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WO2017163290A1 - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置 Download PDF

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Publication number
WO2017163290A1
WO2017163290A1 PCT/JP2016/004725 JP2016004725W WO2017163290A1 WO 2017163290 A1 WO2017163290 A1 WO 2017163290A1 JP 2016004725 W JP2016004725 W JP 2016004725W WO 2017163290 A1 WO2017163290 A1 WO 2017163290A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
side wiring
power supply
wiring
switching
capacitor
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/004725
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
湯河　潤一
久純 渡邉
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to JP2018506507A priority Critical patent/JP6646819B2/ja
Priority to US16/086,029 priority patent/US20190260301A1/en
Priority to DE112016006651.1T priority patent/DE112016006651T5/de
Priority to CN201680083940.9A priority patent/CN109104891A/zh
Publication of WO2017163290A1 publication Critical patent/WO2017163290A1/ja

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    • H02M7/5387—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
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    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters

Definitions

  • This disclosure relates to a switching power supply device.
  • a switching power supply device is known.
  • a switching power supply device is disclosed in, for example, Patent Document 1.
  • Patent Document 1 a plurality of FET (Field-Effect Transistor) chips for controlling a current supplied from a power source to a motor, a plurality of diode chips anode-connected to the drains of these FET chips, and a power source connected in parallel
  • a motor controller having a smoothing capacitor is disclosed.
  • an FET chip and a diode chip are fixed to a printed wiring board, and a smoothing capacitor is disposed above the printed wiring board by a terminal bar.
  • the terminal bar is a member that connects the smoothing capacitor and the power source.
  • the terminal bar is fixed to the printed wiring board, the rising portion extending upward from the fixing portion, and the rising portion. And a power supply connection part extending forward from the middle of the part, and a connecting terminal of the smoothing capacitor is attached to the rising part of the terminal bar.
  • the switching power supply device includes an insulating layer, a conductive layer, a first switching element, a second switching element, and a capacitor.
  • the conductive layer is provided on one surface of the insulating layer and includes a power supply side wiring, a ground side wiring, and an output side wiring.
  • the first switching element is surface-mounted on the power supply side wiring and connected to the output side wiring.
  • the second switching element is surface-mounted on the output side wiring and connected to the ground side wiring.
  • the capacitor is surface-mounted on the ground side wiring and is electrically connected to the power supply side wiring or the output side wiring.
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a switching power supply device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view illustrating a configuration example of the switching power supply device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of the switching power supply device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing a modification of the switching power supply device according to the embodiment.
  • FIG. 1 shows a configuration example of a switching power supply device 10 according to the embodiment.
  • the switching power supply device 10 is configured to convert power supplied from a power supply (DC power supply P in this example) into output power by a switching operation and supply the output power to a drive target (motor M in this example). Yes.
  • the switching power supply device 10 constitutes an inverter that converts DC power into three-phase AC power.
  • the switching power supply apparatus 10 includes a power supply line LP, a ground line LG, one or more output lines LO, one or more switching units SW, and a capacitor unit CP.
  • the power supply line LP is connected to one end (positive electrode) of the DC power supply P
  • the ground line LG is connected to the other end (negative electrode) of the DC power supply P.
  • the switching power supply device 10 is provided with three output lines LO and three switching units SW, and the three switching units pass through the three output lines LO into the three phases (U, V, W) of the motor M. Each is connected.
  • the switching unit SW is connected between the power supply line LP and the ground line LG.
  • the intermediate node of the switching unit SW is connected to the motor M via the output line LO.
  • the switching unit SW includes a first switching element 21 and a second switching element 22. Note that the free-wheeling diode connected in parallel to the first switching element 21 (or the second switching element 22) in the drawing corresponds to a parasitic diode parasitic on the first switching element 21 (or the second switching element 22).
  • the capacitor part CP is connected between the power supply line LP and the ground line LG.
  • the capacitor part CP has a capacitor 30.
  • the capacitor portion CP is provided with a connection line LC that connects the capacitor 30 and the power supply line LP.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the switching power supply device 10
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the switching power supply device 10. In FIG. 3, hatching of a part of the cross section is omitted for simplification of illustration.
  • the switching power supply device 10 includes an insulating layer 11, a conductive layer 12, and a heat dissipation layer 13.
  • the insulating layer 11 is made of an insulating material (for example, an epoxy resin sheet) and has a flat plate shape.
  • the conductive layer 12 is made of a conductive material (for example, copper or the like), is provided on one surface of the insulating layer 11, and is formed in a foil shape.
  • a wiring pattern is formed on the conductive layer 12.
  • the wiring pattern includes one or more power supply side wirings WP, one or more grounding side wirings WG, and one or more output side wirings WO.
  • the power supply side wiring WP, the ground side wiring WG, and the output side wiring WO are separated from each other so as not to short-circuit each other.
  • the heat dissipation layer 13 is made of a heat transfer material (for example, aluminum) and is provided on the other surface of the insulating layer 11.
  • a cooling member 14 is connected to the heat dissipation layer 13.
  • the cooling member 14 is provided to cool the heat dissipation layer 13.
  • the cooling member 14 is configured to be cooled by, for example, water cooling (cooling with cooling water) or oil cooling (cooling with cooling oil).
  • the insulating layer 11 is thinner than the conductive layer 12 and the heat dissipation layer 13.
  • the thickness of the heat dissipation layer 13 is thicker than the thickness of the conductive layer 12.
  • the thickness of the insulating layer 11 may be set to about 100 ⁇ m
  • the thickness of the conductive layer 12 may be set to about 200 ⁇ m
  • the thickness of the heat dissipation layer 13 may be set to about 1 to 3 mm.
  • the thermal conductivity of the insulating layer 11 is lower than the thermal conductivity of each of the conductive layer 12 and the heat dissipation layer 13.
  • the thermal conductivity of the conductive layer 12 is higher than the thermal conductivity of the heat dissipation layer 13.
  • the conductive layer 12 has three power supply side wirings WP, three grounding side wirings WG, and three output side wirings WO, one power supply side wiring WP, one grounding side wiring WG, and one
  • the output-side wiring WO constitutes one wiring set, and the three wiring sets are arranged in the first direction (left-right direction in FIG. 2).
  • the switching power supply device 10 includes three first switching elements 21 and three second switching elements 22, and one first switching element 21 and one second switching element 22 are provided.
  • the switching unit SW is configured. As shown in FIG. 2, the three switching units SW correspond to the three wiring sets, respectively. In the example of FIG.
  • first independent switching elements 210 three switching elements (hereinafter referred to as first independent switching elements 210) are connected in parallel to form one first switching element 21 (one first switching element 21 in FIG. 1).
  • second independent switching elements 220 are connected in parallel to form one second switching element 22 (one second switching element 22 in FIG. 1). Therefore, in the example of FIG. 2, there are nine first independent switching elements 210 and nine second independent switching elements 220.
  • each part of the switching power supply device 10 will be described by focusing on one wiring set and one switching part SW.
  • the power supply side wiring WP constitutes a part of the power supply line LP shown in FIG. 1
  • the ground side wiring WG constitutes a part of the ground line LG shown in FIG. 1
  • the output side wiring WO is shown in FIG. A part of the output line LO shown in FIG.
  • each of the power supply side wiring WP, the ground side wiring WG, and the output side wiring WO is formed in a plate shape extending in a second direction (vertical direction in FIG. 2) orthogonal to the first direction.
  • the first switching element 21 is surface-mounted on the power supply side wiring WP and connected to the output side wiring WO. Specifically, the first switching element 21 is placed on the power supply side wiring WP, one end (drain / heat radiation surface) thereof is joined to the surface of the power supply side wiring WP by solder, and the other end (source) is bonded to the bonding wire.
  • the output side wiring WO is connected by a wiring member such as. Note that the gate of the first switching element 21 is connected to a first gate wiring (not shown) by a wiring member. A large current does not flow through the first gate wiring. Therefore, the first gate wiring can be formed in an elongated shape in the wiring pattern.
  • the first switching element 21 is configured by the three first independent switching elements 210 as described above.
  • the three first independent switching elements 210 are arranged along the longitudinal direction of the power supply side wiring WP, and each of them is surface-mounted on the power supply side wiring WP and connected to the output side wiring WO.
  • the gate of the first independent switching element 210 is connected to the first gate wiring (not shown) by a wiring member.
  • the first independent switching element 210 may be composed of, for example, a surface-mount field effect transistor (FET).
  • the second switching element 22 is surface-mounted on the output side wiring WO and connected to the ground side wiring WG. Specifically, the second switching element 22 is placed on the output side wiring WO, one end (drain / heat radiation surface) thereof is joined to the surface of the output side wiring WO by soldering, and the other end (source) is bonded to the bonding wire. It is connected to the ground side wiring WG by a wiring material such as.
  • the gate of the second switching element 22 is connected to a second gate wiring (not shown) by a wiring member. A large current does not flow through the second gate wiring. Therefore, the second gate wiring can be formed in an elongated shape in the wiring pattern.
  • the second switching element 22 is configured by the three second independent switching elements 220 as described above.
  • the three second independent switching elements 220 are arranged along the longitudinal direction of the output side wiring WO, and each of them is surface-mounted on the output side wiring WO and connected to the ground side wiring WG.
  • the gate of the second independent switching element 220 is connected to a second gate wiring (not shown) by a wiring member.
  • the second independent switching element 220 may be configured by, for example, a surface-mount type field effect transistor (FET).
  • the switching power supply device 10 includes a capacitor 30 and a connection wiring 40.
  • the capacitor 30 is mounted on the ground side wiring WG and electrically connected to the power source side wiring WP.
  • the connection wiring 40 constitutes the connection line LC shown in FIG. 1 and electrically connects the capacitor 30 and the power supply side wiring WP.
  • the capacitor 30 is placed on the ground side wiring WG, and one end (negative electrode) thereof is joined to the ground side wiring WG by solder, and the other end (positive electrode) is electrically connected to the power source side wiring WP by the connection wiring 40. Connected.
  • the capacitor 30 is composed of nine independent capacitors 300.
  • the connection wiring 40 is configured by nine independent wirings 400.
  • Three independent capacitors 300 and three independent wires 400 are arranged in each of the three ground-side wires WG. With this configuration, all nine independent capacitors 300 are electrically connected in parallel.
  • the three independent capacitors 300 arranged on one ground side wiring WG are arranged along the longitudinal direction of the ground side wiring WG, are surface-mounted on the ground side wiring WG, and are connected to the power supply side wiring WP (specifically, the ground side wiring WG). It is electrically connected to the power supply side wiring WP) belonging to the same wiring set as the wiring WG.
  • the independent capacitor 300 is arranged inside the outer edge of the ground side wiring WG in a plan view. That is, in this example, the independent capacitor 300 does not protrude from the ground side wiring WG in a plan view.
  • the independent capacitor 300 may be constituted by, for example, a surface mount type electrolytic capacitor, or may be constituted by a surface mount type film capacitor.
  • Three independent wirings 400 arranged in one ground side wiring WG include three independent capacitors arranged in the ground side wiring WG and a power source side wiring WP (specifically, power supplies belonging to the same wiring set as the ground side wiring WG). Side wirings WP) are electrically connected to each other.
  • the independent wiring 400 is formed in an elongated plate shape extending along the first direction (the left-right direction in FIG. 2).
  • the independent wiring 400 may be configured by, for example, a bus bar, may be configured by a jumper, or may be configured by other wiring members.
  • the first independent switching element 210, the second independent switching element 220, and the independent capacitor 300 are arranged in a straight line in the first direction (left-right direction in FIG. 2).
  • the thickness of the insulating layer 11 is smaller than the thickness of each of the conductive layer 12 and the heat dissipation layer 13, and the thermal conductivity of the insulating layer 11 is greater than the thermal conductivity of each of the conductive layer 12 and the heat dissipation layer 13. Is also low. Therefore, in the insulating layer 11, it is difficult for heat to spread in a direction orthogonal to the stacking direction. As a result, heat transfer from the power supply side wiring WP and the output side wiring WO to the ground side wiring WG via the insulating layer 11 is hindered, so that the insulating layer 11 is removed from the power supply side wiring WP and the output side wiring WO. Heat is less likely to be transmitted to the ground side wiring WG via the route.
  • the first switching element 21 is surface-mounted on the power supply side wiring WP
  • the second switching element 22 is surface mounted on the output side wiring WO
  • the capacitor 30 is surface mounted on the ground side wiring WG. That is, the first switching element 21, the second switching element 22, and the capacitor 30 are all surface mounted on the conductive layer 12. Therefore, the capacitor 30 can be disposed in the vicinity of the first switching element 21 and the second switching element 22. As a result, the length of the wiring path from the capacitor 30 to the first switching element 21 can be shortened, and the length of the wiring path from the capacitor 30 to the second switching element 22 can be shortened. Therefore, since the parasitic inductance in these wiring paths can be reduced, the surge voltage resulting from the switching operation of the first and second switching elements 21 and 22 can be suppressed.
  • the ground side wiring WG is separated from the power source side wiring WP and the output side wiring WO, heat is transferred from the power source side wiring WP and the output side wiring WO to the ground side wiring WG. It has become difficult. Therefore, even if the first and second switching elements 21 and 22 generate heat due to the switching operation of the first and second switching elements 21 and 22, the capacitor 30 caused by the heat generation of the first and second switching elements 21 and 22 Temperature rise can be suppressed. Thereby, the temperature environment of the capacitor 30 can be improved.
  • the heat of the capacitor 30 can be dispersed. Thereby, the temperature rise of the capacitor 30 resulting from the heat generation of the first and second switching elements 21 and 22 can be suppressed, and the temperature environment of the capacitor 30 can be improved.
  • connection wiring 40 for electrically connecting the capacitor 30 and the power supply side wiring WP is configured using a plurality of independent wirings 400, whereby the connection wiring 40 is configured using one thick wiring member. As compared with the case, heat is hardly transmitted from the power supply side wiring WP to the capacitor 30 via the connection wiring 40. Thereby, the temperature rise of the capacitor 30 resulting from the heat generation of the first switching element 21 can be suppressed, and as a result, the temperature environment of the capacitor 30 can be improved.
  • the first switching element 21 by forming the first switching element 21 using the plurality of first independent switching elements 210 arranged along the longitudinal direction of the power supply side wiring WP, heat generated in the first switching element 21 (first The heat generated due to the switching operation of the switching element 21 can be dispersed. As a result, the amount of heat transferred from the first switching element 21 toward the power supply side wiring WP can be reduced, so that an increase in the temperature of the capacitor 30 due to the heat generated by the first switching element 21 can be suppressed. it can. As a result, the temperature environment of the capacitor 30 can be improved.
  • the second switching element 22 by forming the second switching element 22 using a plurality of second independent switching elements 220 arranged along the longitudinal direction of the output side wiring WO, heat generated in the second switching element 22 (second) Heat generated due to the switching operation of the switching element 22 can be dispersed. As a result, the amount of heat transferred from the second switching element 22 toward the output-side wiring WO can be reduced, so that the rise in the temperature of the capacitor 30 due to the heat generated by the second switching element 22 can be suppressed. it can. As a result, the temperature environment of the capacitor 30 can be improved.
  • the first switching element 21 that is surface mounted on the power supply side wiring WP and the surface mounting on the ground side wiring WG.
  • the capacitor 30 and the second switching element 22 surface-mounted on the output side wiring WO can be arranged in the vicinity of each other. Thereby, the parasitic inductance in the wiring path from the capacitor 30 to the first switching element 21 can be reduced, and the parasitic inductance in the wiring path from the capacitor 30 to the second switching element 22 can be reduced. As a result, the surge voltage resulting from the switching operation of the first and second switching elements 21 and 22 can be suppressed.
  • the output side wiring WO between the power supply side wiring WP and the ground side wiring WG, the first switching element 21 surface-mounted on the power supply side wiring WP and the output side wiring WO can be easily connected.
  • the second switching element 22 surface-mounted on the output side wiring WO and the ground side wiring WG can be easily connected.
  • heat can be transferred from the insulating layer 11 to the heat dissipation layer 13.
  • heat transfer from the power supply side wiring WP and the output side wiring WO to the ground side wiring WG via the insulating layer 11 can be inhibited, so that the first and second switching elements 21 and 22 generate heat.
  • the temperature rise of the capacitor 30 resulting from it can be suppressed. As a result, the temperature environment of the capacitor 30 can be improved.
  • the cooling member 14 by attaching the cooling member 14 to the heat radiation layer 13, it is possible to promote the transfer of heat from the power supply side wiring WP and the output side wiring WO to the heat radiation layer 13 via the insulating layer 11. As a result, heat transfer from the power supply side wiring WP and the output side wiring WO to the ground side wiring WG via the insulating layer 11 can be inhibited, so that the first and second switching elements 21 and 22 generate heat. The temperature rise of the capacitor 30 resulting from it can be suppressed. As a result, the temperature environment of the capacitor 30 can be improved.
  • the number of first independent switching elements 210 constituting the first switching element 21 is not limited to three, and may be two or four or more. .
  • the number of first independent switching elements 210 constituting the first switching element 21 may be the same as the number of second independent switching elements 220 constituting the second switching element 22, or the second independent switching element. The number may be different from 220.
  • the number of independent wirings 400 may be the same as the number of independent capacitors 300 or may be larger than the number of independent capacitors 300.
  • the first independent switching element 210, the second independent switching element 220, and the independent capacitor 300 may not be arranged in a straight line in the first direction (left-right direction in FIG. 2). Good.
  • a part of the independent capacitor 300 may be disposed outside the outer edge of the ground side wiring WG in a plan view. That is, the independent capacitor 300 may protrude from the ground side wiring WG in a plan view.
  • the first switching element 21 is configured by a plurality of first independent switching elements 210 has been described as an example, but the first switching element 21 is configured by one first independent switching element 210. It may be.
  • the first switching element 21 may be configured by one surface-mount type field effect transistor.
  • the 2nd switching element 22 may be comprised by one 2nd independent switching element 220, Good.
  • the second switching element 22 may be configured by one surface-mount type field effect transistor.
  • the capacitor 30 may be configured by one independent capacitor 300.
  • the capacitor 30 may be composed of one surface-mount electrolytic capacitor (or one surface-mount film capacitor or the like).
  • connection wiring 40 may be configured by one independent wiring 400.
  • connection wiring 40 may be configured by one bus bar (or one jumper, one wiring member, or the like).
  • the capacitor 30 is electrically connected to the power supply side wiring WP by the connection wiring 40 as an example.
  • the capacitor 30 is electrically connected to the output side wiring WO by the connection wiring 40. It may be connected. Specific examples will be described later in detail.
  • the switching power supply device 10 may constitute an inverter that converts DC power (or AC power) into AC power by a switching operation, and converts DC power (or AC power) into DC power by a switching operation. It is also possible to constitute a converter.
  • the switching power supply device 10 may constitute a DC / DC converter (a converter that converts input DC power into output DC power having a voltage value different from the input DC power by a switching operation).
  • the DC / DC converter includes a step-down converter, a step-up converter, and a bidirectional DC / DC converter.
  • the capacitor 30 has one end connected to the ground side wiring WG and the other end electrically connected to the output side wiring WO via an inductor.
  • the capacitor 30 has one end connected to the ground side wiring WG and the other end connected to the power supply side wiring WP.
  • the output side wiring WO is the power supply side and the power supply side wiring WP is the output side in consideration of the direction in which the current flows, but here the wiring WO is “output” even if the wiring WO is on the power supply side. It is defined as “side wiring WO” and is defined as “power supply side wiring WP” even if the wiring WP is on the output side.
  • the switching power supply 10 When the switching power supply 10 constitutes a bidirectional DC / DC converter, the switching power supply 10 is provided with two capacitors 30.
  • One capacitor 30 has one end connected to the ground side wiring WG and the other end connected to the output side wiring WO.
  • the other capacitor 30 has one end connected to the ground side wiring WG and the other end connected to the power supply side wiring WP.
  • the capacitor 30 is surface-mounted on the ground side wiring WG and electrically connected to the power supply side wiring WP or the output side wiring WO. Further, when the capacitor 30 includes a plurality of independent capacitors 300, the connection wiring 40 for electrically connecting the capacitor 30 and the power supply side wiring WP or the output side wiring WO is replaced with the plurality of independent capacitors 300 and the power supply side wiring. You may comprise by the some independent wiring 400 which electrically connects WP or the output side wiring WO, respectively.
  • this disclosure is applicable to a switching power supply device.

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Abstract

導電層は、絶縁層の一方の面に設けられて電源側配線と接地側配線と出力側配線とを有する。第１スイッチング素子は、電源側配線に面実装されて出力側配線と接続される。第２スイッチング素子は、出力側配線に面実装されて接地側配線と接続される。キャパシタは、接地側配線に面実装されて電源側配線または出力側配線と接続される。

Description

スイッチング電源装置
　この開示は、スイッチング電源装置に関する。
　従来、スイッチング電源装置が知られている。スイッチング電源装置は、例えば、特許文献１などに開示されている。特許文献１には、電源からモータに供給される電流を制御する複数のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チップと、これらのＦＥＴチップのドレインにアノード接続された複数のダイオードチップと、電源に並列接続された平滑コンデンサとを備えたモータコントローラが開示されている。このモータコントローラでは、ＦＥＴチップおよびダイオードチップがプリント配線板に固定されるとともに、平滑コンデンサがターミナルバーによりプリント配線板の上方に配置されている。具体的には、ターミナルバーは、平滑コンデンサと電源とを接続する部材であり、プリント配線板に固定される固定部と、この固定部から上方に延出された立ち上げ部と、この立ち上げ部の上端または途中から前方に延出された電源接続部とから構成され、平滑コンデンサの接続端子がターミナルバーの立ち上げ部に取り付けられている。
特開２００２－２６２５９３号公報
　本開示におけるスイッチング電源装置は、絶縁層と、導電層と、第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子と、キャパシタとを備えている。導電層は、絶縁層の一方の面に設けられて電源側配線と接地側配線と出力側配線とを有する。第１スイッチング素子は、電源側配線に面実装されて出力側配線と接続される。第２スイッチング素子は、出力側配線に面実装されて接地側配線と接続される。キャパシタは、接地側配線に面実装されて電源側配線または出力側配線と電気的に接続される。
　本開示によれば、スイッチング動作に起因するサージ電圧を抑制しつつキャパシタの温度環境を改善することができる。
図１は、実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示す回路図である。 図２は、実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示す概略平面図である。 図３は、実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示す概略断面図である。 図４は、実施の形態によるスイッチング電源装置の変形例を示す概略平面図である。
　本開示の実施の形態の説明に先立ち、従来の装置における問題点を簡単に説明する。
　特許文献１のモータコントローラでは、平滑コンデンサをプリント配線板の上方に配置するために、ターミナルバーの固定部（プリント配線板に固定される固定部）ではなく、ターミナルバーの立ち上げ部（固定部から上方に延出された立ち上げ部）に平滑コンデンサの接続端子が取り付けられている。そのため、平滑コンデンサをプリント配線板に取り付ける場合よりも、平滑コンデンサからプリント配線板に設けられたＦＥＴチップまでの配線経路が長くなってしまう。そのため、平滑コンデンサからＦＥＴチップまでの配線経路における寄生インダクタンスを低減することが困難であり、ＦＥＴチップのスイッチング動作に起因するサージ電圧を抑制することが困難である。
　なお、平滑コンデンサをプリント配線板に取り付けることが考えられるが、平滑コンデンサをプリント配線板の上方に配置する場合よりも、平滑コンデンサがプリント配線板に設けられたＦＥＴチップに近づくことになるので、ＦＥＴチップにおいて発生した熱が平滑コンデンサに伝達されやすくなってしまう。そのため、ＦＥＴチップの発熱に起因する平滑コンデンサの温度上昇を抑制することが困難であり、平滑コンデンサの温度環境を改善することが困難である。
　以下、実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
　（スイッチング電源装置）
　図１は、実施の形態によるスイッチング電源装置１０の構成例を示している。スイッチング電源装置１０は、電源（この例では直流電源Ｐ）から供給された電力をスイッチング動作により出力電力に変換して出力電力を駆動対象（この例ではモータＭ）に供給するように構成されている。この例では、スイッチング電源装置１０は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータを構成している。
　スイッチング電源装置１０は、電源ラインＬＰと、接地ラインＬＧと、１つまたは複数の出力ラインＬＯと、１つまたは複数のスイッチング部ＳＷと、容量部ＣＰとを備えている。この例では、電源ラインＬＰが直流電源Ｐの一端（正極）に接続され、接地ラインＬＧが直流電源Ｐの他端（負極）に接続されている。また、スイッチング電源装置１０に３つの出力ラインＬＯと３つのスイッチング部ＳＷが設けられ、３つのスイッチング部が３つの出力ラインＬＯを経由してモータＭの３つの相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）にそれぞれ接続されている。
　スイッチング部ＳＷは、電源ラインＬＰと接地ラインＬＧとの間に接続されている。そして、スイッチング部ＳＷの中間ノードは、出力ラインＬＯを経由してモータＭに接続されている。スイッチング部ＳＷは、第１スイッチング素子２１と、第２スイッチング素子２２とを有している。なお、図中の第１スイッチング素子２１（または第２スイッチング素子２２）に並列に接続された還流ダイオードは、第１スイッチング素子２１（または第２スイッチング素子２２）に寄生する寄生ダイオードに該当する。
　容量部ＣＰは、電源ラインＬＰと接地ラインＬＧとの間に接続されている。容量部ＣＰは、キャパシタ３０を有している。また、容量部ＣＰには、キャパシタ３０と電源ラインＬＰとを接続する接続ラインＬＣが設けられている。
　　〔スイッチング電源装置の構造〕
　次に、図２，図３を参照して、スイッチング電源装置１０の構造について説明する。図２は、スイッチング電源装置１０の概略平面図であり、図３は、スイッチング電源装置１０の概略断面図である。なお、図３では、図示の簡略化のために、一部の断面のハッチングを省略している。スイッチング電源装置１０は、絶縁層１１と、導電層１２と、放熱層１３とを備えている。
　　　〈絶縁層〉
　絶縁層１１は、絶縁材料（例えばエポキシ樹脂シートなど）により構成され、平板状に形成されている。
　　　〈導電層〉
　導電層１２は、導電材料（例えば銅など）により構成され、絶縁層１１の一方の面に設けられ、箔状に形成されている。導電層１２には、配線パターンが形成されている。配線パターンは、１つまたは複数の電源側配線ＷＰと、１つまたは複数の接地側配線ＷＧと、１つまたは複数の出力側配線ＷＯとを含んでいる。なお、導電層１２において、電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧと出力側配線ＷＯは、互いに短絡しないように互いに分断されている。
　　　〈放熱層〉
　放熱層１３は、伝熱材料（例えばアルミニウムなど）により構成され、絶縁層１１の他方の面に設けられている。放熱層１３には、冷却部材１４が接続される。冷却部材１４は、放熱層１３を冷却するために設けられる。冷却部材１４は、例えば、水冷（冷却水による冷却）や油冷（冷却油による冷却）により冷却されるように構成されている。
　この例では、絶縁層１１の厚みは、導電層１２および放熱層１３の各々の厚みよりも薄くなっている。放熱層１３の厚みは、導電層１２の厚みよりも厚くなっている。例えば、絶縁層１１の厚みは、１００μｍ程度に設定され、導電層１２の厚みは、２００μｍ程度に設定され、放熱層１３の厚みは１～３ｍｍ程度に設定されていてもよい。そして、絶縁層１１の熱伝導率は、導電層１２および放熱層１３の各々の熱伝導率よりも低くなっている。導電層１２の熱伝導率は、放熱層１３の熱伝導率よりも高くなっている。
　なお、この例では、導電層１２が３つの電源側配線ＷＰと３つの接地側配線ＷＧと３つの出力側配線ＷＯを有し、１つの電源側配線ＷＰと１つの接地側配線ＷＧと１つの出力側配線ＷＯが１つの配線セットを構成し、３つの配線セットが第１方向（図２における左右方向）に配列されている。また、図１に示すように、スイッチング電源装置１０が３つの第１スイッチング素子２１と３つの第２スイッチング素子２２を備え、１つの第１スイッチング素子２１と１つの第２スイッチング素子２２が１つのスイッチング部ＳＷを構成している。そして、図２に示すように、３つのスイッチング部ＳＷが３つの配線セットにそれぞれ対応している。なお、図２の例では、３つのスイッチング素子（以下、第１独立スイッチング素子２１０と記載）が並列に接続されて１つの第１スイッチング素子２１（図１における１つの第１スイッチング素子２１）を構成し、３つのスイッチング素子（以下、第２独立スイッチング素子２２０と記載）が並列に接続されて１つの第２スイッチング素子２２（図１における１つの第２スイッチング素子２２）を構成している。ゆえに、図２の例では、９つの第１独立スイッチング素子２１０と９つの第２独立スイッチング素子２２０が存在している。以下では、１つの配線セットと１つのスイッチング部ＳＷとに着目してスイッチング電源装置１０の各部の説明を行う。
　　　〈電源側配線と接地側配線と出力側配線〉
　電源側配線ＷＰは、図１に示した電源ラインＬＰの一部を構成し、接地側配線ＷＧは、図１に示した接地ラインＬＧの一部を構成し、出力側配線ＷＯは、図１に示した出力ラインＬＯの一部を構成している。
　また、電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧと出力側配線ＷＯは、互いに並行するように形成されている。出力側配線ＷＯは、電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧとの間に配置されている。この例では、電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧと出力側配線ＷＯの各々は、第１方向と直交する第２方向（図２における上下方向）に延びる板状に形成されている。
　　　〈第１スイッチング素子〉
　第１スイッチング素子２１は、電源側配線ＷＰに面実装されて出力側配線ＷＯと接続されている。具体的には、第１スイッチング素子２１は、電源側配線ＷＰに載置され、その一端（ドレイン/放熱面）が半田により電源側配線ＷＰの表面と接合され、その他端（ソース）がボンディングワイヤなどの配線用部材により出力側配線ＷＯと接続されている。なお、第１スイッチング素子２１のゲートは、配線用部材により第１ゲート配線（図示を省略）と接続されている。この第１ゲート配線には大電流が流れない。そのため、配線パターンにおいて第１ゲート配線を細長い形状に形成することが可能である。
　この例では、第１スイッチング素子２１は、上述のように、３つの第１独立スイッチング素子２１０により構成されている。３つの第１独立スイッチング素子２１０は、電源側配線ＷＰの長手方向に沿うように配列され、それぞれが電源側配線ＷＰに面実装されて出力側配線ＷＯと接続されている。そして、第１独立スイッチング素子２１０のゲートは、配線用部材により第１ゲート配線（図示を省略）と接続されている。なお、第１独立スイッチング素子２１０は、例えば、面実装型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により構成されていてもよい。
　　　〈第２スイッチング素子〉
　第２スイッチング素子２２は、出力側配線ＷＯに面実装されて接地側配線ＷＧと接続されている。具体的には、第２スイッチング素子２２は、出力側配線ＷＯに載置され、その一端（ドレイン/放熱面）が半田により出力側配線ＷＯの表面と接合され、その他端（ソース）がボンディングワイヤなどの配線用材料により接地側配線ＷＧと接続されている。なお、第２スイッチング素子２２のゲートは、配線用部材により第２ゲート配線（図示を省略）と接続されている。この第２ゲート配線には大電流が流れない。そのため、配線パターンにおいて第２ゲート配線を細長い形状に形成することが可能である。
　この例では、第２スイッチング素子２２は、上述のように、３つの第２独立スイッチング素子２２０により構成されている。３つの第２独立スイッチング素子２２０は、出力側配線ＷＯの長手方向に沿うように配列され、それぞれが出力側配線ＷＯに面実装されて接地側配線ＷＧと接続されている。そして、第２独立スイッチング素子２２０のゲートは、配線用部材により第２ゲート配線（図示を省略）と接続されている。なお、第２独立スイッチング素子２２０は、例えば、面実装型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により構成されていてもよい。
　　　〈キャパシタと接続配線〉
　また、スイッチング電源装置１０は、キャパシタ３０と接続配線４０とを備えている。キャパシタ３０は、接地側配線ＷＧに実装されて電源側配線ＷＰと電気的に接続されている。接続配線４０は、図１に示した接続ラインＬＣを構成し、キャパシタ３０と電源側配線ＷＰとを電気的に接続している。具体的には、キャパシタ３０は、接地側配線ＷＧに載置され、その一端（負極）が半田により接地側配線ＷＧと接合され、その他端（正極）が接続配線４０により電源側配線ＷＰと電気的に接続されている。
　この例では、キャパシタ３０は、９つの独立キャパシタ３００により構成されている。また、接続配線４０は、９つの独立配線４００により構成されている。そして、３つの接地側配線ＷＧの各々に３つの独立キャパシタ３００と３つの独立配線４００が配置されている。このような構成により、９つの独立キャパシタ３００は全て電気的に並列接続される。
　１つの接地側配線ＷＧに配置された３つの独立キャパシタ３００は、接地側配線ＷＧの長手方向に沿うように配列され、接地側配線ＷＧに面実装されて電源側配線ＷＰ（詳しくは、接地側配線ＷＧと同一の配線セットに属する電源側配線ＷＰ）と電気的に接続されている。この例では、独立キャパシタ３００は、平面視において接地側配線ＷＧの外縁よりも内側に配置されている。すなわち、この例では、独立キャパシタ３００は、平面視において接地側配線ＷＧからはみ出していない。なお、独立キャパシタ３００は、例えば、面実装型の電解コンデンサにより構成されていてもよいし、面実装型のフィルムコンデンサにより構成されていてもよい。
　１つの接地側配線ＷＧに配置された３つの独立配線４００は、接地側配線ＷＧに配置された３つの独立キャパシタと電源側配線ＷＰ（詳しくは、接地側配線ＷＧと同一の配線セットに属する電源側配線ＷＰ）とをそれぞれ電気的に接続している。この例では、独立配線４００は、第１方向（図２における左右方向）に沿うように延びる細長い板状に形成されている。なお、独立配線４００は、例えば、バスバーにより構成されていてもよいし、ジャンパーにより構成されていてもよいし、その他の配線用部材により構成されてもよい。
　また、この例では、第１独立スイッチング素子２１０と第２独立スイッチング素子２２０と独立キャパシタ３００は、第１方向（図２における左右方向）に一直線に並ぶように配置されている。
　　〔熱伝達〕
　次に、図３を参照して、スイッチング電源装置１０における熱伝達について説明する。
　図３において矢印で示すように、第１スイッチング素子２１のスイッチング動作により第１スイッチング素子２１が発熱すると、第１スイッチング素子２１から電源側配線ＷＰ（導電層１２）へ熱が伝達される。電源側配線ＷＰに伝達された熱は、積層方向と直交する方向に広がりながら絶縁層１１へ向けて電源側配線ＷＰ内を伝達していく。絶縁層１１に伝達された熱は、主に放熱層１３へ向けて絶縁層１１内を伝達していく。放熱層１３に伝達された熱は、主に冷却部材１４へ向けて放熱層１３を伝達していく。
　また、図３において矢印で示すように、第２スイッチング素子２２のスイッチング動作により第２スイッチング素子２２が発熱すると、第２スイッチング素子２２から出力側配線ＷＯ（導電層１２）へ熱が伝達される。出力側配線ＷＯに伝達された熱は、積層方向と直交する方向に広がりながら絶縁層１１へ向けて出力側配線ＷＯ内を伝達していく。絶縁層１１に伝達された熱は、主に放熱層１３へ向けて絶縁層１１内を伝達していく。放熱層１３に伝達された熱は、主に冷却部材１４へ向けて放熱層１３を伝達していく。
　なお、導電層１２において電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧとが分断されているので、電源側配線ＷＰから接地側配線ＷＧへの熱の伝達が阻害されている。これと同様に、導電層１２において出力側配線ＷＯと接地側配線ＷＧとが分断されているので、出力側配線ＷＯから接地側配線ＷＧへの熱の伝達が阻害されている。このように、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから接地側配線ＷＧへ向けて熱が伝達しにくくなっている。
　また、絶縁層１１の厚みが導電層１２および放熱層１３の各々の厚みよりも薄くなっており、さらに、絶縁層１１の熱伝導率が導電層１２および放熱層１３の各々の熱伝導率よりも低くなっている。そのため、絶縁層１１では、熱が積層方向と直交する方向に広がりにくくなっている。これにより、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから絶縁層１１を経由して接地側配線ＷＧへ向かう熱の伝達が阻害されているので、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから絶縁層１１を経由して接地側配線ＷＧへ向けて熱が伝達されにくくなっている。
　　〔実施形態による効果〕
　スイッチング電源装置１０では、第１スイッチング素子２１が電源側配線ＷＰに面実装され、第２スイッチング素子２２が出力側配線ＷＯに面実装され、キャパシタ３０が接地側配線ＷＧに面実装されている。すなわち、第１スイッチング素子２１と第２スイッチング素子２２とキャパシタ３０とがいずれも導電層１２に面実装されている。そのため、キャパシタ３０を第１スイッチング素子２１および第２スイッチング素子２２の近傍に配置させることができる。これにより、キャパシタ３０から第１スイッチング素子２１までの配線経路の長さを短縮することができるとともに、キャパシタ３０から第２スイッチング素子２２までの配線経路の長さを短縮することができる。したがって、これらの配線経路における寄生インダクタンスを低減することができるので、第１および第２スイッチング素子２１，２２のスイッチング動作に起因するサージ電圧を抑制することができる。
　また、スイッチング電源装置１０では、接地側配線ＷＧが電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから分断されているので、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから接地側配線ＷＧへ向けて熱が伝達しにくくなっている。そのため、第１および第２スイッチング素子２１，２２のスイッチング動作により第１および第２スイッチング素子２１，２２が発熱したとしても、第１および第２スイッチング素子２１，２２の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができる。これにより、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
　また、接地側配線ＷＧの長手方向に沿うように配列された複数の独立キャパシタ３００を用いてキャパシタ３０を構成することにより、キャパシタ３０の熱を分散させることができる。これにより、第１および第２スイッチング素子２１，２２の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができ、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
　また、キャパシタ３０と電源側配線ＷＰとを電気的に接続するための接続配線４０を複数の独立配線４００を用いて構成することにより、１つの太い配線用部材を用いて接続配線４０を構成する場合よりも、電源側配線ＷＰから接続配線４０を経由してキャパシタ３０へ向けて熱が伝達されにくくなる。これにより、第１スイッチング素子２１の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができ、その結果、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
　また、電源側配線ＷＰの長手方向に沿うように配列された複数の第１独立スイッチング素子２１０を用いて第１スイッチング素子２１を構成することにより、第１スイッチング素子２１において発生する熱（第１スイッチング素子２１のスイッチング動作に起因して発生する熱）を分散させることができる。これにより、第１スイッチング素子２１から電源側配線ＷＰへ向けて伝達される熱の量を低減することができるので、第１スイッチング素子２１の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができる。その結果、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
　また、出力側配線ＷＯの長手方向に沿うように配列された複数の第２独立スイッチング素子２２０を用いて第２スイッチング素子２２を構成することにより、第２スイッチング素子２２において発生する熱（第２スイッチング素子２２のスイッチング動作に起因して発生する熱）を分散させることができる。これにより、第２スイッチング素子２２から出力側配線ＷＯへ向けて伝達される熱の量を低減することができるので、第２スイッチング素子２２の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができる。その結果、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
　また、互いに並行するように電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧと出力側配線ＷＯを形成することにより、電源側配線ＷＰに面実装される第１スイッチング素子２１と、接地側配線ＷＧに面実装されるキャパシタ３０と、出力側配線ＷＯに面実装される第２スイッチング素子２２とを、互いに近傍に配置させることができる。これにより、キャパシタ３０から第１スイッチング素子２１までの配線経路における寄生インダクタンスを低減することができるとともに、キャパシタ３０から第２スイッチング素子２２までの配線経路における寄生インダクタンスを低減することができる。その結果、第１および第２スイッチング素子２１，２２のスイッチング動作に起因するサージ電圧を抑制することができる。
　さらに、出力側配線ＷＯを電源側配線ＷＰと接地側配線ＷＧとの間に配置することにより、電源側配線ＷＰに面実装される第１スイッチング素子２１と出力側配線ＷＯとの接続を容易にすることができるとともに、出力側配線ＷＯに面実装される第２スイッチング素子２２と接地側配線ＷＧとの接続を容易にすることができる。
　また、絶縁層１１の他方の面に放熱層１３を設けることにより、絶縁層１１から放熱層１３へ熱を伝達させることができる。これにより、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから絶縁層１１を経由して接地側配線ＷＧへ向かう熱の伝達を阻害することができるので、第１および第２スイッチング素子２１，２２の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができる。その結果、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
　また、放熱層１３に冷却部材１４を取り付けることにより、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから絶縁層１１を経由して放熱層１３へ向かう熱の伝達を促進させることができる。これにより、電源側配線ＷＰおよび出力側配線ＷＯから絶縁層１１を経由して接地側配線ＷＧへ向かう熱の伝達を阻害することができるので、第１および第２スイッチング素子２１，２２の発熱に起因するキャパシタ３０の温度上昇を抑制することができる。その結果、キャパシタ３０の温度環境を改善することができる。
　（スイッチング電源装置の変形例）
　なお、図４に示すように、第１スイッチング素子２１を構成する第１独立スイッチング素子２１０の個数は、３つに限らず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。第２独立スイッチング素子２２０，独立キャパシタ３００，独立配線４００についても同様である。また、第１スイッチング素子２１を構成する第１独立スイッチング素子２１０の個数は、第２スイッチング素子２２を構成する第２独立スイッチング素子２２０の個数と同じであってもよいし、第２独立スイッチング素子２２０の個数と異なっていてもよい。また、独立配線４００の個数は、独立キャパシタ３００の個数と同じであってもよいし、独立キャパシタ３００の個数よりも多くなっていてもよい。
　また、図４に示すように、第１独立スイッチング素子２１０と第２独立スイッチング素子２２０と独立キャパシタ３００は、第１方向（図２における左右方向）に一直線に並ぶように配置されていなくてもよい。
　また、図４に示すように、独立キャパシタ３００は、その一部が平面視において接地側配線ＷＧの外縁よりも外側に配置されていてもよい。すなわち、独立キャパシタ３００は、平面視において接地側配線ＷＧからはみ出していてもよい。
　（その他の実施形態）
　以上の説明では、第１スイッチング素子２１が複数の第１独立スイッチング素子２１０により構成されている場合を例に挙げたが、第１スイッチング素子２１は、１つの第１独立スイッチング素子２１０により構成されていてもよい。例えば、第１スイッチング素子２１は、１つの面実装型の電界効果トランジスタにより構成されていてもよい。
　また、第２スイッチング素子２２が複数の第２独立スイッチング素子２２０により構成されている場合を例に挙げたが、第２スイッチング素子２２は、１つの第２独立スイッチング素子２２０により構成されていてもよい。例えば、第２スイッチング素子２２は、１つの面実装型の電界効果トランジスタにより構成されていてもよい。
　また、キャパシタ３０が複数の独立キャパシタ３００により構成されている場合を例に挙げたが、キャパシタ３０は、１つの独立キャパシタ３００により構成されていてもよい。例えば、キャパシタ３０は、１つの面実装型の電解コンデンサ（または１つの面実装型のフィルムコンデンサなど）により構成されていてもよい。
　また、接続配線４０が複数の独立配線４００により構成されている場合を例に挙げたが、接続配線４０は、１つの独立配線４００により構成されていてもよい。例えば、接続配線４０は、１つのバスバー（または１つのジャンパーや１つの配線用部材など）により構成されていてもよい。
　また、以上の説明では、キャパシタ３０が接続配線４０により電源側配線ＷＰと電気的に接続されている場合を例に挙げたが、キャパシタ３０は、接続配線４０により出力側配線ＷＯと電気的に接続されていてもよい。なお、具体例については、後で詳しく説明する。
　また、スイッチング電源装置１０は、直流電力（または交流電力）をスイッチング動作により交流電力に変換するインバータを構成するものであってよいし、直流電力（または交流電力）をスイッチング動作により直流電力に変換するコンバータを構成するものであってもよい。例えば、スイッチング電源装置１０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ（入力直流電力をスイッチング動作により入力直流電力とは異なる電圧値を有する出力直流電力に変換するコンバータ）を構成していてもよい。なお、ＤＣ/ＤＣコンバータには、降圧コンバータと、昇圧コンバータと、双方向ＤＣ/ＤＣコンバータとが含まれる。
　スイッチング電源装置１０が降圧コンバータを構成している場合、キャパシタ３０は、その一端が接地側配線ＷＧと接続され、その他端がインダクタを介して出力側配線ＷＯと電気的に接続されている。
　スイッチング電源装置１０が昇圧コンバータを構成している場合、キャパシタ３０は、その一端が接地側配線ＷＧと接続され、その他端が電源側配線ＷＰと接続されている。なお、昇圧コンバータでは、電流の流れる方向を考慮すると出力側配線ＷＯが電源側となり電源側配線ＷＰが出力側となるが、ここでは、配線ＷＯが電源側となっていても配線ＷＯを「出力側配線ＷＯ」と呼び、配線ＷＰが出力側となっていても配線ＷＰを「電源側配線ＷＰ」と呼ぶことと定義する。
　スイッチング電源装置１０が双方向ＤＣ/ＤＣコンバータを構成している場合、スイッチング電源装置１０には２つのキャパシタ３０が設けられている。そして、一方のキャパシタ３０は、その一端が接地側配線ＷＧと接続され、その他端が出力側配線ＷＯと接続されている。他方のキャパシタ３０は、その一端が接地側配線ＷＧと接続され、その他端が電源側配線ＷＰと接続されている。
　以上のように、スイッチング電源装置１０では、キャパシタ３０は、接地側配線ＷＧに面実装されて電源側配線ＷＰまたは出力側配線ＷＯと電気的に接続されている。また、キャパシタ３０を複数の独立キャパシタ３００により構成する場合、キャパシタ３０と電源側配線ＷＰまたは出力側配線ＷＯとを電気的に接続するための接続配線４０を、複数の独立キャパシタ３００と電源側配線ＷＰまたは出力側配線ＷＯとをそれぞれ電気的に接続する複数の独立配線４００により構成してもよい。
　また、以上の実施形態や変形例を適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態や変形例は、本質的に好ましい例示であって、この開示、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
　以上説明したように、この開示は、スイッチング電源装置に適用可能である。
　１０　　スイッチング電源装置
　１１　　絶縁層
　１２　　導電層
　１３　　放熱層
　１４　　冷却部材
　２１　　第１スイッチング素子
　２１０　　第１独立スイッチング素子
　２２　　第２スイッチング素子
　２２０　　第２独立スイッチング素子
　３０　　キャパシタ
　３００　　独立キャパシタ
　４０　　接続配線
　４００　　独立配線
　ＷＰ　　電源側配線
　ＷＧ　　接地側配線
　ＷＯ　　出力側配線
　ＳＷ　　スイッチング部
　ＣＰ　　容量部

Claims (9)

  1. 絶縁層と、
    前記絶縁層の一方の面に設けられて電源側配線と接地側配線と出力側配線とを有する導電層と、
    前記電源側配線に面実装されて前記出力側配線と接続された第１スイッチング素子と、
    前記出力側配線に面実装されて前記接地側配線と接続された第２スイッチング素子と、
    前記接地側配線に面実装されて前記電源側配線または前記出力側配線と電気的に接続されたキャパシタとを備えている
    スイッチング電源装置。
  2. 前記キャパシタは、前記接地側配線の長手方向に沿うように配列され、かつ、電気的に並列接続された複数の独立キャパシタにより構成されている
    請求項１に記載のスイッチング電源装置。
  3. 前記キャパシタと前記電源側配線または前記出力側配線とを電気的に接続するための接続配線を備え、
    前記接続配線は、前記複数の独立キャパシタと前記電源側配線または前記出力側配線とをそれぞれ電気的に接続する複数の独立配線により構成されている
    請求項２に記載のスイッチング電源装置。
  4. 前記第１スイッチング素子は、前記電源側配線の長手方向に沿うように配列され、かつ、電気的に並列接続された複数の第１独立スイッチング素子により構成されている
    請求項１に記載のスイッチング電源装置。
  5. 前記第２スイッチング素子は、前記出力側配線の長手方向に沿うように配列され、かつ、電気的に並列接続された複数の第２独立スイッチング素子により構成されている
    請求項１に記載のスイッチング電源装置。
  6. 前記電源側配線と前記接地側配線と前記出力側配線は、互いに並行するように形成されている請求項１に記載のスイッチング電源装置。
  7. 前記出力側配線は、前記電源側配線と前記接地側配線との間に配置されている
    請求項６に記載のスイッチング電源装置。
  8. 前記絶縁層の他方の面に設けられた放熱層を備えている
    請求項１に記載のスイッチング電源装置。
  9. 前記放熱層には、該放熱層を冷却するための冷却部材が取り付けられる
    請求項８に記載のスイッチング電源装置。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07181568A (ja) * 1993-12-22 1995-07-21 Konica Corp フラッシュ発光装置
JP2001332679A (ja) * 2000-05-25 2001-11-30 Mitsubishi Electric Corp パワーモジュール
JP2011036015A (ja) * 2009-07-31 2011-02-17 Daikin Industries Ltd 電力変換装置
JP2013118783A (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 Panasonic Corp 電力変換装置および電力変換システム
JP2014116995A (ja) * 2012-12-06 2014-06-26 Hitachi Ltd ３レベル電力変換装置
JP5778840B1 (ja) * 2014-09-25 2015-09-16 株式会社日立製作所 電力変換ユニットおよび電力変換装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1169840A (ja) * 1997-08-22 1999-03-09 Aisin Seiki Co Ltd スイッチングアセンブリ
JP4640425B2 (ja) * 2008-03-04 2011-03-02 株式会社豊田自動織機 電力変換装置
JP4582161B2 (ja) * 2008-03-04 2010-11-17 株式会社豊田自動織機 電力変換装置
JP2009219268A (ja) * 2008-03-11 2009-09-24 Daikin Ind Ltd 電力変換装置
US8057239B2 (en) * 2009-04-29 2011-11-15 GM Global Technology Operations LLC Power module assembly
US9397030B2 (en) * 2012-11-05 2016-07-19 Nsk Ltd. Semiconductor module
JPWO2014155486A1 (ja) * 2013-03-25 2017-02-16 株式会社安川電機 電力変換装置
JP5853998B2 (ja) * 2013-06-12 2016-02-09 株式会社デンソー 電力変換装置
US10388596B2 (en) * 2014-11-20 2019-08-20 Nsk Ltd. Electronic part mounting heat-dissipating substrate
US10411609B2 (en) * 2017-12-22 2019-09-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Substrate mounted inverter device
DE102019103032B4 (de) * 2018-02-23 2021-02-25 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Schaltnetzteilvorrichtung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07181568A (ja) * 1993-12-22 1995-07-21 Konica Corp フラッシュ発光装置
JP2001332679A (ja) * 2000-05-25 2001-11-30 Mitsubishi Electric Corp パワーモジュール
JP2011036015A (ja) * 2009-07-31 2011-02-17 Daikin Industries Ltd 電力変換装置
JP2013118783A (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 Panasonic Corp 電力変換装置および電力変換システム
JP2014116995A (ja) * 2012-12-06 2014-06-26 Hitachi Ltd ３レベル電力変換装置
JP5778840B1 (ja) * 2014-09-25 2015-09-16 株式会社日立製作所 電力変換ユニットおよび電力変換装置

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