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CN105917561A - 开关基板 - Google Patents

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CN105917561A
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Abstract

开关基板(10)具备电路构成体(11)、第一半导体开关元件(60A)以及第二半导体开关元件(60B)，电路构成体(11)具备：控制电路基板(20)，具备控制电路(22)、第一安装窗(24A)以及第二安装窗(24B)；和输入汇流条(30)、输出汇流条(40)以及连接汇流条(50)，配置于控制电路基板(20)的一面，第一半导体开关元件(60A)配置于第一安装窗(24A)的内侧，漏极端子(62)与输入汇流条(30)连接，源极端子(63)与连接汇流条(50)连接，栅极端子(64)与控制电路(22)连接，第二半导体开关元件(60B)配置于第二安装窗(24B)的内侧，漏极端子(62)与输出汇流条(40)连接，源极端子(63)与连接汇流条(50)连接，栅极端子(64)与控制电路(22)连接。

Description

开关基板
技术领域
本发明涉及开关基板。
背景技术
近年来，为了提高燃料经济性和保护环境，正在开发除了主电池之外还搭载有辅助电源的汽车。例如，通过将制动时的再生能量蓄积于辅助电源，在行驶时将其用来对电装品供给电力，能够减少交流发电机的发电量从而提高燃料经济性。另外，在怠速停止之后的发动机再启动时，通过从辅助电源对启动器供给电力，能够防止因主电池的电压瞬间下降而导致电装品瞬间断开和主电池劣化。
在主电池与辅助电源之间，有时会设置具有与行驶、怠速停止等车辆的动作状态相对应地切换电力的供给形态的功能的开关基板。
作为开关基板，以往使用了具备与大电流对应的机械继电器的基板，但有人以小型化、高寿命化、静音化为目的而提出了将机械继电器置换为半导体开关元件。作为半导体开关元件，可设想使用MOSFET(金属氧化膜型电场效应晶体管；Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor)等功率半导体(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-146933号公报
发明内容
发明所要解决的课题
通常，在使用了MOSFET的开关中，会因pn接合而在源极-漏极间生成寄生二极管。因此，即使将栅极断开，电流也会经过该寄生二极管而从源极侧流向漏极侧，所以无法完全切断电流从源极侧向漏极侧的流动。于是，为了能够切断双向电流，有时将两个MOSFET以使上述寄生二极管的朝向相反的方式串联连接。
但是，若要设计这样的复杂的电路，则开关基板的构造容易变得复杂。
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种在具备主电源和辅助电源的车辆中配置于主电源与辅助电源之间的结构简单的开关基板。
用于解决课题的技术方案
本发明是一种开关基板，在具备主电源和辅助电源的车辆中配置于所述主电源与所述辅助电源之间，其中，具备：电路构成体，具备控制电路基板、输入汇流条、输出汇流条、以及连接汇流条，所述控制电路基板具备由绝缘性材料构成的绝缘板、配置于所述绝缘板的一面的控制电路以及从所述绝缘板的设置有所述控制电路的面贯通至其相反侧的面的多个安装窗，所述输入汇流条和所述输出汇流条彼此空开间隔地配置于所述绝缘板的所述相反侧的面，所述连接汇流条相对于所述输入汇流条和所述输出汇流条空开间隙地配置；和多个半导体开关元件，安装于所述电路构成体，具备漏极端子、源极端子以及栅极端子，所述多个安装窗中的一部分安装窗是在内侧露出所述输入汇流条的一部分和所述连接汇流条的一部分的第一安装窗，其他安装窗是在内侧露出所述输出汇流条的一部分和所述连接汇流条的一部分的第二安装窗，所述多个半导体开关元件中的一部分半导体开关元件是配置于所述第一安装窗的内侧，所述漏极端子与所述输入汇流条的一部分连接，所述源极端子与所述连接汇流条的一部分连接，所述栅极端子与所述控制电路连接的第一半导体开关元件，其他半导体开关元件是配置于所述第二安装窗的内侧，所述漏极端子与所述输出汇流条的一部分连接，所述源极端子与所述连接汇流条的一部分连接，所述栅极端子与所述控制电路连接的第二半导体开关元件。
根据上述结构，能够简单地对配置于主电源与辅助电源之间的开关基板所需的汇流条、控制电路基板、半导体开关元件进行布局，能够提供结构简单的开关基板。
作为本发明的实施方式，以下方式是优选的。
所述连接汇流条可以具备：连接部，配置于所述输入汇流条与所述输出汇流条之间；和加强部，沿着所述输入汇流条和所述输出汇流条的排列方向延伸。
根据上述方式，由于连接汇流条具备连接部和加强部，所以能够以简单的结构使连接汇流条发挥加强的作用。
另外，所述电路构成体可以具备散热板，该散热板配置于所述输入汇流条、所述输出汇流条以及所述连接汇流条的与所述控制电路基板相反的一侧的面。
根据上述方式，能够不使开关基板大型化地高效地进行散热。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在具备主电源和辅助电源的车辆中配置于主电源与辅助电源之间的结构简单的开关装置。
附图说明
图1是实施方式的开关装置的立体图。
图2是实施方式的开关装置的分解立体图。
图3是实施方式的开关装置的上下与图2相反的分解立体图。
图4是从控制电路基板侧观察实施方式的开关基板得到的立体图。
图5是从汇流条侧观察实施方式的开关基板得到的立体图。
图6是实施方式的开关基板的俯视图。
图7是图6的区域R内的放大图。
图8是图6的A-A线剖视图。
图9是图8的区域S内的放大图。
图10是示出实施方式的开关装置的电路结构的图。
图11是变形例的开关装置的立体图。
图12是变形例的开关装置的分解立体图。
图13是在与图6的A-A线相同的位置将变形例的开关基板剖断得到的剖视图。
具体实施方式
一边参照图1～图10，一边对本发明的实施方式进行说明。
本实施方式的开关装置1在具备主电池90(相当于主电源)和辅助电池91(相当于辅助电源)的车辆中对从主电池90和辅助电池91向电装品92的电力供给进行切换。如图10所示，主电池90和辅助电池91串联配置，向电装品92供给电力。开关装置1相对于主电池90和辅助电池91串联地配置于主电池90与辅助电池91之间。
如图1、图2以及图3所示，开关装置1具备开关基板10和收容该开关基板10的外壳80。开关基板10具备电路构成体11和搭载于该电路构成体11的六个半导体开关元件60A、60B。电路构成体11具备控制电路基板20和与该控制电路基板20重叠的三片汇流条30、40、50。
控制电路基板20是在由玻璃基材或玻璃无纺布基材构成的绝缘板21的一面侧具备由导电性材料构成的控制电路22的印刷基板(参照图7)。在控制电路基板20的一端部配置有用于将控制电路22与外部的控制装置(未图示)连接的连接器23。
如图4和图6所示，控制电路基板20具有用于搭载半导体开关元件60A、60B的六个安装窗24A、24B。安装窗24A、24B是在控制电路基板20中从配置有控制电路22的面贯通至其相反侧的面的矩形的开口部，其开口的大小比半导体开关元件60A、60B的外形大一圈。六个安装窗24A、24B中有三个安装窗(第一安装窗24A)排成一列而构成一组第一安装窗群25A。六个安装窗24A、24B中剩下的三个安装窗(第二安装窗24B)排成一列而构成一组第二安装窗群25B。两组安装窗群25A、25B并列地配置。
三片汇流条30、40、50中有一片是输入汇流条30，另一片是输出汇流条40。如图5所示，输入汇流条30是由导电性材料(在本实施方式中为铜或铜合金)形成的矩形的厚板。输入汇流条30具备螺栓插通孔31。螺栓插通孔31是从输入汇流条30的一个板面贯通至另一个板面的贯通孔。输出汇流条40也与输入汇流条30同样，是由导电性材料(在本实施方式中为铜或铜合金)形成的矩形的厚板，具备螺栓插通孔41。
输入汇流条30和输出汇流条40彼此空开间隔地配置于在控制电路基板20中与形成有控制电路22的面相反的一侧的面。输入汇流条30和输出汇流条40被配置成彼此与对方侧相对的相对边32A、42A平行。输入汇流条30和输出汇流条40的一部分区域与控制电路基板20重叠，配置有螺栓插通孔31、41的区域从控制电路基板20错开。
三片汇流条30、40、50中剩下的一片是连接汇流条50。连接汇流条50是由导电性材料(在本实施方式为铜或铜合金)形成的T字形的厚板。连接汇流条50具备连接部51和加强部52。连接部51是形成T字的纵板部分的细长的长方形的板。连接部51相对于输入汇流条30和输出汇流条40空开间隙地配置于输入汇流条30与输出汇流条40之间。连接部51的长边与输入汇流条30和输出汇流条40的相对边32A、42A平行。加强部52是形成T字的横板部分的细长的长方形的板，与连接部51垂直地配置于连接部51的一端。
加强部52相对于输入汇流条30和输出汇流条40空开间隙地配置。加强部52的长边平行于输入汇流条30和输出汇流条40的与相对边32A、42A正交的交叉边32B、42B。也就是说，加强部52沿着输入汇流条30、连接部51、输出汇流条40的排列方向延伸。加强部52发挥对控制电路基板20进行加强的作用，以使得在对开关基板10施加了预料之外的较大的力的情况下，控制电路基板20不会沿着输入汇流条30与连接部51的间隙或连接部51与输出汇流条40的间隙而弯折。
如图6所示，多个第一安装窗24A分别配置于跨输入汇流条30和连接部51的位置，输入汇流条30的一部分和连接部51的一部分露出到其内侧。多个第二安装窗24B配置于跨输出汇流条40和连接部51的位置，输出汇流条40的一部分和连接部51的一部分露出到其内侧。
半导体开关元件60A、60B是功率MOSFET，具备壳体61和设置于该壳体61的漏极端子62、源极端子63以及栅极端子64。漏极端子62配置于壳体61的下面。另外，源极端子63和栅极端子64从壳体61的侧面突出。
如图4和图6所示，六个半导体开关元件60A、60B中的三个半导体开关元件(第一半导体开关元件60A)构成了一组第一元件群65A。六个半导体开关元件60A、60B中剩下的三个半导体开关元件(第二半导体开关元件60B)构成了一组第二元件群65B。
第一半导体开关元件60A分别配置于第一安装窗24A的内侧。并且，漏极端子62与露出到第一安装窗24A的内侧的输入汇流条30的一部分连接，源极端子63与连接部51的一部分连接。栅极端子64与控制电路基板20上的控制电路22连接。同样，第二半导体开关元件60B分别配置于第二安装窗24B的内侧。并且，漏极端子62与露出到第二安装窗24B的内侧的输出汇流条40的一部分连接，源极端子63与连接部51的一部分连接，栅极端子64与控制电路22连接。连接例如可以使用回流钎焊技术等，通过焊锡H来进行。
通过这样配置，并联连接的三个半导体开关元件60A、60B被设为一组，两组半导体开关元件60A、60B串联连接。两组半导体开关元件60A、60B彼此背对背(back to back)地配置。
将多个半导体开关元件60A、60B设为一组是为了应对大电流。也就是说，通过将多个半导体开关元件60A、60B并联连接，能够增大能够在电源电路中流动的电流的总量。
将两组半导体开关元件60A、60B配置成背对背是基于以下的理由。
通常，在使用了MOSFET的开关中，会在源极-漏极间生成基于pn接合的寄生二极管。因此，即使将栅极断开，电流也会经过该寄生二极管从源极侧流向漏极侧，所以无法将从源极侧向漏极侧的信号截止。因此，在辅助电池91的电压高于主电池90时(怠速停止时等)，尽管开关断开，有时却会经过寄生二极管而从辅助电池91向主电池90流入电流。通过将两组MOSFET以使上述寄生二极管的朝向相反的方式串联连接，能够切断双向电流。
连接于与主电池90相连的线束70A的紧固端子71A通过插通于螺栓插通孔31的电源端子72A(柱头螺栓)和被拧紧于该电源端子72A的顶端的螺母73A而固定于输入汇流条30。另外，连接于与辅助电池91相连的线束70B的紧固端子71B通过插通于螺栓插通孔41的电源端子72B(柱头螺栓)和被拧紧于该电源端子72B的顶端的螺母73B而固定于输出汇流条40。
外壳80具备上部外壳81和下部外壳82。下部外壳82是外形比开关基板10的外形大一圈的托盘状的外壳。在下部外壳82的内部收容开关基板10。上部外壳81是具有与下部外壳82大致相同的外形的托盘状的外壳，以覆盖在下部外壳82的内部收容的开关基板10的方式安装于下部外壳82。上部外壳81和下部外壳82均由合成树脂形成。
(本实施方式的效果)
根据本实施方式，能够简单地对配置于主电池90与辅助电池91之间的开关基板10所需的汇流条30、40、50、控制电路基板20以及半导体开关元件60A、60B进行布局，能够提供结构简单的开关基板10。另外，由于连接汇流条50具备连接部51和加强部52，所以能够以简单的结构来使连接汇流条50发挥加强的作用。通过该加强的效果，例如能够抑制在回流钎焊安装工序中在控制电路基板20产生翘曲。
<变形例>
一边参照图11～图13，一边对本发明的变形例进行说明。本变形例的开关装置100除了开关基板101具备散热板102和外壳103的上部外壳104具备用于使散热板102露出到外部的散热窗105这一点以外，结构与实施方式是同样的。在开关装置100中，对与实施方式同样的结构标注同一标号并省略说明。
散热板102是由金属形成的矩形的板，重叠在汇流条30、40、50的与配置有控制电路基板20的面相反的一侧的面上。散热板102的外形形成为在开关基板10上覆盖配置有多个半导体开关元件60A、60B的全部区域的大小。
散热窗105是从上部外壳104中与散热板102相对的面贯通至其相反侧的面的矩形的开口，散热板102从该散热窗105面向外部。
根据如上所述的结构，能够不使开关基板101大型化地高效地进行散热。
<其他的实施方式>
本发明不限于通过上述记述和附图而说明的实施方式，例如，如下的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
(1)在上述实施方式中，连接汇流条50是具备连接部51和加强部52的T字形的板，但连接汇流条也可以不是T字形，例如，也可以是不具有加强部的I字形的板。另外，连接部也可以不是配置于输入汇流条与输出汇流条之间。
(2)在上述实施方式中，辅助电源是辅助电池91，但作为辅助电源，例如可以使用二次电池、双电层电容等蓄电装置。
(3)在上述实施方式中，安装窗24A、24B以及半导体开关元件60A、60B被设为三个一组，但构成一组的半导体开关元件的数量可以是两个或四个以上。同样，构成一组的安装窗的数量也可以是两个或四个以上。
标号说明
10、101：开关基板
11：电路构成体
20：控制电路基板
21：绝缘板
22：控制电路
24A：第一安装窗
24B：第二安装窗
30：输入汇流条
40：输出汇流条
50：连接汇流条
51：连接部
52：加强部
60A：第一半导体开关元件
60B：第二半导体开关元件
62：漏极端子
63：源极端子
64：栅极端子
90：主电池(主电源)
91：辅助电池(辅助电源)
102：散热板

Claims (3)

1.一种开关基板，在具备主电源和辅助电源的车辆中配置于所述主电源与所述辅助电源之间，其中，具备：
电路构成体，具备控制电路基板、输入汇流条、输出汇流条以及连接汇流条，所述控制电路基板具备由绝缘性材料构成的绝缘板、配置于所述绝缘板的一面的控制电路以及从所述绝缘板的设置有所述控制电路的面贯通至其相反侧的面的多个安装窗，所述输入汇流条和所述输出汇流条彼此空开间隔地配置于所述绝缘板的所述相反侧的面，所述连接汇流条相对于所述输入汇流条和所述输出汇流条空开间隙地配置；和
多个半导体开关元件，安装于所述电路构成体，具备漏极端子、源极端子以及栅极端子，
所述多个安装窗中的一部分安装窗是在内侧露出所述输入汇流条的一部分和所述连接汇流条的一部分的第一安装窗，其他安装窗是在内侧露出所述输出汇流条的一部分和所述连接汇流条的一部分的第二安装窗，
所述多个半导体开关元件中的一部分半导体开关元件是配置于所述第一安装窗的内侧，所述漏极端子与所述输入汇流条的一部分连接，所述源极端子与所述连接汇流条的一部分连接，所述栅极端子与所述控制电路连接的第一半导体开关元件，其他半导体开关元件是配置于所述第二安装窗的内侧，所述漏极端子与所述输出汇流条的一部分连接，所述源极端子与所述连接汇流条的一部分连接，所述栅极端子与所述控制电路连接的第二半导体开关元件。
2.根据权利要求1所述的开关基板，
所述连接汇流条具备：连接部，配置于所述输入汇流条与所述输出汇流条之间；和加强部，沿着所述输入汇流条和所述输出汇流条的排列方向延伸。
3.根据权利要求1或2所述的开关基板，
所述电路构成体具备散热板，该散热板配置于所述输入汇流条、所述输出汇流条以及所述连接汇流条的与所述控制电路基板相反的一侧的面。
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