと、基板に設けられ、パワーモジュールを制御する制御回路と、パワーモジュールに接続された巻線を有し、パワーモジュールと並べて配置されたトランスと、を備え、パワーモジュールは、電源端子部と電気的に接続された入力端子、巻線と電気的に接続された出力端子、及び制御回路と電気的に接続された制御端子を有し、電源端子部と入力端子とは基板を介して接続され、制御回路と制御端子とは基板を介して接続され、巻線と出力端子とは基板を介さずに接続され、巻線は、巻回部と、巻回部から出力端子の方向に延出し、出力端子に接続された引き出し部と、を有し、引き出し部におけるトランスの巻回部を収めた本体部から出力端子と引き出し部との接続部までの長さは、出力端子におけるパワーモジュールの本体部から接続部までの長さよりも長いものである。
【発明の効果】
【0011】
本願に開示される電力変換器によれば、電源端子部を有した基板と、電源端子部に接続されたパワーモジュールと、基板に設けられ、パワーモジュールを制御する制御回路と、パワーモジュールに接続された巻線を有し、パワーモジュールと並べて配置されたトランスと、を備え、パワーモジュールが、電源端子部と電気的に接続された入力端子、巻線と電気的に接続された出力端子、及び制御回路と電気的に接続された制御端子を有し、電源端子部と入力端子とは基板を介して接続され、制御回路と制御端子とは基板を介して接続され、巻線と出力端子とは基板を介さずに接続され、巻線が、巻回部と、巻回部から出力端子の方向に延出し、出力端子に接続された引き出し部と、を有し、引き出し部におけるトランスの巻回部を収めた本体部から出力端子と引き出し部との接続部までの長さが、出力端子におけるパワーモジュールの本体部から接続部までの長さよりも長いため、基板上から引き出し部と出力端子とを接続する主回路パターンを削除できるので、基板を小型化及び低コスト化することができる。基板が小型化及び低コスト化されるので、電力変換器を小型化及び低コスト化することができる。また、引き出し部と出力端子との接続に追加部品が不要なため、追加部品によるコスト増加を抑制することができる。また、引き出し部を出力端子に向けて延出させることで追加部品が無く、コストの増加を抑制した基板の大幅な小型化及び低コスト化が可能となり、電力変換器の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施の形態１に係る電力変換器の回路構成を示す図である。
【図2】実施の形態１に係る電力変換器のパワーモジュールの平面図である。
【図3】実施の形態１に係る電力変換器のパワーモジュールの側面図である。
【図4】実施の形態１に係る電力変換器の平面図である。
【図5】実施の形態１に係る電力変換器の基板のパターンを示す平面図である。
【図7】比較例の電力変換器の平面図である。
【図8】比較例の電力変換器の基板のパターンを示す平面図である。
【図10】実施の形態１に係る別の電力変換器の平面図である。
【図11】実施の形態１に係る別の電力変換器の平面図である。
【図12】実施の形態１に係る別の電力変換器のパワーモジュールとトランスとの接続を示す図である。
【図13】実施の形態１に係る別の電力変換器のパワーモジュールとトランスとの接続を示す図である。
【図14】実施の形態１に係る別の電力変換器のパワーモジュールとトランスとの接続を示す図である。
【図15】実施の形態１に係る電力変換器のパワーモジュールとトランスとの接続時の様子を示す図である。
【図16】実施の形態１に係る電力変換器のトランスの概略を示す分解斜視図である。
【図21】実施の形態１に係る別の電力変換器のパワーモジュールの断面図である。
【図22】実施の形態２に係る電力変換器の回路構成を示す図である。
【図23】実施の形態２に係る電力変換器のパワーモジュールの平面図である。
【図24】実施の形態２に係る電力変換器のパワーモジュールとトランスとの接続を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本願の実施の形態による電力変換器を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、又は相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
【0014】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る電力変換器１の回路構成を示す図、図２は電力変換器１のパワーモジュール１００の平面図で、樹脂１１を取り除いて、樹脂１１は外形のみを示した図、図３は電力変換器１のパワーモジュール１００の側面図で、樹脂１１を取り除いて、樹脂１１は外形のみを示した図、図４は電力変換器１の平面図で、基板４００を取り除いて示した図、図５は電力変換器１の基板４００のパターンを示す平面図、図６は図４のＡ－Ａ断面位置で切断した電力変換器１の断面図である。本実施の形態では、電力変換器１を絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを例に説明するが、電力変換器１はＤＣ／ＤＣコンバータに限るものではない。
図１は実施の形態１に係る電力変換器１の回路構成を示す図、図２は電力変換器１のパワーモジュール１００の平面図で、樹脂１１を取り除いて、樹脂１１は外形のみを示した図、図３は電力変換器１のパワーモジュール１００の側面図で、樹脂１１を取り除いて、樹脂１１は外形のみを示した図、図４は電力変換器１の平面図で、基板４００を取り除いて示した図、図５は電力変換器１の基板４００のパターンを示す平面図、図６は図４のＡ－Ａ断面位置で切断した電力変換器１の断面図である。本実施の形態では、電力変換器１を絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを例に説明するが、電力変換器１はＤＣ／ＤＣコンバータに限るものではない。
【0015】
＜電力変換器１＞
絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータである電力変換器１の回路構成の例を、図１により説明する。電力変換器１は、入力側と出力側とがトランス１１３によって絶縁されている。図１において、左側が入力側、右側が出力側である。電力変換器１は、外部電源である直流電源２００の入力電圧Ｖｉｎをトランス１１３で絶縁された二次側直流電圧に変換して、バッテリ等の負荷１１０に出力電圧Ｖｏｕｔを出力する装置である。
絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータである電力変換器１の回路構成の例を、図１により説明する。電力変換器１は、入力側と出力側とがトランス１１３によって絶縁されている。図１において、左側が入力側、右側が出力側である。電力変換器１は、外部電源である直流電源２００の入力電圧Ｖｉｎをトランス１１３で絶縁された二次側直流電圧に変換して、バッテリ等の負荷１１０に出力電圧Ｖｏｕｔを出力する装置である。
【0016】
電力変換器１は、図１において破線で囲まれた部分である、インバータ回路９９と、整流回路１１４とを備える。インバータ回路９９は、後述するパワーモジュール１００に収容される回路である。インバータ回路９９は、直流電源２００からの入力電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換する、スイッチング素子１０１、１０２、１０３、１０４をブリッジ型に接続した回路である。インバータ回路９９は、出力側でトランス１１３の１次側巻線１１３ａに接続される。整流回路１１４は、トランス１１３の２次側巻線１１３ｂに接続され、整流素子としてのダイオード１１５、１１６を有した回路である。整流回路１１４は、トランス１１３の出力を整流して直流パルス電圧に変換する。整流回路１１４の出力側には、平滑リアクトル１０８及び出力コンデンサ１０９が接続され、負荷１１０に出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。平滑リアクトル１０８と出力コンデンサ１０９は、直流パルス電圧を平滑化する。
【0017】
直流電源２００とインバータ回路９９の間には、Ｘコンデンサ４０１、Ｙコンデンサ４０２、４０３、ヒューズ４０４、電流センサ４０５が接続されている。Ｘコンデンサ４０１、Ｙコンデンサ４０２、４０３は、ノーマルモード及びコモンモードのノイズ対策のためのノイズ対策部品である。制御回路４０６は、出力電圧Ｖｏｕｔが目標値となるように、状況に応じてスイッチング素子１０１～１０４へ駆動信号を出力して、スイッチング素子１０１～１０４のオンｄｕｔｙ（オン期間）を制御し、ＰＷＭ制御を行う。
【0018】
図１において、左側の破線で囲まれた部分の構成は、１枚の基板４００に設けられる。基板４００は、例えば、ガラスエポキシ基板である。基板４００には、直流電源２００の正側及び負側との接続部である電源端子部２０１、２０２と、パワーモジュール１００の正側及び負側の入力端子との接続部である正極側接続部２０３及び負極側接続部２０４と、制御端子との接続部である制御側接続部２０７とが配置されている。また、パワーモジュール１００の出力端子とトランス１１３との接続部２０５、２０６は、基板４００を経由せずに直接接続される。
【0019】
スイッチング素子１０１～１０４は、ケイ素（Ｓｉ）からなる自己消弧型半導体スイッチング素子である、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられる。スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴに限るものではなく、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子でも構わない。スイッチング素子の材料は、ケイ素（Ｓｉ）に限るものではなく、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、もしくは窒化ガリウム（ＧａＮ）などのワイドバンドギャップ半導体材料、ダイヤモンド系の半導体材料から作製しても構わない。
【0020】
＜パワーモジュール１００＞
パワーモジュール１００の実装構成の例について、図２及び図３を用いて説明する。図３では、ボンディングワイヤは省略している。パワーモジュール１００は、図２に示すように、５つのリードフレーム１０１ｃ～１０４ｃ、１４を有する。リードフレームは、例えば、銅板である。スイッチング素子１０１～１０４のそれぞれは、例えば、底面にドレインパッドを有し、上面にゲートパッド及びソースパッドを有した半導体チップである。スイッチング素子１０１～１０４のそれぞれは、リードフレーム１０１ｃ～１０４ｃに実装される。
パワーモジュール１００の実装構成の例について、図２及び図３を用いて説明する。図３では、ボンディングワイヤは省略している。パワーモジュール１００は、図２に示すように、５つのリードフレーム１０１ｃ～１０４ｃ、１４を有する。リードフレームは、例えば、銅板である。スイッチング素子１０１～１０４のそれぞれは、例えば、底面にドレインパッドを有し、上面にゲートパッド及びソースパッドを有した半導体チップである。スイッチング素子１０１～１０４のそれぞれは、リードフレーム１０１ｃ～１０４ｃに実装される。
【0021】
パワーモジュール１００は、図３に示すように、冷却板１２、及び絶縁紙１３を有する。冷却板１２は、熱伝導性に優れた金属材料である銅又はアルミニウムなどにより作製される。リードフレーム１０１ｃ～１０４ｃ、１４、及び制御端子１０１ｄ～１０４ｄ、１０１ｅ～１０４ｅは、絶縁紙１３を介して、冷却板１２とは絶縁されて、冷却板１２の一方の板面の側に配置される。リードフレーム１０１ｃ～１０４ｃ、１４、制御端子１０１ｄ～１０４ｄ、１０１ｅ～１０４ｅ、冷却板１２、及び絶縁紙１３は、図２に示すように、パワーモジュール１００の外部と接続される端子の部分、及び冷却板１２の他方の板面が露出した状態で、樹脂１１により封止され、一体化されている。パワーモジュール１００の外部と接続される端子の部分は、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａ、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１、及び制御端子１０１ｄ～１０４ｄ、１０１ｅ～１０４ｅのそれぞれの端部であり、以下、モジュール端子と称する。入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａのそれぞれは、リードフレーム１０１ｃ、１０３ｃ、１４のそれぞれの部分であり、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１のそれぞれは、リードフレーム１０２ｃ、１０４ｃのそれぞれの部分である。本実施の形態では、モジュール端子は、樹脂１１から露出して、冷却板１２の板面に平行な方向に延出した後、折り曲げられて基板４００が配置された方向に延出する。
【0022】
スイッチング素子１０１は、ゲートパッド１０１ａ及びソースパッド１０１ｂを上面に有し、底面のドレインパッドの側でリードフレーム１０１ｃに実装される。リードフレーム１０１ｃは、入力端子１０１ｃ１を有する。入力端子１０１ｃ１は、基板４００に設けた正極側接続部２０３にて基板４００と接続され、基板４００上の配線パターンである電源端子部２０１を介して直流電源２００の正極に接続される。スイッチング素子１０１のソースパッド１０１ｂは、ボンディングワイヤ１０１ｆによりリードフレーム１０２ｃと接続される。
【0023】
スイッチング素子１０２は、ゲートパッド１０２ａ及びソースパッド１０２ｂを上面に有し、底面のドレインパッドの側でリードフレーム１０２ｃに実装される。リードフレーム１０２ｃは、出力端子１０２ｃ１を有する。出力端子１０２ｃ１は、基板４００を介さずに、接続部２０５にてトランス１１３の１次側巻線１１３ａの引き出し部１１３ａ１と接続される。スイッチング素子１０２のソースパッド１０２ｂは、ボンディングワイヤ１０２ｆによりリードフレーム１４に接続される。リードフレーム１４は、リードフレーム１０１ｃ及びリードフレーム１０２ｃと、リードフレーム１０３ｃ及びリードフレーム１０４ｃとの間に設けられる。リードフレーム１４は、入力端子１４ａを有する。入力端子１４ａは、基板４００に設けた負極側接続部２０４にて基板４００と接続され、基板４００上の配線パターンである電源端子部２０２を介して直流電源２００の負極に接続される。
【0024】
スイッチング素子１０３は、ゲートパッド１０３ａ及びソースパッド１０３ｂを上面に有し、底面のドレインパッドの側でリードフレーム１０３ｃに実装される。リードフレーム１０３ｃは、入力端子１０３ｃ１を有する。入力端子１０３ｃ１は、基板４００に設けた正極側接続部２０３にて基板４００と接続され、基板４００上の配線パターンである電源端子部２０１を介して直流電源２００の正極に接続される。スイッチング素子１０３のソースパッド１０３ｂは、ボンディングワイヤ１０３ｆによりリードフレーム１０４ｃと接続される。
【0025】
スイッチング素子１０４は、ゲートパッド１０４ａ及びソースパッド１０４ｂを上面に有し、底面のドレインパッドの側でリードフレーム１０４ｃに実装される。リードフレーム１０４ｃは、出力端子１０４ｃ１を有する。出力端子１０４ｃ１は、基板４００を介さずに、接続部２０６にてトランス１１３の１次側巻線１１３ａの引き出し部１１３ａ１と接続される。スイッチング素子１０４のソースパッド１０４ｂは、ボンディングワイヤ１０４ｆによりリードフレーム１４に接続される。
【0026】
スイッチング素子１０１～１０４のそれぞれのゲートパッド１０１ａ～１０４ａは、ボンディングワイヤ１０１ｇ、１０２ｇ、１０３ｇ、１０４ｇにより、制御端子１０１ｄ、１０２ｄ、１０３ｄ、１０４ｄのそれぞれに接続される。制御端子１０１ｄ～１０４ｄは、基板４００に設けた制御側接続部２０７にて基板４００と接続され、基板４００上の配線パターンを介して、基板４００に実装された制御回路４０６に接続される。
【0027】
スイッチング素子１０１～１０４のそれぞれのソースパッド１０１ｂ～１０４ｂは、ボンディングワイヤ１０１ｈ、１０２ｈ、１０３ｈ、１０４ｈにより、制御端子１０１ｅ、１０２ｅ、１０３ｅ、１０４ｅのそれぞれに接続される。制御端子１０１ｅ～１０４ｅは、基板４００に設けた制御側接続部２０７にて基板４００と接続され、基板４００上の配線パターンを介して、基板４００に実装された制御回路４０６に接続される。このように接続することで、ゲート駆動用の基準電位が測定される。ゲート駆動用の基準電位の検出はこれに限るものではなく、スイッチング素子１０１～１０４のそれぞれにソースパッド１０１ｂ～１０４ｂとは別にゲート駆動用パッドを設け、それぞれのゲート駆動用パッドから、ボンディングワイヤ１０１ｈ～１０４ｈにより、制御端子１０１ｅ～１０４ｅのそれぞれに接続する構成でも構わない。
【0028】
入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１は、どちらも直流電源２００の正極に接続される端子であるため、入力端子１０１ｃ１と入力端子１０３ｃ１とは、パワーモジュール１００の外側の基板４００上で接続してもよいし、リードフレーム１４をまたぐバスバーを実装してパワーモジュール１００の内部で接続しても構わない。また、ゲートパッドのボンディングワイヤ１０１ｇ～１０４ｇの本数は１本、ソースパッドのボンディングワイヤ１０１ｆ～１０４ｆの本数は３本の例を示したが、ボンディングワイヤの本数はこれらの本数に限るものではない。また、ボンディングワイヤではなくバスバーを用いて接続しても構わない。
【0029】
＜比較例＞
本願の要部であるパワーモジュール１００とトランス１１３との接続の構成の説明に先立ち、比較例について、図７から図９を用いて説明する。図７は比較例の電力変換器１ａの平面図で、基板４００ａを取り除いて示した図、図８は比較例の電力変換器１ａの基板４００ａのパターンを示す平面図、図９は図７のＣ－Ｃ断面位置で切断した、比較例の電力変換器１ａの断面図である。
本願の要部であるパワーモジュール１００とトランス１１３との接続の構成の説明に先立ち、比較例について、図７から図９を用いて説明する。図７は比較例の電力変換器１ａの平面図で、基板４００ａを取り除いて示した図、図８は比較例の電力変換器１ａの基板４００ａのパターンを示す平面図、図９は図７のＣ－Ｃ断面位置で切断した、比較例の電力変換器１ａの断面図である。
【0030】
電力変換器１ａは、パワーモジュール１００と、基板４００ａと、基板４００ａに設けられ、パワーモジュール１００を制御する制御回路４０６と、パワーモジュール１００に接続された巻線を有し、パワーモジュール１００と並べて配置されたトランス１１３と、冷却器１０とを備える。図８のハッチングで示した部分は、基板４００ａに接続される端子間に確保される絶縁距離を設けた部分である。制御回路４０６は、図８の絶縁距離を設けた部分の間に配置される。制御回路４０６を構成する具体的な部品は省略する。パワーモジュール１００は、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１のトランス１１３との接続の構成を除き、図２に示した構成と同等である。比較例では、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１は、基板４００に設けたモジュール接続部２１０にて基板４００ａと接続される。トランス１１３の１次側巻線１１３ａの引き出し部１１３ａ１は、基板４００ａに設けたトランス接続部２１１にて基板４００ａと接続される。モジュール接続部２１０とトランス接続部２１１とは、基板４００ａ上の主回路パターンである接続部２１２を介して接続される。
【0031】
１次側巻線１１３ａの引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続する主回路パターンは、高周波で電位が変動するパターンであるため、大きな基板パターン幅が必要である。図８に示すように、基板４００ａの１／４程度の領域が、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続する主回路パターンとして使用されている。また、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の周辺には絶縁距離が必要になるので、その他の主回路部品及び制御回路４０６をモジュール接続部２１０とトランス接続部２１１の周辺には配置することができない。そのため、絶縁距離を確保して主回路部品及び制御回路４０６を基板４００ａに配置するので、基板４００ａは図８に示した大きさよりも大型化する場合がある。
【0032】
＜パワーモジュール１００とトランス１１３との接続の構成＞
本願における電力変換器１の構成の具体例と、本願の要部であるパワーモジュール１００とトランス１１３との接続の構成について、図４から図６を用いて説明する。電力変換器１は、外部電源である直流電源２００と電気的に接続される電源端子部２０１、２０２を有した基板４００と、複数のスイッチング素子１０１～１０４を有し、電源端子部２０１、２０２に接続されたパワーモジュール１００と、基板４００に設けられ、パワーモジュール１００を制御する制御回路４０６と、パワーモジュール１００に接続された巻線である１次側巻線１１３ａを有し、パワーモジュール１００と並べて配置されたトランス１１３とを備える。パワーモジュール１００は、図６に示すように、基板４００の基板面とは隙間を空けて配置される。基板面に垂直でパワーモジュール１００から基板に向かう方向をＺ方向とする。Ｚ方向に見て、基板４００はパワーモジュール１００と重複し、基板４００の一部は引き出し部１１３ａ１とも重複するように配置されている。図５のハッチングで示した部分は、基板４００に接続される端子間に確保される絶縁距離を設けた部分である。制御回路４０６は、図５の絶縁距離を設けた部分よりも上側に配置される。制御回路４０６を構成する具体的な部品は省略する。
本願における電力変換器１の構成の具体例と、本願の要部であるパワーモジュール１００とトランス１１３との接続の構成について、図４から図６を用いて説明する。電力変換器１は、外部電源である直流電源２００と電気的に接続される電源端子部２０１、２０２を有した基板４００と、複数のスイッチング素子１０１～１０４を有し、電源端子部２０１、２０２に接続されたパワーモジュール１００と、基板４００に設けられ、パワーモジュール１００を制御する制御回路４０６と、パワーモジュール１００に接続された巻線である１次側巻線１１３ａを有し、パワーモジュール１００と並べて配置されたトランス１１３とを備える。パワーモジュール１００は、図６に示すように、基板４００の基板面とは隙間を空けて配置される。基板面に垂直でパワーモジュール１００から基板に向かう方向をＺ方向とする。Ｚ方向に見て、基板４００はパワーモジュール１００と重複し、基板４００の一部は引き出し部１１３ａ１とも重複するように配置されている。図５のハッチングで示した部分は、基板４００に接続される端子間に確保される絶縁距離を設けた部分である。制御回路４０６は、図５の絶縁距離を設けた部分よりも上側に配置される。制御回路４０６を構成する具体的な部品は省略する。
【0033】
本実施の形態では、電力変換器１は、パワーモジュール１００を冷却する冷却器１０をさらに備え、パワーモジュール１００は、冷却器１０が有した冷却面１０ａに熱的に接続されている。本実施の形態では、トランス１１３も、冷却面１０ａに熱的に接続されている。冷却器１０は、熱伝導性に優れた金属材料である銅又はアルミニウムなどにより作製される。冷却器１０の内部には、冷媒が流れる。冷媒は、冷却水などの液体でもよく、気体であっても構わない。
【0034】
パワーモジュール１００は、電源端子部２０１、２０２と電気的に接続された入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａ、１次側巻線１１３ａと電気的に接続された出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１、及び制御回路４０６と電気的に接続された制御端子１０１ｄ～１０４ｄ、１０１ｅ～１０４ｅを有する。電源端子部２０１、２０２と入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａとは基板４００を介して接続され、制御回路４０６と制御端子１０１ｄ～１０４ｄ、１０１ｅ～１０４ｅとは基板４００を介して接続され、１次側巻線１１３ａと出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とは基板４００を介さずに接続される。
【0035】
１次側巻線１１３ａは、巻回部（図示せず）と、巻回部から出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の方向に延出し、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１のそれぞれに接続された引き出し部１１３ａ１と、を有する。図４に示すように、引き出し部１１３ａ１におけるトランス１１３の巻回部を収めた本体部１１３ｃから出力端子１０２ｃ１と引き出し部１１３ａ１との接続部２０５までの長さ１５ａは、出力端子１０２ｃ１におけるパワーモジュール１００の本体部から接続部２０５までの長さ１６ａよりも長い。同様に、引き出し部１１３ａ１におけるトランス１１３の巻回部を収めた本体部１１３ｃから出力端子１０４ｃ１と引き出し部１１３ａ１との接続部２０６までの長さ１５ｂは、出力端子１０４ｃ１におけるパワーモジュール１００の本体部から接続部２０６までの長さ１６ｂよりも長い。パワーモジュール１００の本体部は、樹脂１１により封止されたパワーモジュール１００の部分である。
【0036】
引き出し部１１３ａ１を出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の方向に延出させて、基板４００を介さずに引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続することで、基板４００上から引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続する主回路パターン、及び出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とその周辺の絶縁距離を確保するための面積を削除することができる。また、主回路パターンは、制御回路のパターンと比較して、図８に示したように、流れる電流量の違いから格段に広いパターン幅が必要である。そのため、主回路パターンが基板４００上から削除されると、同じ基板４００上に実装される制御回路４０６のレイアウトの自由度が向上し、無駄なく効率よい制御回路４０６の配置が可能になる。元々存在していた主回路パターン面積分の基板４００の小型化に加えて、無駄なく効率よい制御回路４０６の配置により、基板４００をさらに小型化及び低コスト化することができる。基板４００が小型化及び低コスト化されるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。また、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との接続に追加部品が不要なため、追加部品によるコスト増加を抑制することができる。
【0037】
図８に示した主回路パターンである接続部２１２は、高周波で電位変動するパターンであるため、主回路パターン特有の大電流によるＤＣ損失に加え、パターンの重なりによって生じる寄生容量の充放電による損失、及びパターンを平行配置した場合の近接効果に起因した大きな高周波抵抗増加による損失が増加していた。そのため、接続部２１２は、電源端子部２０１、２０２よりもさらに大きなパターン幅が必要であった。つまり、電源端子部２０１、２０２を基板４００上から削除するよりも、接続部２１２を基板４００上から削除するほうが、削除可能な面積は大きくなるため、接続部２１２を基板４００上から削除することで、基板４００をより小型化することができる。
【0038】
なお、引き出し部１１３ａ１ではなく、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１を引き出し部１１３ａ１の方向に延出させた場合、パワーモジュール１００のリードフレーム１０２ｃ、１０４ｃの最外形サイズが大型化することになる。その大型化の程度次第で、現状の設備におけるサイズの制約を超過し、新規設備が必要となり、大幅にパワーモジュール１００のコストが増加してしまう場合がある。よって、引き出し部１１３ａ１を出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１に向けて延出させることで追加部品が無く、コストの増加を抑制した基板４００の大幅な小型化及び低コスト化が可能となり、電力変換器１の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【0039】
本実施の形態では、パワーモジュール１００は、第一面、第一面とは反対側の第二面、及び第一面と第二面とを取り囲む４つの面である、第三面、第四面、第五面、第六面を有する直方体状に形成されている。パワーモジュール１００は、図６に示すように、第二面１００ｚ２で冷却面１０ａに熱的に接続される。基板４００は、第一面１００ｚ１の側に配置される。
【0040】
入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａは、対向して配置された第三面１００ｘ及び第四面１００ｙの一方に配置され、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１は、対向して配置された第三面１００ｘ及び第四面１００ｙの他方に配置され、トランス１１３は、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１が配置された面の側に配置されている。図４に示すように、本実施の形態では、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａは、第三面１００ｘに配置され、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１は、第四面１００ｙに配置される。トランス１１３は、パワーモジュール１００の第四面１００ｙの側に配置されている。
【0041】
このように構成することで、引き出し部１１３ａ１における長さ１５ａ、１５ｂを短くすることができる。引き出し部１１３ａ１における長さ１５ａ、１５ｂが短くなることで、１次側巻線１１３ａのコストを低減することができる。また、トランス１１３の漏れインダクタンスを低減することができる。トランス１１３の漏れインダクタンスが低減されるので、スイッチング素子１０１～１０４のスイッチング損失の低減、及びサージ電圧を減少させることができる。そのため、パワーモジュール１００の小型化、及びＸコンデンサ４０１の削除が可能になるので、電力変換器１をさらに小型化及び低コスト化することができる。
【0042】
本実施の形態では、基板４００の基板面は、パワーモジュール１００の冷却器１０の側とは反対側に、パワーモジュール１００とは隙間を空けて配置される。接続部２０５、２０６は、基板４００と冷却器１０との間の領域に配置されている。図６に示すように、接続部２０５は、Ｚ方向に見て、基板４００よりもパワーモジュール１００の側に配置されることが望ましい。接続部２０６も同様である。Ｚ方向に見て、基板４００よりもパワーモジュール１００の側とは反対側に接続部２０５、２０６を配置する場合、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続する主回路パターンの削除が可能な効果はそのままである一方、接続部２０５、２０６と基板４００とが干渉してしまうため、干渉する部分の基板４００に貫通孔を設ける必要がある。貫通孔を設けることで、部品を実装する基板４００の有効面積が削減することになる。Ｚ方向に見て、接続部２０５、２０６を、基板４００よりもパワーモジュール１００の側に配置することで、貫通孔が不要なため、基板４００をさらに小型化することができる。
【0043】
本実施の形態では、Ｚ方向に見て、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１、及び引き出し部１１３ａ１の少なくとも一部は、基板４００と重複して配置され、引き出し部１１３ａ１が基板４００と重複している部分の長さは、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１が基板４００と重複している部分の長さよりも長い。制御側接続部２０７の周辺には制御回路４０６が配置されるため、このように構成することで、制御側接続部２０７の周辺に制御回路４０６を配置するより大きな領域を確保することができる。そのため、制御回路４０６のレイアウトの自由度が向上し、無駄なく効率のよい制御回路４０６の配置が可能になる。元々存在していた主回路パターン面積分の基板４００の小型化に加えて、無駄なく効率のよい制御回路４０６の配置により、基板４００をさらに小型化及び低コスト化することができる。
【0044】
本実施の形態では、複数のスイッチング素子は、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有し、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とは直列に接続される。第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを接続した第１接続部は、出力端子である第１の出力端子と電気的に接続されている。例えば、第１のスイッチング素子はスイッチング素子１０１であり、第２のスイッチング素子はスイッチング素子１０２であり、第１接続部はボンディングワイヤ１０１ｆがリードフレーム１０２ｃに接続された部分であり、第１の出力端子は出力端子１０２ｃ１である。
【0045】
このように出力端子１０２ｃ１をスイッチング素子１０１、１０２の接続点とすることで、基板４００から主回路パターンを削除する効果を大きくすることができる。電源端子部２０１、２０２を基板４００上から削除するよりも、接続部２１２を基板４００上から削除するほうが、削除可能な面積は大きくなるため、接続部２１２を基板４００上から削除することで、基板４００をより小型化することができる。
【0046】
本実施の形態では、複数のスイッチング素子は、第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を有し、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子とは直列に接続され、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子とを接続した第２接続部は、出力端子である第２の出力端子と電気的に接続され、第１の出力端子と第２の出力端子とは隣接して配置されている。例えば、第３のスイッチング素子はスイッチング素子１０３であり、第４のスイッチング素子はスイッチング素子１０４であり、第２接続部はボンディングワイヤ１０３ｆがリードフレーム１０４ｃに接続された部分であり、第２の出力端子は出力端子１０４ｃ１である。図４に示すように、出力端子１０２ｃ１と出力端子１０４ｃ１とは、間に他の端子が配置されることなく、隣接して配置されている。
【0047】
このように構成することで、トランス１１３の漏れインダクタンスを低減することができる。トランス１１３の漏れインダクタンスが低減されるので、スイッチング素子１０１～１０４のスイッチング損失の低減、及びサージ電圧を減少させることができる。そのため、パワーモジュール１００の小型化、及びＸコンデンサ４０１の削除が可能になるので、電力変換器１をさらに小型化及び低コスト化することができる。
【0048】
本実施の形態では、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａは、Ｚ方向に延出して、基板４００に接続されている。このように構成することで、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａの長さを短くすることができる。入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａの長さが短くなるため、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａが低抵抗化されるので、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａの発熱を抑制することができる。また、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａの長さが短くなるため、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａを低コスト化することができる。
【0049】
＜変形例１＞
電力変換器１の構成の変形例について、図１０、図１１を用いて説明する。図１０及び図１１は実施の形態１に係る別の電力変換器１の平面図で、基板４００を取り除いて示した図である。図１０では、トランス１１３が、パワーモジュール１００に対して、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａが配置された面の側に配置されている。図１１では、トランス１１３が、パワーモジュール１００に対して、パワーモジュール１００の端子が配置されてない面の側に配置されている。
電力変換器１の構成の変形例について、図１０、図１１を用いて説明する。図１０及び図１１は実施の形態１に係る別の電力変換器１の平面図で、基板４００を取り除いて示した図である。図１０では、トランス１１３が、パワーモジュール１００に対して、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａが配置された面の側に配置されている。図１１では、トランス１１３が、パワーモジュール１００に対して、パワーモジュール１００の端子が配置されてない面の側に配置されている。
【0050】
小型化及び高密度化が求められている車載用の電力変換器１では、冷却器の流路の配置、部品の固定位置、絶縁距離、及び高さの制限等により、パワーモジュール１００及びトランス１１３等の大型の発熱部品の配置が制限されることがある。このような制限により、図１０及び図１１のように、トランス１１３と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の位置が、図４示した構成と比較して離間する構成になる場合ある。トランス１１３と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とが離間した構成では、図８に示した比較例のように、基板４００を介して引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続する場合、過大な主回路パターンが必要となる。
【0051】
図１０及び図１１に示した配置においても、引き出し部１１３ａ１を出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の方向に延出し、基板４００を介さずに引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続することで、基板４００上から引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続する主回路パターン、及び出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とその周辺の絶縁距離を確保するための面積を削除することができる。図１０及び図１１に示した構成では、引き出し部１１３ａ１は、パワーモジュール１００と基板４００との間の空間を通って、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１まで延出されている。過大な主回路パターン、モジュール接続部２１０、及びトランス接続部２１１を基板４００上から削除することができるため、基板４００を小型化及び低コスト化することができる。基板４００が小型化及び低コスト化されるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0052】
＜変形例２＞
電力変換器１の構成の別の変形例について、図１２から図１４を用いて説明する。図１２から図１４は実施の形態１に係る別の電力変換器１のパワーモジュール１００とトランス１１３との接続を示す図で、パワーモジュール１００とトランス１１３との接続を示す平面図とパワーモジュール１００の平面図とを示している。これらの変形例では、トランス１１３の側のパワーモジュール１００の面に配置された出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の配置が異なっている。また、引き出し部１１３ａ１がトランス１１３の本体部１１３ｃから延出する位置が、図４とは異なっている。
電力変換器１の構成の別の変形例について、図１２から図１４を用いて説明する。図１２から図１４は実施の形態１に係る別の電力変換器１のパワーモジュール１００とトランス１１３との接続を示す図で、パワーモジュール１００とトランス１１３との接続を示す平面図とパワーモジュール１００の平面図とを示している。これらの変形例では、トランス１１３の側のパワーモジュール１００の面に配置された出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の配置が異なっている。また、引き出し部１１３ａ１がトランス１１３の本体部１１３ｃから延出する位置が、図４とは異なっている。
【0053】
出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１は、対向して配置された第三面１００ｘ及び第四面１００ｙの一方に配置され、引き出し部１１３ａ１の少なくとも一部は、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１が配置された第三面１００ｘ又は第四面１００ｙの方向に斜めに延出した部分を有している。本実施の形態では、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１は、第四面１００ｙに配置され、引き出し部１１３ａ１の少なくとも一部は、第四面１００ｙの方向に斜めに延出した部分である斜め部１７を有している。
【0054】
図１２（ａ）では、出力端子１０２ｃ１と出力端子１０４ｃ１が第四面１００ｙの両側に配置され、その間に制御端子１０２ｄ、１０２ｅ、１０４ｅ、１０４ｄが配置されている。図１３（ａ）では、左から出力端子１０２ｃ１、制御端子１０２ｄ、１０２ｅ、出力端子１０４ｃ１、制御端子１０４ｅ、１０４ｄの順で配置されている。図１４（ａ）では、左から制御端子１０２ｄ、１０２ｅ、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１、制御端子１０４ｅ、１０４ｄの順で配置されている。このように出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１を配置した場合のパワーモジュール１００の構成を、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）に示す。図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）では、主要な符号のみを示す。
【0055】
図１２（ａ）から図１４（ａ）に示すように、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の配置が変更となった場合でも、引き出し部１１３ａ１に斜め部１７を設けることで、基板４００を介さずに、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを最短の距離で接続することができる。例えば、図１１では、斜め部１７を引き出し部１１３ａ１が有していないため、引き出し部１１３ａ１が非常に長くなっている。図１２（ａ）から図１４（ａ）では、斜め部１７を設けているため、引き出し部１１３ａ１の長さが最短となっている。そのため、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続するための主回路パターンを基板４００上から削除し、基板４００が小型化及び低コスト化するだけでなく、１次側巻線１１３ａを低コスト化することができる。１次側巻線１１３ａが低コスト化されるため、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0056】
図１２（ａ）から図１４（ａ）に破線矢印にて、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の電流ループを示している。この電流ループが小さい程、トランス１１３の漏れインダクタンスが小さくなり、電流ループが大きい程、トランス１１３の漏れインダクタンスは大きくなる。図１４（ａ）に示すように、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１を隣接して配置させることで、トランス１１３の漏れインダクタンスを低減することができる。トランス１１３の漏れインダクタンスが低減されるので、スイッチング素子１０１～１０４のスイッチング損失の低減、及びサージ電圧を減少させることができる。そのため、パワーモジュール１００の小型化、及びＸコンデンサ４０１の削除が可能になるので、電力変換器１をさらに小型化及び低コスト化することができる。
【0057】
＜接続部２０５、２０６＞
接続部２０５、２０６の構成について、図１５を用いて説明する。図１５は実施の形態１に係る電力変換器１のパワーモジュール１００とトランス１１３との接続時の様子を示す図で、電力変換器１は図６と同等の位置で切断した断面図である。引き出し部１１３ａ１は、Ｚ方向に折り曲げられた部分である折り曲げ部を少なくとも１つ有している。本実施の形態では、１つの折り曲げ部２１を引き出し部１１３ａ１は有している。このように構成することで、追加部品を設けることなく、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との接続部２０５、２０６を、容易に確保することができる。
接続部２０５、２０６の構成について、図１５を用いて説明する。図１５は実施の形態１に係る電力変換器１のパワーモジュール１００とトランス１１３との接続時の様子を示す図で、電力変換器１は図６と同等の位置で切断した断面図である。引き出し部１１３ａ１は、Ｚ方向に折り曲げられた部分である折り曲げ部を少なくとも１つ有している。本実施の形態では、１つの折り曲げ部２１を引き出し部１１３ａ１は有している。このように構成することで、追加部品を設けることなく、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との接続部２０５、２０６を、容易に確保することができる。
【0058】
以下、図１５に示した出力端子１０２ｃ１で説明するが、出力端子１０４ｃ１の構成も同様である。本実施の形態では、引き出し部１１３ａ１は、出力端子１０２ｃ１の側に、Ｚ方向に折り曲げられてＺ方向に延出した部分である折り曲げ端部２０ａを有する。出力端子１０２ｃ１は、引き出し部１１３ａ１の側に、Ｚ方向に折り曲げられてＺ方向に延出した部分である出力折り曲げ端部２０ｂを有する。折り曲げ端部２０ａと出力折り曲げ端部２０ｂとが電気的に接続され、接続部２０５が形成されている。このように構成することで、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との接続部２０５、２０６の面積を容易に確保することができる。接続部２０５、２０６の面積が確保されるので、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との接触抵抗を低減することができる。接触抵抗が低減されるので、接続部２０５、２０６における発熱を抑制することができる。
【0059】
折り曲げ端部２０ａと出力折り曲げ端部２０ｂとは、ＴＩＧ溶接により電気的に接続されている。図１５では、折り曲げ端部２０ａと出力折り曲げ端部２０ｂとをＴＩＧ溶接により接続している。ＴＩＧ溶接による接続は、パワーモジュール１００及びトランス１１３を冷却器１０に固定した後に実施するため、各部品のばらつき及び組立公差を吸収した上で折り曲げ端部２０ａと出力折り曲げ端部２０ｂとを接続することができる。ＴＩＧ溶接は接続方法としては安価であり、さらに、各部品の寸法ばらつき及び組立公差を吸収することができるため、工程管理の簡素化及び構造部品の公差緩和が可能になる。工程管理の簡素化及び構造部品の公差緩和が可能なため、電力変換器１を低コスト化することができる。
【0060】
また、ＴＩＧ溶接では、チャック部１９にて折り曲げ端部２０ａと出力折り曲げ端部２０ｂとを固定し、電極部１８にて溶接を行う。そのため、接続部２０５、２０６には、Ｚ方向に折り曲げて向き合わせた折り曲げ端部２０ａと出力折り曲げ端部２０ｂが必要となる。つまり、引き出し部１１３ａ１は、少なくとも１つの折り曲げ部２１を有して、折り曲げ端部２０ａを形成することで、出力端子１０２ｃ１と引き出し部１１３ａ１との接続をＴＩＧ溶接により容易に行うことができる。
【0061】
なお、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と引き出し部１１３ａ１との接続は、ＴＩＧ溶接に限るものではない。出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と引き出し部１１３ａ１とは、ねじにより電気的に接続しても構わない。追加部品としてねじが必要になるものの、溶接に必要な接続部が確保できない場合、又はＴＩＧ溶接の設備が準備できない場合などは、ねじにより出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と引き出し部１１３ａ１と容易に接続することができる。
【0062】
＜トランス１１３＞
トランス１１３の構成の具体例について、図１６を用いて説明する。図１６は実施の形態１に係る電力変換器１のトランス１１３の概略を示す分解斜視図である。図１６（ａ）はトランス１１３の分解斜視図、図１６（ｂ）はトランス１１３が有した巻線の分解斜視図である。トランス１１３は、巻線として、１次側巻線１１３ａと２次側巻線１１３ｂとを有する。本実施の形態では、１次側巻線１１３ａ及び２次側巻線１１３ｂは、平板状の巻線で構成され、トランス１１３は、プレーナー形状のトランスである。図１６（ａ）に示すように、トランス１１３は、巻線部１００３が下コア１００１と上コア１００２に挟まれて構成されている。巻線部１００３は、板金で構成された１次側巻線１１３ａ及び２次側巻線１１３ｂが交互に積層された構成である。なお巻線部１００３には、各巻線間の絶縁性能を担保するために設けた封止樹脂部材が含まれる。１次側巻線１１３ａ及び２次側巻線１１３ｂは、例えば、銅により作製される。１次側巻線１１３ａは、巻回部１１３ａ２と、巻回部１１３ａ２から延出した引き出し部１１３ａ１と、を有する。
トランス１１３の構成の具体例について、図１６を用いて説明する。図１６は実施の形態１に係る電力変換器１のトランス１１３の概略を示す分解斜視図である。図１６（ａ）はトランス１１３の分解斜視図、図１６（ｂ）はトランス１１３が有した巻線の分解斜視図である。トランス１１３は、巻線として、１次側巻線１１３ａと２次側巻線１１３ｂとを有する。本実施の形態では、１次側巻線１１３ａ及び２次側巻線１１３ｂは、平板状の巻線で構成され、トランス１１３は、プレーナー形状のトランスである。図１６（ａ）に示すように、トランス１１３は、巻線部１００３が下コア１００１と上コア１００２に挟まれて構成されている。巻線部１００３は、板金で構成された１次側巻線１１３ａ及び２次側巻線１１３ｂが交互に積層された構成である。なお巻線部１００３には、各巻線間の絶縁性能を担保するために設けた封止樹脂部材が含まれる。１次側巻線１１３ａ及び２次側巻線１１３ｂは、例えば、銅により作製される。１次側巻線１１３ａは、巻回部１１３ａ２と、巻回部１１３ａ２から延出した引き出し部１１３ａ１と、を有する。
【0063】
巻線をコアの厚み方向に巻く巻き付け型のトランスに対して、プレーナー形状のトランスは、Ｚ方向に平行な巻回軸１０００に対し、Ｚ方向に垂直なＸＹ面方向に巻線を巻くため、トランス１１３を低背化することができる。さらに、巻線は、一般的なトランスに用いられる丸線又はリッツ線等ではなく、平板状、例えば、板金巻線であることが望ましい。巻線を板金巻線とすることで、さらなる低背化が可能となる。トランス１１３を１次側巻線１１３ａ及び２次側巻線１１３ｂが板金で構成されたプレーナー形状のトランスとすることで、接続部２０５、２０６の位置を大幅に冷却面１０ａの方向に下げることができる。接続部２０５、２０６の位置が下がるため、容易に接続部２０５、２０６を基板４００と冷却面１０ａとの間の空間に配置することができる。接続部２０５、２０６が基板４００と冷却面１０ａとの間の空間に配置されるため、基板４００に貫通孔を設ける必要がないので、基板４００を小型化することができる。基板４００が小型化されるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0064】
巻線を板金巻線とすることで、より安価に出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と引き出し部１１３ａ１との接続をＴＩＧ溶接により行うことができる。具体的には、例えば、引き出し部１１３ａ１が丸線の場合、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と形状が異なるため、ＴＩＧ溶接を行う際に、チャック部１９での端子同士の固定ずれ、及び電極部１８での溶接不良の可能性が有る。そのため、別途丸線の形状を変更する端子等が必要となる。板金巻線とすることで、追加の加工がなく、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と引き出し部１１３ａ１との接続をＴＩＧ溶接にて行うことができるため、より安価な電力変換器１を実現することができる。
【0065】
また、図１６（ｂ）に示すように、トランス１１３の巻線は、１次側巻線１１３ａと２次側巻線１１３ｂとが交互に積層されている。この構成により、トランス１１３の近接効果による高周波抵抗の上昇を抑制することができる。積層配置されて近接する１次側巻線１１３ａ及び２次側巻線１１３ｂに流れる電流は、近接効果によって互いに近接する部分に集中して流れる。つまり近接する面を増やすことで、近接効果による電流の偏りを抑制し、高周波抵抗を低減することでトランス１１３の損失を低減することができる。このようにトランスの損失を低減するために１次側巻線１１３ａと２次側巻線１１３ｂとが交互に積層された構成において、引き出し部１１３ａ１に、ＴＩＧ溶接用の折り曲げ部２１に加え、１次側巻線１１３ａ同士の高さを吸収するための折り曲げ部２２を設けることで、折り曲げ端部２０ａと出力折り曲げ端部２０ｂの長さを統一し、その長さを最小とすることができる。
【0066】
引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との接続の構成の具体例について、図１７及び図１８を用いて説明する。図１７は図４のＢ－Ｂ断面位置で切断した別の電力変換器１の断面図で、図１８は図４のＢ－Ｂ断面位置で切断したさらに別の電力変換器１の断面図である。図１７及び図１８に示した電力変換器１の２つの引き出し部１１３ａ１は、トランス１１３の本体部１１３ｃから出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の方向に延出するＺ方向の位置が異なっている。Ｚ方向の下側に設けられた引き出し部を引き出し部１１３ａ１－１とし、Ｚ方向の上側に設けられた引き出し部を引き出し部１１３ａ１－２とする。引き出し部１１３ａ１－１は出力端子１０２ｃ１と接続され、引き出し部１１３ａ１－２は出力端子１０４ｃ１と接続される。
【0067】
図１７に示した引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２は、双方とも１つの折り曲げ部２１を有する。引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２のＺ方向の高さが異なるため、接続部２０５と接続部２０６の高さが異なり、接続部２０６がＺ方向に突出している。また、その高さ違いを吸収するために、出力端子１０４ｃ１のＺ方向の長さが出力端子１０２ｃ１のＺ方向の長さよりも長くなっている。
【0068】
図１８に示した引き出し部１１３ａ１－１は１つの折り曲げ部２１を有し、引き出し部１１３ａ１－２は２つの折り曲げ部２１、２２を有する。引き出し部１１３ａ１－２は、トランス１１３の本体部１１３ｃから突出した後、Ｚ方向とは反対方向に折り曲げられた折り曲げ部２２を有し、引き出し部１１３ａ１－２は、折り曲げ部２２からＺ方向とは反対方向に延出した後、さらに折り曲げられて接続部２０６の方向に延出している。引き出し部１１３ａ１－２が折り曲げ部２２を有したことで、引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２の引き出し高さの違いが吸収されるので、接続部２０５、２０６を同じ高さに配置することができる。図１８は図１７に対して接続部２０６の高さを下げることが可能であり、基板４００の高さが接続部２０６によって制約されている場合、基板４００をより低い位置に配置することができる。基板４００の配置が低くなるため、電力変換器１の高さを下げることができるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0069】
また、出力端子１０４ｃ１の長さが短縮されるので、出力端子１０４ｃ１の長さによりリードフレーム全体のサイズが制約されていた場合、出力端子１０４ｃ１の長さの短縮により、パワーモジュール１００を低コスト化することができる。このように、引き出し部１１３ａ１において、Ｚ方向への２つの折り曲げ部を設けたことで、引き出し部のＺ方向の高さ違いを吸収できるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0070】
引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との接続の構成の別の具体例について、図１９及び図２０を用いて説明する。図１９は図４のＢ－Ｂ断面位置で切断した別の電力変換器１の断面図で、図２０は図４のＢ－Ｂ断面位置で切断したさらに別の電力変換器１の断面図である。図１９及び図２０に示した電力変換器１の２つの引き出し部１１３ａ１は、トランス１１３の本体部１１３ｃから出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の方向に延出するＺ方向の位置が異なっている。Ｚ方向の下側に設けられた引き出し部を引き出し部１１３ａ１－１とし、Ｚ方向の上側に設けられた引き出し部を引き出し部１１３ａ１－２とする。引き出し部１１３ａ１－１は出力端子１０２ｃ１と接続され、引き出し部１１３ａ１－２は出力端子１０４ｃ１と接続される。トランス１１３の本体部１１３ｃから延出した引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２のＺ方向の高さは、図１７に示した引き出し部のＺ方向の高さよりも低い位置である。
【0071】
図１９に示した引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２は、双方とも１つの折り曲げ部２１を有する。出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１がパワーモジュール１００の本体部から延出したＺ方向の高さを高さＢとする。図１９に示した具体例では、引き出し部１１３ａ１－１がトランス１１３の本体部１１３ｃから延出したＺ方向の高さが高さＢよりも低い。この場合、高さＢが冷却器１０との絶縁に必要な距離であるとすると、引き出し部１１３ａ１－１と冷却器１０との間の領域Ｃ（図１９で破線で囲んだ領域）では絶縁距離が不足することになる。そのため、冷却器１０の冷却面１０ａの一部を削って絶縁距離を確保するか、領域Ｃに絶縁部材を設ける等の対応が必要になる。前者の場合、冷却器１０のコスト及びサイズが増加することになり、後者の場合、絶縁部材の追加によるコスト増加が発生する。これらの増加の影響は、領域Ｃが大きい程大きくなる。
【0072】
図２０に示した引き出し部１１３ａ１－１は２つの折り曲げ部２１、２２を有し、引き出し部１１３ａ１－２は１つの折り曲げ部２１を有する。引き出し部１１３ａ１－１は、トランス１１３の本体部１１３ｃから突出した後、Ｚ方向に折り曲げられた折り曲げ部２２を有し、引き出し部１１３ａ１－１は、折り曲げ部２２からＺ方向に延出した後、さらに折り曲げられて接続部２０５の方向に延出している。引き出し部１１３ａ１－２が折り曲げ部２２を有したことで、領域Ｃにおける追加の絶縁対策が必要な箇所を大幅に低減することができる。図１６に示した通り、巻線部１００３には各巻線間の絶縁性能を担保するための封止樹脂部材を設けている。そのため、領域Ｃを大幅に低減することで、巻線部１００３の封止樹脂部材のわずかな延長により、領域Ｃにおける冷却器１０との絶縁を封止樹脂部材により担保することができる。よって、引き出し部１１３ａ１－１が２つの折り曲げ部２１、２２を有したことで、引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２のＺ方向の高さの違いに起因した絶縁対策は、ほぼコストを増加させることなく対応可能である。
【0073】
板金の１次側巻線１１３ａ及び２次側巻線１１３ｂが積層されたプレーナー形状のトランス１１３において、引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２のＺ方向の高さが異なる場合においても、引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２の何れかが２つの折り曲げ部２１、２２を有することで、引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２のＺ方向の高さを吸収することができる。引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２のＺ方向の高さが吸収されるため、基板４００のパワーモジュール１００の側の空間において、引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続することができる。基板４００のパワーモジュール１００の側の空間において、引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とが接続されるので、主回路パターンを基板４００上から削除し、基板４００を小型化及び低コスト化することができる。基板４００が小型化及び低コスト化されるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0074】
出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と引き出し部１１３ａ１とを、ねじにより電気的に接続した場合の具体的な構成例について、図２１を用いて説明する。図２１は実施の形態１に係る別の電力変換器１の断面図で、接続部２０５の箇所を切断した図である。以下、接続部２０５について説明するが、接続部２０６の構成も同様である。出力端子１０２ｃ１は、パワーモジュール１００の本体部からトランス１１３の本体部１１３ｃの方向に延出し、引き出し部１１３ａ１は、トランス１１３の本体部１１３ｃからパワーモジュール１００の本体部の方向に延出する。出力端子１０２ｃ１の端部と引き出し部１１３ａ１の端部との重なった部分に接続部２０５が形成され、接続部２０５において、出力端子１０２ｃ１と引き出し部１１３ａ１とはねじ２３により締結されている。
【0075】
ねじ止めによる接続では、ねじ２３と、例えば、インサートナットのようなねじを受けるためのねじ受け部２４とにより、出力端子１０２ｃ１と引き出し部１１３ａ１とを接続する。この構成では、追加部材としてねじ２３とねじ受け部２４が必要となるため、ＴＩＧ溶接により接続した構成と比較して、わずかにコストが増加することになる。しかしながら、配線部材であるバスバーを追加して接続した従来の構成に対して、大幅にコストを低減することができる。また、ＴＩＧ溶接により接続した図１５の構成と比較して、出力端子１０２ｃ１と引き出し部１１３ａ１とを接続した接続部２０５のＺ方向の位置を低くすることができる。接続部２０５のＺ方向の位置が低くなるので、基板４００のＺ方向の高さを低くすることができる。基板４００のＺ方向の高さが接続部２０５の高さにより制約されている場合、このように構成することで、基板４００をより低い位置に配置できる。基板４００の配置が低くなるため、電力変換器１の高さを下げることができるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0076】
本実施の形態では、１次側巻線１１３ａの巻数は、２次側巻線１１３ｂの巻数よりも多く、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１は、１次側巻線１１３ａに接続されている。このように、トランス１１３の１次側巻線１１３ａと２次側巻線１１３ｂの巻数比は、図１６に示すように、１次側巻線１１３ａが多いことが望ましい。
【0077】
本実施の形態では、１次側巻線１１３ａに引き出し部１１３ａ１を設けて、パワーモジュール１００の出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と接続している。そのため、引き出し部１１３ａ１は、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との高さを合わせるために、単数又は複数の折り曲げ部２１、２２を有している。１次側巻線１１３ａの巻数が２次側巻線１１３ｂの巻数よりも多いことで、１次側巻線１１３ａに流れる電流は２次側巻線１１３ｂに流れる電流よりも小さくなる。１次側巻線１１３ａに流れる電流が２次側巻線１１３ｂに流れる電流よりも小さいため、１次側巻線１１３ａの断面積は２次側巻線１１３ｂの断面積よりも小さくすることができるので、折り曲げ部の曲げ加工を容易に行うことができる。折り曲げ部の曲げ加工が容易に行えるので、電力変換器１の生産性を向上させることができる。また、電力変換器１を低コスト化することができる。
【0078】
また、パワーモジュール１００の入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａは基板４００に接続され、直流電源２００との接続は基板４００に設けた電源端子部２０１、２０２を介して行うため、１次側を流れる電流が小さい程、図５に示した電源端子部２０１、２０２を小さくすることできる。電源端子部２０１、２０２が小さくなるため、基板４００をさらに小型化することができる。
【0079】
＜降圧コンバータ＞
本実施の形態では、電力変換器１は、例えば、降圧コンバータである。電力変換器１は、２次側巻線１１３ｂから出力される電圧を整流する整流回路１１４と、２次側巻線１１３ｂから出力される電圧を平滑化する平滑回路とを備える。整流回路１１４は、複数の半導体素子から構成される。半導体素子は、ダイオード１１５、１１６である。平滑回路は、リアクトルとコンデンサとから構成されている。図１に示すように、リアクトルは平滑リアクトル１０８であり、コンデンサは出力コンデンサ１０９である。
本実施の形態では、電力変換器１は、例えば、降圧コンバータである。電力変換器１は、２次側巻線１１３ｂから出力される電圧を整流する整流回路１１４と、２次側巻線１１３ｂから出力される電圧を平滑化する平滑回路とを備える。整流回路１１４は、複数の半導体素子から構成される。半導体素子は、ダイオード１１５、１１６である。平滑回路は、リアクトルとコンデンサとから構成されている。図１に示すように、リアクトルは平滑リアクトル１０８であり、コンデンサは出力コンデンサ１０９である。
【0080】
１次側電流が小さく２次側電流が大きい電力変換器１は、例えば、電動化車両の高圧バッテリの直流電源を低圧の直流に変換し、車内の１２Ｖ系の補機類に電力供給する、絶縁型の降圧コンバータであることが好ましい。このような降圧コンバータは、１次側の電流が数Ａｒｍｓから十数Ａｒｍｓであるのに対し、２次側の電流は数十Ａｒｍｓから数百Ａｒｍｓであり、１次側電流に対して、２次側電流が非常に大きい。回路図は、例えば、図１に示す通りである。
【0081】
図１に示すように、降圧コンバータの１次側には、ヒューズ４０４各コンデンサ、及び電流センサ４０５のように基板４００に実装する部品が多数あるため、直流電源２００からパワーモジュール１００の入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａの接続は、基板４００を介して基板４００上の電源端子部２０１、２０２で行うことが好ましい。１次側の電流が数Ａｒｍｓから十数Ａｒｍｓと小さいため、基板４００上での電源端子部２０１、２０２を含む主回路パターンによる接続が可能である。一方、２次側の電流は数十Ａｒｍｓから数百Ａｒｍｓであり、２次側巻線１１３ｂ、平滑リアクトル１０８、及び整流回路１１４の端子を接続する配線は、板金、又はバスバーが用いられることが多く、これらの接続には、基板４００を介さずに、ＴＩＧ溶接により行うことが多い。よって、電力変換器１が降圧コンバータである場合、パワーモジュール１００の出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と１次側巻線１１３ａとの接続にＴＩＧ溶接を用いる際に、溶接機などの追加の設備費、追加の工程無しで、より安価に電力変換器１を得ることができる。
【0082】
以上のように、実施の形態１による電力変換器１において、パワーモジュール１００が、電源端子部２０１、２０２と電気的に接続された入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａ、巻線と電気的に接続された出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１、及び制御回路４０６と電気的に接続された制御端子１０１ｄ～１０４ｄ、１０１ｅ～１０４ｅを有し、電源端子部２０１、２０２と入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａとは基板４００を介して接続され、制御回路４０６と制御端子１０１ｄ～１０４ｄ、１０１ｅ～１０４ｅとは基板４００を介して接続され、巻線と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とは基板４００を介さずに接続され、巻線が、巻回部と、巻回部から出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の方向に延出し、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１に接続された引き出し部１１３ａ１と、を有し、引き出し部１１３ａ１におけるトランス１１３の巻回部を収めた本体部から出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と引き出し部１１３ａ１との接続部までの長さが、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１におけるパワーモジュール１００の本体部から接続部までの長さよりも長いため、基板４００上から引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続する主回路パターン、及び出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とその周辺の絶縁距離を確保するための面積を削除できるので、基板４００を小型化及び低コスト化することができる。基板４００が小型化及び低コスト化されるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0083】
また、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との接続に追加部品が不要なため、追加部品によるコスト増加を抑制することができる。引き出し部１１３ａ１を出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１に向けて延出させることで追加部品が無く、コストの増加を抑制した基板４００の大幅な小型化及び低コスト化が可能となり、電力変換器１の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【0084】
複数のスイッチング素子が、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有し、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とが直列に接続され、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを接続した第１接続部が、出力端子である第１の出力端子と電気的に接続されている場合、出力端子１０２ｃ１をスイッチング素子１０１、１０２の接続点とすることで、基板４００から主回路パターンを削除する効果を大きくすることができる。電源端子部２０１、２０２を基板４００上から削除するよりも、接続部２１２を基板４００上から削除するほうが、削除可能な面積は大きくなるため、接続部２１２を基板４００上から削除することで、基板４００をより小型化することができる。
【0085】
複数のスイッチング素子が、第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を有し、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子とが直列に接続され、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子とを接続した第２接続部が、出力端子である第２の出力端子と電気的に接続され、第１の出力端子と第２の出力端子とが隣接して配置されている場合、トランス１１３の漏れインダクタンスを低減することができる。トランス１１３の漏れインダクタンスが低減されるので、スイッチング素子１０１～１０４のスイッチング損失の低減、及びサージ電圧を減少させることができる。そのため、パワーモジュール１００の小型化、及びＸコンデンサ４０１の削除が可能になるので、電力変換器１をさらに小型化及び低コスト化することができる。
【0086】
入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａが、Ｚ方向に延出して、基板４００に接続されている場合、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａの長さを短くすることができる。入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａの長さが短くなるため、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａが低抵抗化されるので、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａの発熱を抑制することができる。また、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａの長さが短くなるため、入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａを低コスト化することができる。
【0087】
引き出し部１１３ａ１が、Ｚ方向に折り曲げられた部分である折り曲げ部を少なくとも１つ有している場合、追加部品を設けることなく、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との接続部２０５、２０６を、容易に確保することができる。また、接続部２０５、２０６を同じ高さに配置することができるので、基板４００をより低い位置に配置することができる。
【0088】
引き出し部１１３ａ１が、出力端子１０２ｃ１の側に、Ｚ方向に折り曲げられてＺ方向に延出した部分である折り曲げ端部２０ａを有し、出力端子１０２ｃ１が、引き出し部１１３ａ１の側に、Ｚ方向に折り曲げられてＺ方向に延出した部分である出力折り曲げ端部２０ｂを有し、折り曲げ端部２０ａと出力折り曲げ端部２０ｂとが電気的に接続され、接続部２０５が形成されている場合、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との接続部２０５、２０６の面積を容易に確保することができる。接続部２０５、２０６の面積が確保されるので、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１との接触抵抗を低減することができる。接触抵抗が低減されるので、接続部２０５、２０６における発熱を抑制することができる。
【0089】
引き出し部１１３ａ１－２が、トランス１１３の本体部１１３ｃから突出した後、Ｚ方向とは反対方向に折り曲げられた折り曲げ部２２を有し、引き出し部１１３ａ１－２が、折り曲げ部２２からＺ方向とは反対方向に延出した後、さらに折り曲げられて接続部２０６の方向に延出している場合、引き出し部１１３ａ１－２が折り曲げ部２２を有したことで、引き出し部１１３ａ１－１、１１３ａ１－２の引き出し高さの違いが吸収されるので、接続部２０５、２０６を同じ高さに配置することができる。接続部２０５、２０６を同じ高さに配置できるので、基板４００をより低い位置に配置することができる。基板４００の配置が低くなるため、電力変換器１の高さを下げることができるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0090】
出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１が、対向して配置された第三面１００ｘ及び第四面１００ｙの一方に配置され、引き出し部１１３ａ１の少なくとも一部が、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１が配置された第三面１００ｘ又は第四面１００ｙの方向に斜めに延出した部分を有している場合、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の配置が変更となった場合でも、引き出し部１１３ａ１に斜め部１７を設けることで、基板４００を介さずに、引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを最短の距離で接続することができる。引き出し部１１３ａ１と出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とを接続するための主回路パターンを基板４００上から削除し、基板４００が小型化及び低コスト化するだけでなく、１次側巻線１１３ａを低コスト化することができる。１次側巻線１１３ａが低コスト化されるため、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0091】
入力端子１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａが、対向して配置された第三面１００ｘ及び第四面１００ｙの一方に配置され、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１が、対向して配置された第三面１００ｘ及び第四面１００ｙの他方に配置され、トランス１１３が、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１が配置された面の側に配置されている場合、引き出し部１１３ａ１における長さ１５ａ、１５ｂを短くすることができる。引き出し部１１３ａ１における長さ１５ａ、１５ｂが短くなることで、１次側巻線１１３ａのコストを低減することができる。また、トランス１１３の漏れインダクタンスを小さくすることができる。トランス１１３の漏れインダクタンスが低減されるので、スイッチング素子１０１～１０４のスイッチング損失の低減、及びサージ電圧を減少させることができる。そのため、パワーモジュール１００の小型化、及びＸコンデンサ４０１の削除が可能になるので、電力変換器１をさらに小型化及び低コスト化することができる。
【0092】
基板４００の基板面が、パワーモジュール１００の冷却器１０の側とは反対側に、パワーモジュール１００とは隙間を空けて配置され、接続部２０５、２０６が、基板４００と１０冷却器との間の領域に配置されている場合、接続部２０５、２０６と基板４００とが干渉することがなく、基板４００に貫通孔を設ける必要がないので、基板４００をさらに小型化することができる。
【0093】
Ｚ方向に見て、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１、及び引き出し部１１３ａ１の少なくとも一部が、基板４００と重複して配置され、引き出し部１１３ａ１が基板４００と重複している部分の長さが、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１が基板４００と重複している部分の長さよりも長い場合、制御側接続部２０７の周辺に制御回路４０６を配置するより大きな領域を確保することができるので、制御回路４０６のレイアウトの自由度が向上し、無駄なく効率のよい制御回路４０６の配置が可能になる。元々存在していた主回路パターン面積分の基板４００の小型化に加えて、無駄なく効率のよい制御回路４０６の配置により、基板４００をさらに小型化及び低コスト化することができる。
【0094】
折り曲げ端部２０ａと出力折り曲げ端部２０ｂとが、ＴＩＧ溶接により電気的に接続されている場合、ＴＩＧ溶接による接続は、パワーモジュール１００及びトランス１１３を冷却器１０に固定した後に実施するため、各部品のばらつき及び組立公差を吸収した上で折り曲げ端部２０ａと出力折り曲げ端部２０ｂとを接続することができる。ＴＩＧ溶接は接続方法としては安価であり、さらに、各部品の寸法ばらつき及び組立公差を吸収することができるため、工程管理の簡素化及び構造部品の公差緩和が可能になる。工程管理の簡素化及び構造部品の公差緩和が可能なため、電力変換器１を低コスト化することができる。
【0095】
出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と引き出し部１１３ａ１とが、ねじにより電気的に接続されている場合、追加部品としてねじが必要になるものの、溶接に必要な接続部が確保できない場合、又はＴＩＧ溶接の設備が準備できない場合などは、ねじにより出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と引き出し部１１３ａ１と容易に接続することができる。
【0096】
出力端子１０２ｃ１が、パワーモジュール１００の本体部からトランス１１３の本体部１１３ｃの方向に延出し、引き出し部１１３ａ１が、トランス１１３の本体部１１３ｃからパワーモジュール１００の本体部の方向に延出し、出力端子１０２ｃ１の端部と引き出し部１１３ａ１の端部との重なった部分に接続部２０５が形成され、接続部２０５において、出力端子１０２ｃ１と引き出し部１１３ａ１とはねじ２３により締結されている場合、配線部材であるバスバーを追加して接続した従来の構成に対して、コストを低減することができる。また、ＴＩＧ溶接により接続した構成と比較して、出力端子１０２ｃ１と引き出し部１１３ａ１とを接続した接続部２０５のＺ方向の位置を低くすることができる。接続部２０５のＺ方向の位置が低くなるので、基板４００のＺ方向の高さを低くすることができる。基板４００のＺ方向の配置が低くなるため、電力変換器１の高さを下げることができるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0097】
１次側巻線１１３ａの巻数が、２次側巻線１１３ｂの巻数よりも多く、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１が、１次側巻線１１３ａに接続されている場合、１次側巻線１１３ａに流れる電流が２次側巻線１１３ｂに流れる電流よりも小さいため、１次側巻線１１３ａの断面積は２次側巻線１１３ｂの断面積よりも小さくすることができるので、折り曲げ部の曲げ加工を容易に行うことができる。折り曲げ部の曲げ加工が容易に行えるので、電力変換器１の生産性を向上させることができる。また、電力変換器１を低コスト化することができる。
【0098】
電力変換器１が、２次側巻線１１３ｂから出力される電圧を整流する整流回路１１４と、２次側巻線１１３ｂから出力される電圧を平滑化する平滑回路とを備え、整流回路１１４が、複数の半導体素子から構成され、平滑回路が、リアクトルとコンデンサとから構成されている降圧コンバータである場合、１次側の電流が数Ａｒｍｓから十数Ａｒｍｓと小さいため、基板４００上での電源端子部２０１、２０２を含む主回路パターンによる接続が可能である。一方、２次側の電流は数十Ａｒｍｓから数百Ａｒｍｓであり、電力変換器１が降圧コンバータである場合、パワーモジュール１００の出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１と１次側巻線１１３ａとの接続にＴＩＧ溶接を用いる際に、溶接機などの追加の設備費、追加の工程無しで、より安価に電力変換器１を得ることができる。
【0099】
トランス１１３が、巻線として、１次側巻線１１３ａと２次側巻線１１３ｂとを有し、１次側巻線１１３ａ及び２次側巻線１１３ｂが、平板状の巻線で構成され、トランス１１３が、プレーナー形状のトランスである場合、巻線をコアの厚み方向に巻く巻き付け型のトランスに対して、プレーナー形状のトランスは、Ｚ方向に平行な巻回軸１０００に対し、Ｚ方向に垂直なＸＹ面方向に巻線を巻くため、トランス１１３を低背化することができる。また、接続部２０５、２０６の位置を大幅に冷却面１０ａの方向に下げることができる。接続部２０５、２０６の位置が下がるため、容易に接続部２０５、２０６を基板４００と冷却面１０ａとの間の空間に配置することができる。接続部２０５、２０６が基板４００と冷却面１０ａとの間の空間に配置されるので、基板４００に貫通孔を設けることなく、基板４００を小型化することができる。基板４００が小型化されるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0100】
実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換器１について説明する。図２２は実施の形態２に係る電力変換器１の回路構成を示す図、図２３は電力変換器１のパワーモジュール１１１の平面図で、樹脂１１を取り除いて、樹脂１１は外形のみを示した図、図２４は電力変換器１のパワーモジュール１１１とトランス１１３との接続を示す図である。実施の形態２に係る電力変換器１は、パワーモジュール１１１が追加の部品を加えてモジュール化された構成になっている。
実施の形態２に係る電力変換器１について説明する。図２２は実施の形態２に係る電力変換器１の回路構成を示す図、図２３は電力変換器１のパワーモジュール１１１の平面図で、樹脂１１を取り除いて、樹脂１１は外形のみを示した図、図２４は電力変換器１のパワーモジュール１１１とトランス１１３との接続を示す図である。実施の形態２に係る電力変換器１は、パワーモジュール１１１が追加の部品を加えてモジュール化された構成になっている。
【0101】
パワーモジュール１１１は、トランス１１３の１次側巻線１１３ａに接続される複数のスイッチング素子１０１～１０４及び複数の半導体素子であるダイオード１１５、１１６が一体化されたモジュールである。ダイオード１１５、１１６は、整流回路１１４を構成する整流素子である。本実施の形態では、パワーモジュール１１１は、図２２に示すように、整流回路１１４を加えてモジュール化されている。ダイオード１１５、１１６のカソード側と２次側巻線１１３ｂとの接続部２０８、２０９は、基板４００を経由せずに直接接続される。その他の構成は実施の形態１の図１と同じであるため、同じ符号とし説明を省略する。
【0102】
パワーモジュール１１１の実装構成の例について、図２３を用いて説明する。パワーモジュール１１１は、５つのリードフレーム１０１ｃ～１０４ｃ、１４に加えて、さらに３つのリードフレーム１１５ｂ、１１５ｃ、１１６ｂを有する。追加されたリードフレームも、例えば、銅板である。ダイオード１１５は、例えば、底面にカソードパッドを有し、上面にアノードパッド１１５ａを有した半導体チップである。ダイオード１１６も、例えば、底面にカソードパッドを有し、上面にアノードパッド１１６ａを有した半導体チップである。ダイオード１１５、１１６のそれぞれは、リードフレーム１１５ｂ、１１６ｂのそれぞれに実装される。
【0103】
ダイオード１１５のアノードパッド１１５ａは、ボンディングワイヤ１１５ｆによりリードフレーム１１５ｃに接続され、ダイオード１１６のアノードパッド１１６ａは、ボンディングワイヤ１１６ｆによりリードフレーム１１５ｃに接続される。リードフレーム１１５ｃは、カソード端子１１５ｃ１を有する。カソード端子１１５ｃ１は、電力変換器１を収容した筐体（図示せず）のＧＮＤに接続される。リードフレーム１１５ｂは、アノード端子１１５ｂ１を有する。リードフレーム１１６ｂは、アノード端子１１６ｂ１を有する。アノード端子１１５ｂ１と２次側巻線１１３ｂの一方の端部とは、図２４に示すように、接続部２０８で接続される。アノード端子１１６ｂ１と２次側巻線１１３ｂの他方の端部とは、接続部２０９で接続される。接続部２０８、２０９における接続は、例えば、ＴＩＧ溶接である。図２３のその他の構成は実施の形態１の図２に示した構成と同じであるため、図２と同じ符号を付し、説明を省略する。
【0104】
出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１のそれぞれは、引き出し部１１３ａ１と接続部２０５、２０６で接続される。アノード端子１１５ｂ１、１１６ｂ１のそれぞれは、２次側巻線１１３ｂの端部と接続部２０８、２０９で接続される。１次側に設けたスイッチング素子１０１～１０４と２次側に設けたダイオード１１５、１１６とを一体化した一つのパワーモジュール１１１とすることで、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１とアノード端子１１５ｂ１、１１６ｂ１との距離が近づくため、引き出し部１１３ａ１を短縮することができる。引き出し部１１３ａ１が短縮されるので、１次側巻線１１３ａのコストを低減でき、トランス１１３の漏れインダクタンスを低減することができる。トランス１１３の漏れインダクタンスが低減されるので、スイッチング素子１０１～１０４のスイッチング損失の低減、及びサージ電圧を減少させることができる。そのため、パワーモジュール１１１の小型化、及びＸコンデンサ４０１の削除が可能になるので、電力変換器１をさらに小型化及び低コスト化することができる。
【0105】
実施の形態２におけるトランス１１３の巻数は、２次側巻線１１３ｂよりも１次側巻線１１３ａのほうが多く、これらの巻線に流れる電流は、２次側巻線１１３ｂのほうが大きい。そのため、２次側巻線１１３ｂの断面積は、１次側巻線１１３ａの断面積よりも大きい。断面積の大きい２次側巻線１１３ｂの曲げ加工が最小となるように、アノード端子１１５ｂ１、１１６ｂ１と２次側巻線１１３ｂの端部とが対向するように配置するのが望ましい。断面積の小さい１次側巻線１１３ａに曲げ構造を設け、出力端子１０２ｃ１、１０４ｃ１の方向に延出させることで、１次側に設けたスイッチング素子１０１～１０４と２次側に設けたダイオード１１５、１１６とを一体化してパワーモジュール１１１とした場合においても、基板４００から主回路パターンを削除し、基板４００を小型化及び低コスト化することができる。基板４００が小型化及び低コスト化されるので、電力変換器１を小型化及び低コスト化することができる。
【0106】
また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、又は複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、又は様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合又は省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合又は省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【0107】
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【0108】
（付記１）
外部電源と電気的に接続される電源端子部を有した基板と、
複数のスイッチング素子を有し、前記電源端子部に接続されたパワーモジュールと、
前記基板に設けられ、前記パワーモジュールを制御する制御回路と、
前記パワーモジュールに接続された巻線を有し、前記パワーモジュールと並べて配置されたトランスと、を備え、
前記パワーモジュールは、前記電源端子部と電気的に接続された入力端子、前記巻線と電気的に接続された出力端子、及び前記制御回路と電気的に接続された制御端子を有し、前記電源端子部と前記入力端子とは前記基板を介して接続され、前記制御回路と前記制御端子とは前記基板を介して接続され、前記巻線と前記出力端子とは前記基板を介さずに接続され、
前記巻線は、巻回部と、前記巻回部から前記出力端子の方向に延出し、前記出力端子に接続された引き出し部と、を有し、
前記引き出し部における前記トランスの前記巻回部を収めた本体部から前記出力端子と前記引き出し部との接続部までの長さは、前記出力端子における前記パワーモジュールの本体部から前記接続部までの長さよりも長い電力変換器。
（付記２）
前記複数のスイッチング素子は、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有し、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とは直列に接続され、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを接続した第１接続部は、前記出力端子である第１の出力端子と電気的に接続されている付記１に記載の電力変換器。
（付記３）
前記複数のスイッチング素子は、第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を有し、
前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とは直列に接続され、
前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とを接続した第２接続部は、前記出力端子である第２の出力端子と電気的に接続され、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とは隣接して配置されている付記２に記載の電力変換器。
（付記４）
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記入力端子は、前記Ｚ方向に延出して、前記基板に接続されている付記１から３のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記５）
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記引き出し部は、前記Ｚ方向に折り曲げられた部分である折り曲げ部を少なくとも１つ有している付記１から４のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記６）
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記引き出し部は、前記出力端子の側に、前記Ｚ方向に折り曲げられて前記Ｚ方向に延出した部分である折り曲げ端部を有し、
前記出力端子は、前記引き出し部の側に、前記Ｚ方向に折り曲げられて前記Ｚ方向に延出した部分である出力折り曲げ端部を有し、
前記折り曲げ端部と前記出力折り曲げ端部とが電気的に接続され、前記接続部が形成されている付記１から５のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記７）
前記引き出し部は、前記トランスの本体部から突出した後、前記Ｚ方向又は前記Ｚ方向とは反対方向に折り曲げられた前記折り曲げ部を有し、
前記引き出し部は、前記折り曲げ部から前記Ｚ方向又は前記Ｚ方向とは反対方向に延出した後、さらに折り曲げられて前記接続部の方向に延出している付記５に記載の電力変換器。
（付記８）
前記パワーモジュールは、第一面、前記第一面とは反対側の第二面、及び前記第一面と前記第二面とを取り囲む４つの面である、第三面、第四面、第五面、第六面を有する直方体状に形成され、
前記出力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の一方に配置され、
前記引き出し部の少なくとも一部は、前記出力端子が配置された前記第三面又は前記第四面の方向に斜めに延出した部分を有している付記１から７のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記９）
前記パワーモジュールは、第一面、前記第一面とは反対側の第二面、及び前記第一面と前記第二面とを取り囲む４つの面である、第三面、第四面、第五面、第六面を有する直方体状に形成され、
前記入力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の一方に配置され、
前記出力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の他方に配置され、
前記トランスは、前記出力端子が配置された面の側に配置されている付記１から８のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１０）
前記パワーモジュールを冷却する冷却器を備え、
前記パワーモジュールは、前記冷却器が有した冷却面に熱的に接続され、
前記基板の基板面は、前記パワーモジュールの前記冷却器の側とは反対側に、前記パワーモジュールとは隙間を空けて配置され、
前記接続部は、前記基板と前記冷却器との間の領域に配置されている付記１から９のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１１）
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記Ｚ方向に見て、
前記出力端子、及び前記引き出し部の少なくとも一部は、前記基板と重複して配置され、
前記引き出し部が前記基板と重複している部分の長さは、前記出力端子が前記基板と重複している部分の長さよりも長い付記１から１０のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１２）
前記折り曲げ端部と前記出力折り曲げ端部とは、ＴＩＧ溶接により電気的に接続されている付記６に記載の電力変換器。
（付記１３）
前記出力端子と前記引き出し部とは、ねじにより電気的に接続されている付記１から１１のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１４）
前記出力端子は、前記パワーモジュールの本体部から前記トランスの本体部の方向に延出し、
前記引き出し部は、前記トランスの本体部から前記パワーモジュールの本体部の方向に延出し、
前記出力端子の端部と前記引き出し部の端部との重なった部分に前記接続部が形成され、
前記接続部において、前記出力端子と前記引き出し部とは前記ねじにより締結されている付記１３に記載の電力変換器。
（付記１５）
前記トランスは、前記巻線として、１次側巻線と２次側巻線とを有し、
前記１次側巻線の巻数は、前記２次側巻線の巻数よりも多く、
前記出力端子は、前記１次側巻線に接続されている付記１から１４のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１６）
前記トランスは、前記巻線として、１次側巻線と２次側巻線とを有し、
前記２次側巻線から出力される電圧を整流する整流回路と、前記２次側巻線から出力される電圧を平滑化する平滑回路と、をさらに備え、
前記整流回路は、複数の半導体素子から構成され、前記平滑回路は、リアクトルとコンデンサとから構成されている付記１から１５のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１７）
前記パワーモジュールは、前記トランスの前記１次側巻線に接続される前記複数のスイッチング素子及び前記複数の半導体素子が一体化されたモジュールである付記１６に記載の電力変換器。
（付記１８）
前記トランスは、前記巻線として、１次側巻線と２次側巻線とを有し、
前記１次側巻線及び前記２次側巻線は、平板状の巻線で構成され、
前記トランスは、プレーナー形状のトランスである付記１から１７のいずれか１項に記載の電力変換器。
外部電源と電気的に接続される電源端子部を有した基板と、
複数のスイッチング素子を有し、前記電源端子部に接続されたパワーモジュールと、
前記基板に設けられ、前記パワーモジュールを制御する制御回路と、
前記パワーモジュールに接続された巻線を有し、前記パワーモジュールと並べて配置されたトランスと、を備え、
前記パワーモジュールは、前記電源端子部と電気的に接続された入力端子、前記巻線と電気的に接続された出力端子、及び前記制御回路と電気的に接続された制御端子を有し、前記電源端子部と前記入力端子とは前記基板を介して接続され、前記制御回路と前記制御端子とは前記基板を介して接続され、前記巻線と前記出力端子とは前記基板を介さずに接続され、
前記巻線は、巻回部と、前記巻回部から前記出力端子の方向に延出し、前記出力端子に接続された引き出し部と、を有し、
前記引き出し部における前記トランスの前記巻回部を収めた本体部から前記出力端子と前記引き出し部との接続部までの長さは、前記出力端子における前記パワーモジュールの本体部から前記接続部までの長さよりも長い電力変換器。
（付記２）
前記複数のスイッチング素子は、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有し、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とは直列に接続され、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを接続した第１接続部は、前記出力端子である第１の出力端子と電気的に接続されている付記１に記載の電力変換器。
（付記３）
前記複数のスイッチング素子は、第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を有し、
前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とは直列に接続され、
前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とを接続した第２接続部は、前記出力端子である第２の出力端子と電気的に接続され、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とは隣接して配置されている付記２に記載の電力変換器。
（付記４）
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記入力端子は、前記Ｚ方向に延出して、前記基板に接続されている付記１から３のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記５）
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記引き出し部は、前記Ｚ方向に折り曲げられた部分である折り曲げ部を少なくとも１つ有している付記１から４のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記６）
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記引き出し部は、前記出力端子の側に、前記Ｚ方向に折り曲げられて前記Ｚ方向に延出した部分である折り曲げ端部を有し、
前記出力端子は、前記引き出し部の側に、前記Ｚ方向に折り曲げられて前記Ｚ方向に延出した部分である出力折り曲げ端部を有し、
前記折り曲げ端部と前記出力折り曲げ端部とが電気的に接続され、前記接続部が形成されている付記１から５のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記７）
前記引き出し部は、前記トランスの本体部から突出した後、前記Ｚ方向又は前記Ｚ方向とは反対方向に折り曲げられた前記折り曲げ部を有し、
前記引き出し部は、前記折り曲げ部から前記Ｚ方向又は前記Ｚ方向とは反対方向に延出した後、さらに折り曲げられて前記接続部の方向に延出している付記５に記載の電力変換器。
（付記８）
前記パワーモジュールは、第一面、前記第一面とは反対側の第二面、及び前記第一面と前記第二面とを取り囲む４つの面である、第三面、第四面、第五面、第六面を有する直方体状に形成され、
前記出力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の一方に配置され、
前記引き出し部の少なくとも一部は、前記出力端子が配置された前記第三面又は前記第四面の方向に斜めに延出した部分を有している付記１から７のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記９）
前記パワーモジュールは、第一面、前記第一面とは反対側の第二面、及び前記第一面と前記第二面とを取り囲む４つの面である、第三面、第四面、第五面、第六面を有する直方体状に形成され、
前記入力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の一方に配置され、
前記出力端子は、対向して配置された前記第三面及び前記第四面の他方に配置され、
前記トランスは、前記出力端子が配置された面の側に配置されている付記１から８のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１０）
前記パワーモジュールを冷却する冷却器を備え、
前記パワーモジュールは、前記冷却器が有した冷却面に熱的に接続され、
前記基板の基板面は、前記パワーモジュールの前記冷却器の側とは反対側に、前記パワーモジュールとは隙間を空けて配置され、
前記接続部は、前記基板と前記冷却器との間の領域に配置されている付記１から９のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１１）
前記パワーモジュールは、前記基板の基板面とは隙間を空けて配置され、
前記基板面に垂直で前記パワーモジュールから前記基板に向かう方向をＺ方向とし、
前記Ｚ方向に見て、
前記出力端子、及び前記引き出し部の少なくとも一部は、前記基板と重複して配置され、
前記引き出し部が前記基板と重複している部分の長さは、前記出力端子が前記基板と重複している部分の長さよりも長い付記１から１０のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１２）
前記折り曲げ端部と前記出力折り曲げ端部とは、ＴＩＧ溶接により電気的に接続されている付記６に記載の電力変換器。
（付記１３）
前記出力端子と前記引き出し部とは、ねじにより電気的に接続されている付記１から１１のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１４）
前記出力端子は、前記パワーモジュールの本体部から前記トランスの本体部の方向に延出し、
前記引き出し部は、前記トランスの本体部から前記パワーモジュールの本体部の方向に延出し、
前記出力端子の端部と前記引き出し部の端部との重なった部分に前記接続部が形成され、
前記接続部において、前記出力端子と前記引き出し部とは前記ねじにより締結されている付記１３に記載の電力変換器。
（付記１５）
前記トランスは、前記巻線として、１次側巻線と２次側巻線とを有し、
前記１次側巻線の巻数は、前記２次側巻線の巻数よりも多く、
前記出力端子は、前記１次側巻線に接続されている付記１から１４のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１６）
前記トランスは、前記巻線として、１次側巻線と２次側巻線とを有し、
前記２次側巻線から出力される電圧を整流する整流回路と、前記２次側巻線から出力される電圧を平滑化する平滑回路と、をさらに備え、
前記整流回路は、複数の半導体素子から構成され、前記平滑回路は、リアクトルとコンデンサとから構成されている付記１から１５のいずれか１項に記載の電力変換器。
（付記１７）
前記パワーモジュールは、前記トランスの前記１次側巻線に接続される前記複数のスイッチング素子及び前記複数の半導体素子が一体化されたモジュールである付記１６に記載の電力変換器。
（付記１８）
前記トランスは、前記巻線として、１次側巻線と２次側巻線とを有し、
前記１次側巻線及び前記２次側巻線は、平板状の巻線で構成され、
前記トランスは、プレーナー形状のトランスである付記１から１７のいずれか１項に記載の電力変換器。
【符号の説明】
【0109】
１、１ａ 電力変換器、９９ インバータ回路、１００、１１１ パワーモジュール、１０１、１０２、１０３、１０４ スイッチング素子、１０１ａ、１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ ゲートパッド、１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂ ソースパッド、１０１ｃ、１０２ｃ、１０３ｃ、１０４ｃ、１４、１１５ｂ、１１５ｃ、１１６ｂ リードフレーム、１０１ｃ１、１０３ｃ１、１４ａ 入力端子、１０２ｃ１、１０４ｃ１ 出力端子、１０１ｄ、１０２ｄ、１０３ｄ、１０４ｄ、１０１ｅ、１０２ｅ、１０３ｅ、１０４ｅ 制御端子、１１５ｂ１、１１６ｂ１ アノード端子、１１５ｃ１ カソード端子、１０１ｆ、１０２ｆ、１０３ｆ、１０４ｆ、１０１ｇ、１０２ｇ、１０３ｇ、１０４ｇ、１０１ｈ、１０２ｈ、１０３ｈ、１０４ｈ、１１５ｆ、１１６ｆ ボンディングワイヤ、１００ｘ 第三面、１００ｙ 第四面、１００ｚ１ 第一面、１００ｚ２ 第二面、１０８ 平滑リアクトル、１０９ 出力コンデンサ、１１０ 負荷、１１３ トランス、１１３ａ １次側巻線、１１３ｂ ２次側巻線、１１３ｃ 本体部、１１３ａ１、１１３ａ１－１、１１３ａ１－２ 引き出し部、１１３ａ２ 巻回部、１１４ 整流回路、１１５、１１６ ダイオード、１１５ａ、１１６ａ アノードパッド、２００ 直流電源、２０１、２０２ 電源端子部、２０３ 正極側接続部、２０４ 負極側接続部、２０５、２０６ 接続部、２０７ 制御側接続部、２０８、２０９ 接続部、２１０ モジュール接続部、２１１ トランス接続部、２１２ 接続部、４００、４００ａ 基板、４０１ Ｘコンデンサ、４０２、４０３ Ｙコンデンサ、４０４ ヒューズ、４０５ 電流センサ、４０６ 制御回路、１０ 冷却器、１０ａ 冷却面、１１ 樹脂、１２ 冷却板、１３ 絶縁紙、１５ａ、１５ｂ 長さ、１６ａ、１６ｂ 長さ、１７ 斜め部、１８ 電極部、１９ チャック部、２０ａ 折り曲げ端部、２０ｂ 出力折り曲げ端部、２１、２２ 折り曲げ部、２３ ねじ、２４ ねじ受け部、１０００ 巻回軸、１００１ 下コア、１００２ 上コア、１００３ 巻線部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】