JP3868638B2

JP3868638B2 - Switching device

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Publication number: JP3868638B2
Application number: JP28595898A
Authority: JP
Inventors: 正明小島
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JP2000101406A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電流をオン・オフするスイッチング装置、特に、ディーゼルエンジンを搭載した車両等の排気ガス浄化システムにおいて、ヒータへの電位の印加を制御する排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置、更に詳細には、排気ガス浄化用セラミックフィルタに堆積したパティキュレート（粒子状物質）を加熱により焼却・除去するためのヒータへの電流を制御する排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置に好適に用い得るスイッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンを搭載した車両等の内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）等を除去するために、セラミック製の排気ガス浄化用ハニカムフィルタが用いられている。この種のハニカムフィルタは、ＮＯｘ、ＨＣなどを除去すると同時に、排気ガス中に含まれるパティキュレート（粒子状物質）を捕捉するため、使用に伴いパティキュレートが堆積してフィルタ効率が低下する。
【０００３】
かかる、パティキュレートの堆積に対応するために、セラミック製ハニカムフィルタにヒータを配設し、当該ヒータの加熱によりパティキュレートを焼却・除去する排気ガス浄化装置の再生システム・ヒータユニット及びヒータ駆動回路等について、本出願人は、特願平１０−２５２０１７、特願平１０−２５２０１８にて提案している。
【０００４】
また、これらヒータ駆動回路や制御回路等を擁する排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置では、熱に対する部品の耐久性、或いは装置全体の放熱効果と言う観点から、回路を構成する各種部品中、スイッチング素子を、他の電気・電子部品を実装した基板から離れた位置に配設する必要があり、スイッチング素子は、筐体内において、他の部品を実装した基板から離れた位置に適宜手段で固定されると共に、そのゲート、ソース、ドレインの各端子は、アースや他の回路からの入出力、またヒータへの出力等のハーネスに接続されていた。即ち、スイッチング素子は、各種部品を実装した基板から、ある一定の距離を隔てて、比較的長めのハーネスと簡易な固定手段で筐体に固定されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の固定手段にあっては、ディーゼルエンジン搭載車両のエンジンの振動や、車両の走行振動により、ハーネスとスイッチング素子の接続部、或いはハーネスと他の部品との接続部等、特に大電流の流れるソースとドレインの接続部において、これら接続部の外れ、つまり断線等のトラブルを引き起こしやすい状況となっている。
【０００６】
即ち、ハーネスが比較的長めであること、及び、ソース・ドレインに使用されるハーネスには容量の大きなものを使用していることから、基板のプリント配線とは異なり、ソース・ドレインについてはハーネス自体の重量が接続部に負荷として加わり、エンジンの振動や、車両の走行振動を反復繰り返して受け続けることにより、これらの接続部が損壊する事態がしばしば発生している。また、スイッチング素子自体も、筐体に直接固定した際には、振動の影響を受け易く、スイッチング素子自体の故障原因にもつながっている。
【０００７】
更に、係るセラミック製の排気ガス浄化用ハニカムフィルタを加熱し再生する際には２５００Ｗ近い電力が必要となり、２４Ｖ又は１２Ｖの車載バッテリから電力を供給する際には、１００Ａ以上の電流が流れることになる。そして、フィルタの温度をパティキュレートを焼却・除去し得る一定（６３０°Ｃ）に保つためには、スイッチング素子を用いて電流のオン・オフを行うデューティ制御が必要となる。よって機械式リレーではこの制御ができず、半導体スイッチング素子を用いる必要がある。しかしながら、１００Ａもの電流を制御させると、スイッチング素子の発熱量が大きくなる。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、断線等のトラブルを防止し、スイッチング素子自体に加わる振動を緩衝し得ると共にスイッチング素子を効率的に冷却し得るスイッチング装置及び排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するため、
金属製筐体内に絶縁シートを敷設し、該絶縁シートの上面に導電性材料で形成したベースプレートを配設し、当該ベースプレートの上面に平板状のスイッチング素子を配置し、該スイッチング素子の上面に導電性材料で形成した挟着板を挟着固定し、前記スイッチング素子の入力端子又は出力端子の一方は挟着板に接続し、スイッチング素子の入力端子又は出力端子の他方をベースプレートに接続したことを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、上記目的を達成するため、金属製筐体内に絶縁シートを敷設し、該絶縁シートの上面に導電性材料で形成したベースプレートを配設し、当該ベースプレートの上面に平板状のスイッチング素子を配置し、該スイッチング素子の上面に導電性材料で形成した挟着板を載置し、該挟着板にブッシュを介してビスを挿通すると共に、当該ビスの先端部を前記金属製筐体に螺合固定し、金属製筐体と挟着板体間に、絶縁シートとベースプレートとスイッチング素子を挟着固定し、スイッチング素子の入力端子又は出力端子の一方は挟着板に接続し、スイッチング素子の入力端子又は出力端子の一方はベースプレートに接続されていることを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、挟着板とベースプレート間に挟着固定したスイッチング素子が複数個であることを技術的特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項２又は３において、ベースプレートとスイッチング素子間にシリコングリスを塗布したことを技術的特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか１つの発明において、ベースプレートと挟着板が銅製であることを技術的特徴とする。
【００１４】
請求項１のスイッチング装置では、スイッチング素子の出力端子又は入力端子の一方を挟着板に、また、他方をベースプーレートにそれぞれ接続してあることから、これらのハーネスは極めて短く形成されるので、接続部にはハーネスの重量による負荷が殆ど掛からず、接続部の外れによる断線等のトラブルを未然に防止することができる。また、スイッチング装置がベースプレートと挟着板とに挟持されているため、スイッチング装置に発生する熱を効率的に発散することができる。筐体の上面に配設した絶縁シートが、スイッチング素子自体に加わる振動に対し、緩衝材として機能する。
【００１５】
請求項２のスイッチング装置では、絶縁シートと導電性材料で形成したベースプレートとスイッチング素子が、金属製筐体と導電性材料で形成した挟着板とに、ビスの締付力で強固に挟着固定され、スイッチング素子の出力端子又は入力端子の一方は挟着板に、また、他方はベースプーレートにそれぞれ接続されていることから、これらのハーネスは極めて短く形成されるので、接続部にはハーネスの重量による負荷が殆ど掛からず、接続部の外れによる断線等のトラブルを未然に防止することができる。また、筐体の上面に配設した絶縁シートが、スイッチング素子自体に加わる振動に対し、緩衝材として機能する。更に、金属製筐体と他の構成部材との絶縁を、絶縁シートとブッシュ及びビスという簡易な手段で達成することができる。また、スイッチング装置がベースプレートと挟着板とに挟持されているため、スイッチング装置に発生する熱を効率的に発散することができる。
【００１６】
請求項３のスイッチング装置では、小容量のスイッチング素子を複数個使用することにより大電流を制御することができる。ここで、ベースプレートと挟着板間の浮遊容量の効果も加わり各スイッチング素子を同時にオンすることができる。
【００１７】
請求項４のスイッチング装置では、ベースプレートとスイッチング素子間に塗布したシリコングリスが、熱伝導を助け放熱効果を上げ、さらには緩衝用薄膜となりスイッチング素子への振動伝搬を一層緩和することができる。
【００１８】
請求項５のスイッチング装置では、ベースプレートと挟着板を銅製としたことにより、他の導電性材料に比し、導電性及び放熱性の両者をバランス良く向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置について図を参照して説明する。
先ず、最初に本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置を用いる排気ガス浄化装置の再生システムについて説明する。
図１は排気ガス浄化装置の再生システムの構成を示している。３台の排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３は、１２リットルのディーゼルエンジンＥから排出される排気ガスを浄化するための装置で、該デーィゼルエンジンＥからの排気ガスが、上流側エグゾーストパイプ３０を介して供給される。該排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３の下流側には、排気ガスの流量を調整するバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３が配設されている。該バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３からの排気は、下流側エグゾーストパイプ３２を介して大気中に排出される。
【００２０】
排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３は、図２に示すように多孔質炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶体からなる排気ガス浄化用ハニカムフィルタＦと、該フィルタを加熱し、堆積したパティキュレートを焼却するため上流側エグゾーストパイプ３０側に配設されたヒータＨと、これらを収容する金属製の筐体３４から構成されている。
【００２１】
図２中に示す排気ガス浄化装置ＤＰＦ１のＪ−Ｊ断面を図３に示す。ヒータＨは、渦巻き状に形成された８本のシーズ線３６からなり、各シーズ線３６の一方の端子３６ａは、図１中に示すヒータ駆動回路１０側と接続された入力端子３８に固定され、他方の端子３６ｂは、ボディーアースを構成する排気ガス浄化装置ＤＰＦ１の筐体３４の内周に固定されている。即ち、２．０Ωに構成された８本のシーズ線３６をアースに並列に接続することにより０．２５ΩのヒータＨを構成してある。
【００２２】
図１中に示すように、排気ガス浄化装置の再生システムの制御回路２０は、種々の制御を行うＣＰＵ１２と、該ＣＰＵ１２からの信号によりバッテリＢからの電位を上述したヒータＨへ印加するヒータ駆動回路１０と、入力側インターフェイス１４と、出力側インターフェイス１６とからなる。
【００２３】
該ＣＰＵ１２は、排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３の所定運転時間毎、或いは、圧損の発生を図示しないセンサにて検出した際に、堆積したパティキュレートを焼却することによってハニカムフィルタＦを再生する。この再生は、先ず、排気ガス浄化装置ＤＰＦ１下流のバルブＶ１を絞り、該排気ガス浄化装置ＤＰＦ１内の排ガス流量を下げ、ハニカムフィルタＦの温度を上昇し易いようにする。なお、この際に、排気ガス浄化装置ＤＰＦ２、ＤＰＦ３は、排気ガスの浄化を続ける。そして、ヒータ駆動回路１０を制御して排気ガス浄化装置ＤＰＦ１のヒータＨを８００°Ｃ程度まで加熱し、ハニカムフィルタＦを６００°Ｃ以上にし、この温度を約１０分保つことで、堆積したパティキュレートを焼却する。この６００°Ｃの温度は、該排気ガス浄化装置ＤＰＦ１に取り付けた温度センサ（図示せず）により温度を検出し、ヒータＨへの通電時間を制御（オン−オフのデューテイ制御）することで調節する。排気ガス浄化装置ＤＰＦ１の再生後、排気ガス浄化装置ＤＰＦ２、ＤＰＦ３を順次再生して行く。
【００２４】
引き続き、該ヒータＨへの通電を制御するヒータ駆動装置及び駆動回路の構成について、図４〜図１１を参照して説明する。
尚、本実施形態では、ＦＥＴ、トランジスタ、ＩＧＢＴ等に代表されるスイッチング素子として、平板状のＦＥＴを使用した場合を説明する。
図４は、ヒータ駆動回路１０の全体の回路構成を示している。図９は、該ヒータ駆動回路１０を収容する金属製筐体５１の概要斜視図である。該金属製筐体５１内には、図１中に示す各排気ガス浄化装置ＤＰＦ１，ＤＰＦ２、ＤＰＦ３用の３個のヒータ制御回路１０が収容されている。
ヒータ駆動回路１０は、バッテリＢの２４Ｖの電位を１２Ｖへ降圧する変換部１０Ａと、タイマ集積回路により一定周期の方形波を作る発振部１０Ｂと、発振部１０Ｂから出力された方形波を増幅する増幅部１０Ｃと、増幅部１０Ｃの出力を昇圧する変圧部１０Ｄと、変圧部１０Ｄの出力を直流に変換する整流部１０Ｅと、整流部１０Ｅからの電位から安定した１２Ｖの電位を作り出す定電圧出力部１０Ｆと、図１中に示すＣＰＵ１２からのオン・オフ信号を入力するための制御信号入力部１０Ｇと、ＦＥＴの駆動信号を上記定電圧出力部１０Ｆからの出力に基づき作成するドライブコントロール部１０Ｈと、ヒータＨへの電力供給を行うためのＦＥＴドライバ部１０Ｉからなる。
【００２５】
以下、図５〜図１１を参照して各部の構成について更に詳細に説明する。
図５は、変換部１０Ａと、発振部１０Ｂと、増幅部１０Ｃとを示している。バッテリＢの２４Ｖ（正側端子）の電位を１２Ｖへ降圧する変換部１０Ａにおいては、集積回路Ｕ３のＧＮＤ端子がボディーアースＢＥ側（図１中に示すバッテリＢの負側端子）へ接続され、入力端子Ｖinは、バッテリＢの正側端子（２４Ｖ）側に接続されて、出力端子Ｖout は、１２Ｖの出力端子１２ＶＡ側へ接続されている。該集積回路Ｕ３の入力端子Ｖin−ボディーアースＢＥ間には、電解コンデンサＣ１とコンデンサＣ４とが接続されている。他方集積回路Ｕ３の出力端子Ｖout −ボディーアースＢＥ間には、コンデンサＣ５と電解コンデンサＣ１３とが接続されている。
【００２６】
タイマ用集積回路Ｕ４により一定周期の方形波を作る発振部１０Ｂにおいては、タイマ用集積回路Ｕ４の電圧入力端子ＶCC及びＲ端子には、上述した変換部１０Ａの１２Ｖ出力端子１２ＶＡに接続され、ＧＮＤ端子がボディーアースＢＥ側に接続されている。該電圧入力端子ＶCCとＧＮＤ端子とは、コンデンサＣ１０を介して接続されている。また、ＴＲＩＧ端子は、コンデンサＣ７を介してＧＮＤ端子へ接続されており、ＣＶok端子もコンデンサＣ６を介してＧＮＤ端子へ接続されている。更に、Ｑ端子は、抵抗Ｒ１１を介して上述した変換部１０Ａの１２Ｖの出力端子１２ＶＡへ接続されている。ＤＩＳ端子は、Ｒ１５を介して該出力端子１２ＶＡへ接続されると共に、抵抗Ｒ１４を介してＴＨＲ端子に接続されている。該ＴＨＲ端子は、また、ＴＲＩＧ端子へ接続されている。なお、この実施形態で発振部１０Ｂは、矩形波を発生しているが、正弦波等を発生することも可能である。
【００２７】
発振部１０Ｂから出力された方形波を増幅する増幅部１０Ｃでは、集積回路Ｕ５において、上述した出力端子１２ＶＡの１２Ｖ電位がＶcc端子に印加され、上述したタイマ用集積回路Ｕ４からの一定周期の方形波を抵抗Ｒ１２及び電解コンデンサＣ１６を介してＩＮ端子に入力し、ＯＵＴ端子から、増幅された矩形波を、電解コンデンサＣ１１を介してコイルＴ１（図６参照）の一次側へ印加する。また、該１２ＶＡからの１２Ｖの電位は、コンデンサＣ２１及び電解コンデンサＣ２３の並列回路を介してボディーアースＢＥ側へ接続されている。集積回路Ｕ５のＮＦ端子は、電解コンデンサＣ１５を介してボディーアースＢＥへ接続されており、Ｄ．Ｃ．端子は、電解コンデンサＣ１４を介してボディーアースＢＥへ接続されており、上記ＯＵＴ端子は、フィルムコンデンサＣ９を介してボディーアースＢＥへ接続されると共に、電解コンデンサＣ１２を介してＢ．Ｓ．端子へ接続されている。
【００２８】
図６は、変圧部１０Ｄと、整流部１０Ｅと、定電圧出力部１０Ｆとを詳細に示している。
増幅部１０Ｃの出力を昇圧する変圧部１０Ｄは、トランスＴ１からなり、該トランスＴ１の一次側のＰａ端子は、増幅部１０Ｃの出力を電解コンデンサＣ１１を介して入力し、Ｐｂ端子は、ボディーアースＢＥ側（図５参照）へ接続されている。また、二次側のＳａ端子及びＳｂ端子は、変圧部１０Ｄの出力を直流に変換するための整流部１０Ｅを構成するダイオードブリッジＤＢの入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に接続されている。該ダイオードブリッジＤＢの出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は、定電圧出力部１０Ｆ側に接続されている。また、該出力端子ＯＵＴ２は、トランスＴ１の二次側のアースとなる二次アースＴＥへ接続されている。ダイオードブリッジＤＢは、４個のダイオードから成る。
【００２９】
整流部１０Ｅからの電位から安定した１２Ｖの電位を作り出す定電圧出力部１０Ｆは、集積回路Ｕ２（７８１２）を備え、該集積回路Ｕ２の入力端子Ｖinは、上述したダイオードブリッジＤＢの出力端子ＯＵＴ１側に接続されている。一方、集積回路Ｕ２のＧＮＤ端子は、二次アースＴＥへ接続されている。入力端子Ｖinと二次アースＴＥとの間には、電解コンデンサＣ１７と、タンタルコンデンサＣ８と、コンデンサＣ２とが接続されている。また、Ｖout 端子は、１２Ｖの出力端子１２ＶＢに接続されおり、該出力端子１２ＶＢは、コンデンサＣ３を介して二次アースＴＥに接続されている。トランスＴ１の二次側は、一次側に対して絶縁されており、二次アースＴＥはボディーアースＢＥに対して浮いているため、該定電圧出力部１０Ｆは、二次アースＴＥの電位に対して１２Ｖ高い電位を出力端子１２ＶＢから出力する。
【００３０】
図７は、制御信号入力部１０Ｇとドライブコントロール部１０Ｈとを詳細に示している。
制御信号入力部１０Ｇは、図１中に示すＣＰＵ１２からのオン・オフ信号を入力するためのシーケンサＪ２と、該シーケンサＪ２の第１端子から抵抗Ｒ９を介して接続されたフォトカプラＰＣ１とを備える。該シーケンサＪ２の第２端子はボディーアースＢＥへ接続され、フォトカプラＰＣ１の第１入力端子は、上述した変換部１０Ａ側の出力端子１２ＶＡに接続されている。本実施形態では、フォトカプラを用いることで入出力を完全に絶縁し、動作の安定を図っている。
【００３１】
ＦＥＴの駆動信号を定電圧出力部１０Ｆからの出力に基づき作成するドライブコントロール部１０Ｈは、集積回路Ｕ１を備える。集積回路Ｕ１のＶDD端子には、上述した定電圧出力部１０Ｆの出力端子１２ＶＢからの１２Ｖの電位が印加される。また、該出力端子１２ＶＢからの１２Ｖからの電位は、上述したフォトカプラＰＣ１の第４端子に接続されると共に、コンデンサＣ２２を介して二次アースＴＥ（図４参照）に接続されている。該フォトカプラＰＣ１の第３端子は、集積回路Ｕ１のＩＮＡ端子に接続されると共に、抵抗Ｒ１０を介して二次アースＴＥ（図４参照）に接続されている。また、該集積回路Ｕ１ののＧＮＤ端子は、二次アースＴＥ側に接続され、ＯＵＴＡ端子は、ＦＥＴドライバ部１０Ｉ側へ接続されている。
【００３２】
図８は、ヒータＨへの電力供給を行うためのＦＥＴドライバ部１０Ｉを詳細に示している。
該ＦＥＴドライバ部１０Ｉの主要部は、スイッチング素子である４個のＮチャンネル型ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４を並列に接続してなる。これは、上述したようにヒータＨ側に１００Ａの大電流を流す際に、中程度の容量のＦＥＴを４個組み合わせることでＯＮ抵抗の低減を図っている。図１０は、図９中のＦＥＴの平面図であり、図１１は、図１０中のＫ−Ｋ断面図である。
当該ＦＥＴ1 〜４は、図１１中に示すように、銅製のベースプレート５３の上面に配置されており、ベースプレート５３とＦＥＴ１〜４間には、シリコングリス５８を塗布している。
【００３３】
ベースプレート５３は、矩形箱状の金属製筐体５１に敷設したシリコン製絶縁シート５２の上面に配設されており、これらシリコン製絶縁シート５２、ベースプレート５３及びＦＥＴ１〜４は、ＦＥＴ１〜４の上面に載置した銅製の挟着板５５と共に、ＦＥＴの通孔５４を挿通する樹脂製ブッシュ５６を介してビス５７により金属製筐体５１に挟着固定されている。
即ち、図１１中に示すように、ビス５７が、段付き形状を呈する樹脂製ブッシュ５６を介して、その先端ネジ部５７ａを金属製筐体５１のネジ山５１ａに螺合固定されていることにより、シリコン製絶縁シート５２、ベースプレート５３及びＦＥＴ１〜４は、ＦＥＴ１〜４の上面に載置した銅製の挟着板５５と、金属製筐体５１間に強固に挟着固定される。
【００３４】
挟着板５５には、挟着部５５ａと立垂部５５ｂとからなる断面Ｌ字形状を呈する銅製のアングル材を用いており、当該銅製の挟着板５５と銅製のベースプレート５３には、それぞれ防錆・防蝕を目的とするクロームメッキが施されている。本実施形態では、挟着板５５の立垂部５５ｂを、挟着部５５ａに対してほぼ直角に立ち上げた例を示したが、立垂部５５ｂの立ち上げ角度は、挟着部５５ａに対して鋭角、或いは鈍角であっても差し支えない。また、シリコン製絶縁シート５２は、絶縁性と放熱性の二つの観点から０．５ｍｍ程度の厚さにすることが望ましい。
【００３５】
ＦＥＴ１〜４のソースＳは、丸端子部７２とビス７３とナット７４からなる第１ソース接続部７０により、一旦、挟着板５５の立垂部５５ｂに接続され、当該挟着板５５を介して第２ソース接続部７１から、２４Ｖ、即ち、図１中に示す正側端子に接続されている。また、本実施例以外にも狭着板にタップ加工を施し、ナット７４をなくすことも可能である。
【００３６】
一方、ＦＥＴ１〜４のゲートＧは、図８中に示す抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４を介して、上述したドライブコントロール部１０Ｈからの制御信号を入力するようになっている。ゲートの端子部は収縮チューブ等をかぶせ、ソース・ドレインに接触しないようにする。
【００３７】
ＦＥＴ１〜４のドレインＤは、丸端子部６２と皿ビス６３（皿ビス取り付けには、ベースプレートにタップ加工がしてある）とナット６４からなる第１ドレイン接続部６０により、一旦、銅製のベースプレート５３に接続され、当該ベースプレート５３を介して第２ドレイン接続部６１から、バッテリＢの正端子（＋２４Ｖ）に接続される。尚、各ＦＥＴ１〜４の底面部には、もう一つの矩形面状ドレイン端子（図示せず）が露出しており、このもう一つのドレイン端子はビス５７の締付力によりシリコングリス５８の薄膜を退け、銅製のベースプレート５３に密着している。これにより、１素子につき、ドレインの電源供給は２ヶ所ででき、導電性、放熱効果はさらに増加する。
【００３８】
図３を参照して上述したように、ヒータＨは、一端が入力端子３８に接続され、他端がボディーアースＢＥ側（図３に示す排気ガス浄化装置ＤＰＦ１の筐体３４：即ち、図１中のバッテリＢの負側）へ接続された８本のシーズ線３６から成る。このように、ＦＥＴのソースＳは、銅製のベースプレート５５から二次アースＴＥにも電気的に接続され、ヒータＨのハイ側の端子に接続される。
【００３９】
また、図８に示すように各ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３，ＦＥＴ４のゲートとソースとの間には、抵抗Ｒ５，Ｒ６、Ｒ７，Ｒ８が接続されている。更に、該ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３，ＦＥＴ４と並列に抵抗Ｒ１６及びコンデンサＣ１９が接続されている。
【００４０】
本実施形態のヒータ駆動回路のスイッチング装置を構成するＦＥＴドライバ部では、ＦＥＴのソースＳから挟着板５５、ドレインＤからベースプレート５３までのハーネスが極めて短く形成されるので、ＦＥＴのドレイン・ソース接続部にはハーネスの重量による負荷が殆ど掛からず、接続部の外れによる断線等のトラブルを未然に防止することができる。
【００４１】
更に、金属製筐体５１の上面に配設したシリコン製絶縁シート５２が、ＦＥＴに加わる振動に対し、緩衝材として機能する。更に、本実施形態では、バッテリＢの低電位（２４Ｖ）しか加わらないため、金属製筐体５１と他の構成部材との絶縁を、絶縁シート５３と樹脂製ブッシュ５６及びビス５７という簡易な手段で達成することができる。また、ＦＥＴがベースプレート５３と挟着板５５とに挟持されているため、両部材からＦＥＴに発生する熱を効率的に発散することができる。
【００４２】
また、ベースプレート５３とＦＥＴ間に塗布したシリコングリス５８が、緩衝用薄膜となりＦＥＴへの振動伝搬を一層緩和することができる。更に、ベースプレート５３と挟着板５５を銅製としたことにより、他の導電性材料に比し、導電性及び放熱性の両者をバランス良く向上させることができる。
【００４３】
このヒータ駆動回路１０の回路動作について、図４を参照して説明する。トランスＴ１において二次側は、一次側から絶縁されており、二次側に接続された定電圧出力部１０Ｆは、二次アースＴＥの電位に対して１２Ｖ高い電位を出力端子１２ＶＢから出力している。ドライブコントロール部１０Ｈの集積回路Ｕ１のＶDD端子には、上記定電圧出力部１０Ｆからの二次アースＴＥに対して１２Ｖ高い電位が印加されている。ここで、図１中に示すＣＰＵ１２からのヒータＨへのオン信号が制御信号入力部１０Ｇを介して入力されると、該集積回路Ｕ１は、二次アースＴＥに対する１２Ｖの電位をＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲート側へ出力する。これに応じて、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４がオンして、ヒータＨ側にバッテリＢからの２４Ｖの電位が印加される。ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４は、ベースプレート５３と挟着板５５間の浮遊容量により同時にオンすることができる。
【００４４】
このオン状態が続くと、低抵抗であるヒータＨの入力端子３８の電位が２４Ｖ近くまで高まる。ここで、該入力端子３８の電位が高まると、これに伴い、二次アースＴＥの電位も上昇し、定電圧出力部１０Ｆは、該高まった二次アースＴＥの電位よりも１２Ｖ高い電位を発生する。このため、ドライブコントロール部１０Ｈの集積回路Ｕ１は、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲートへ、該二次アースＴＥに接続されたドレインに対してほぼ１２Ｖの電位差を有する電位を印加し、該ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のオン状態を維持することができる。
【００４５】
なお、この実施形態では、本発明のスイッチング装置を排気ガス浄化装置の再生システムに適用した例を挙げたが、本発明のスイッチング装置は、種々の電源装置に用い得ることは言うまでもない。更に、本実施形態では、ＦＥＴのソース（出力端子）を挟着板へ、また、ドレイン（入力端子）をベースプレートへ接続したが、ドレイン側を挟着板へ、ソース側をベースプレートへ接続することも可能である。
【００４６】
更に、本実施形態では、スイッチング素子としてＦＥＴを用いたが、ＩＧＢＴ、トランジスタ、更には、交流を制御するトライアック等を用いることも可能である。また、本実施形態では、中央に通孔の形成されたＦＥＴを例示したが、通孔の形成されていない平板状のスイッチング素子を用いることもできる。
更に、本実施例では、強固に狭着固定するためにＦＥＴとＦＥＴとの間にもＦＥＴ取り付けと同様な取り付け方法で、狭着板とベースプレートと金属製筐体とを固定してある。また、ビス５７とベースプレート５３の隙間には絶縁スリーブを使用する。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１のスイッチング装置では、スイッチング素子の出力端子又は入力端子の一方は挟着板に、また、他方はベースプレートにそれぞれ接続されていることから、これらのハーネスは極めて短く形成されるので、接続部にはハーネスの重量による負荷が殆ど掛からず、接続部の外れによる断線等のトラブルを未然に防止することができる。また、スイッチング装置がベースプレートと挟着板とに挟持されているため、スイッチング装置に発生する熱を効率的に発散することができる。筐体の上面に配設した絶縁シートが、スイッチング素子自体に加わる振動に対し、緩衝材として機能する。
【００４８】
請求項２の排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置では、ハーネスが極めて短く形成されるので、スイッチング素子のドレイン・ソース接続部にはハーネスの重量による負荷が殆ど掛からず、接続部の外れによる断線等のトラブルを未然に防止することができ、筐体の上面に配設した絶縁シートが、スイッチング素子自体に加わる振動に対し、緩衝材として機能する。更に、金属製筐体と他の構成部材との絶縁を、絶縁シートとブッシュ及びビスという簡易な手段で達成することができる。また、スイッチング装置がベースプレートと挟着板とに挟持されているため、スイッチング装置に発生する熱を効率的に発散することができる。
【００４９】
請求項３の排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置では、ベースプレートと挟着板間の浮遊容量により、各スイッチング素子を同時にオンすることができる。
【００５０】
請求項４の排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置では、ベースプレートとスイッチング素子間に塗布したシリコングリスが、緩衝用薄膜となりスイッチング素子への振動伝搬を一層緩和することができる。
【００５１】
請求項５の排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置では、ベースプレートと挟着板を銅製としたことにより、他の導電性材料に比し、導電性及び放熱性の両者をバランス良く向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置を用いる排気ガス浄化装置の再生システムのブロック図である。
【図２】図１に示す排気ガス浄化装置の構成を示す説明図である。
【図３】排気ガス浄化装置の断面図である。
【図４】ヒータ駆動回路の回路図である。
【図５】ヒータ駆動回路の変換部、発振部、変換部の回路図である。
【図６】ヒータ駆動回路の変圧部、整流部、定電圧出力部の回路図である。
【図７】ヒータ駆動回路の制御信号入力部、ドライブコントロール部の回路図である。
【図８】ヒータ駆動回路のＦＥＴドライバ部の回路図である。
【図９】本実施形態の排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置の概要斜視図である。
【図１０】ヒータ駆動装置のＦＥＴドライバ部平面図である。
【図１１】図１０のＫ−Ｋ線、要部断面図である。
【符号の説明】
１０ヒータ駆動回路
１０ＩＦＥＴドライバ部（スイッチング装置）
１２ＣＰＵ
２０制御回路
５１金属製筐体
５２シリコン製絶縁シート（絶縁シート）
５３ベースプレート
５４通孔
５５挟着板
５６樹脂製ブッシュ
５７ビス
５８シリコングリス
Ｈヒータ
ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３排気ガス浄化装置
Ｂバッテリ
ＢＥボディーアース
ＴＥ二次アース
Ｔ１トランス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching device for turning on / off an electric current, and more particularly, to a heater driving device for an exhaust gas purification device for controlling the application of a potential to a heater in an exhaust gas purification system such as a vehicle equipped with a diesel engine. Relates to a switching device that can be suitably used in a heater driving device for an exhaust gas purification device that controls the current to the heater for incineration and removal of particulates (particulate matter) deposited on the exhaust gas purification ceramic filter by heating. Is.
[0002]
[Prior art]
In order to remove NOx (nitrogen oxide), HC (hydrocarbon) and the like in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a vehicle equipped with a diesel engine, a ceramic exhaust gas purification honeycomb filter is used. Yes. This type of honeycomb filter removes NOx, HC, etc., and simultaneously captures particulates (particulate matter) contained in the exhaust gas, so that particulates accumulate with use and filter efficiency decreases.
[0003]
In order to cope with the accumulation of particulates, a heater is provided in a ceramic honeycomb filter, and a regeneration system, a heater unit, a heater driving circuit, and the like of an exhaust gas purification apparatus that incinerates and removes particulates by heating the heater. The present applicant has proposed in Japanese Patent Application Nos. 10-252017 and 10-252018.
[0004]
In addition, in the heater driving device for exhaust gas purifying apparatus having these heater driving circuit and control circuit, the switching element among various components constituting the circuit from the viewpoint of durability of the component against heat or heat radiation effect of the entire device. Must be disposed at a position away from the board on which other electrical / electronic components are mounted, and the switching element is fixed by a suitable means at a position away from the board on which the other parts are mounted in the housing. At the same time, the gate, source, and drain terminals are connected to harnesses such as input / output from the ground and other circuits, and output to the heater. That is, the switching element is fixed to the housing with a relatively long harness and simple fixing means at a certain distance from the substrate on which various components are mounted.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional fixing means, the connection portion between the harness and the switching element or the connection portion between the harness and another component is particularly large due to the vibration of the engine of the vehicle equipped with the diesel engine or the traveling vibration of the vehicle. At the connection portion between the source and drain through which current flows, it is easy to cause troubles such as disconnection of these connection portions, that is, disconnection.
[0006]
In other words, because the harness is relatively long and the harness used for the source and drain is a large one, the harness itself is different from the printed wiring on the board. As a result, the connection portion is often damaged as a result of repeated and repeated vibrations of the engine and the vehicle. Further, when the switching element itself is directly fixed to the housing, it is easily affected by vibrations, leading to a failure of the switching element itself.
[0007]
Furthermore, when heating and regenerating the ceramic exhaust gas purification honeycomb filter, electric power of nearly 2500 W is required, and when power is supplied from a 24V or 12V vehicle-mounted battery, a current of 100 A or more flows. Become. In order to keep the temperature of the filter constant (630 ° C.) at which particulates can be incinerated / removed, duty control is required to turn on / off current using a switching element. Therefore, this control cannot be performed with a mechanical relay, and it is necessary to use a semiconductor switching element. However, if a current of 100 A is controlled, the amount of heat generated by the switching element increases.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The object of the present invention is to prevent troubles such as disconnection, to buffer vibrations applied to the switching element itself, and to efficiently switch the switching element. An object of the present invention is to provide a switching device that can be cooled and a heater driving device for an exhaust gas purification device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the invention of claim 1
An insulating sheet is laid in the metal housing, and the upper surface of the insulating sheetBase plate made of conductive materialA flat switching element is disposed on the upper surface of the base plate, and a sandwiching plate formed of a conductive material is disposed on the upper surface of the switching element.It is technically characterized in that it is clamped and fixed, one of the input terminal or output terminal of the switching element is connected to the clamp plate, and the other of the input terminal or output terminal of the switching element is connected to the base plate.
[0010]
  In order to achieve the above object, the invention of claim 2 lays an insulating sheet in a metal casing, disposes a base plate formed of a conductive material on the upper surface of the insulating sheet, and forms a flat plate on the upper surface of the base plate. The switching element is disposed, and a sandwiching plate formed of a conductive material is placed on the top surface of the switching element, and the sandwiching plate is placed on the sandwiching plate.TheThe screw is inserted through the bush, and the tip of the screw is screwed and fixed to the metal casing, and the insulating sheet, the base plate, and the switching element are clamped and fixed between the metal casing and the clamp plate body. One of the input terminals and output terminals of the switching element is connected to the sandwiching plate, and one of the input terminal and output terminal of the switching element is connected to the base plate.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, a plurality of switching elements are sandwiched and fixed between the sandwich plate and the base plate.
[0012]
The invention of claim 4 is characterized in that, in claim 2 or 3, silicon grease is applied between the base plate and the switching element.
[0013]
The invention of claim 5 is characterized in that, in any one of claims 2 to 4, the base plate and the sandwich plate are made of copper.
[0014]
  In the switching device according to claim 1, since one of the output terminal or the input terminal of the switching element is connected to the sandwiching plate and the other is connected to the base plate, these harnesses are formed extremely short. The connection portion is hardly subjected to a load due to the weight of the harness, and troubles such as disconnection due to disconnection of the connection portion can be prevented in advance. Further, since the switching device is sandwiched between the base plate and the sandwiching plate, heat generated in the switching device can be efficiently dissipated.The insulating sheet disposed on the upper surface of the housing functions as a cushioning material against vibration applied to the switching element itself.
[0015]
  3. The switching device according to claim 2, wherein the insulating plate, the base plate formed of a conductive material, and the switching element are firmly sandwiched between a metal casing and a sandwich plate formed of a conductive material with a screw tightening force. Since one of the output terminal or the input terminal of the switching element is connected to the sandwiching plate and the other is connected to the base plate, these harnesses are formed extremely short. A load due to the weight of the harness is hardly applied, and troubles such as disconnection due to disconnection of the connecting portion can be prevented in advance. Further, the insulating sheet disposed on the upper surface of the housing functions as a cushioning material against vibration applied to the switching element itself. Furthermore, the insulation between the metal casing and the other components is separated from the insulation sheet.TheThis can be achieved by simple means such as shush and screw. Further, since the switching device is sandwiched between the base plate and the sandwiching plate, heat generated in the switching device can be efficiently dissipated.
[0016]
In the switching device according to the third aspect, a large current can be controlled by using a plurality of small-capacity switching elements. Here, the effect of the stray capacitance between the base plate and the sandwiching plate is also added, so that the switching elements can be turned on simultaneously.
[0017]
In the switching device according to the fourth aspect, the silicon grease applied between the base plate and the switching element helps heat conduction and improves the heat dissipation effect, and further becomes a buffering thin film, which can further alleviate vibration propagation to the switching element.
[0018]
In the switching device according to the fifth aspect, since the base plate and the sandwich plate are made of copper, both conductivity and heat dissipation can be improved in a balanced manner as compared with other conductive materials.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a heater driving device for an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a regeneration system for an exhaust gas purification device using the heater drive device for an exhaust gas purification device according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 shows the configuration of a regeneration system for an exhaust gas purification device. The three exhaust gas purification devices DPF1, DPF2, and DPF3 are devices for purifying exhaust gas discharged from a 12-liter diesel engine E. The exhaust gas from the diesel engine E is sent to the upstream side exhaust pipe. 30. Valves V1, V2, and V3 for adjusting the flow rate of the exhaust gas are disposed on the downstream side of the exhaust gas purification devices DPF1, DPF2, and DPF3. Exhaust gas from the valves V1, V2, and V3 is discharged to the atmosphere via the downstream exhaust pipe 32.
[0020]
As shown in FIG. 2, the exhaust gas purifying devices DPF1, DPF2, and DPF3 heat the exhaust gas purification honeycomb filter F made of porous silicon carbide (SiC) crystal, and incinerate the accumulated particulates. Therefore, the heater H is arranged on the upstream side exhaust pipe 30 side, and a metal casing 34 for housing them.
[0021]
FIG. 3 shows a JJ cross section of the exhaust gas purification device DPF1 shown in FIG. The heater H includes eight sheathed wires 36 formed in a spiral shape, and one terminal 36a of each sheathed wire 36 is fixed to an input terminal 38 connected to the heater driving circuit 10 side shown in FIG. The other terminal 36b is fixed to the inner periphery of the casing 34 of the exhaust gas purifying device DPF1 constituting the body ground. That is, the heater H of 0.25Ω is configured by connecting the eight sheathed wires 36 configured to 2.0Ω in parallel to the ground.
[0022]
As shown in FIG. 1, the control circuit 20 of the regeneration system for the exhaust gas purifying apparatus includes a CPU 12 that performs various controls, and a heater drive that applies a potential from the battery B to the heater H described above by signals from the CPU 12. The circuit 10 includes an input side interface 14 and an output side interface 16.
[0023]
The CPU 12 regenerates the honeycomb filter F by incinerating the accumulated particulates every predetermined operating time of the exhaust gas purification devices DPF1, DPF2, and DPF3, or when the occurrence of pressure loss is detected by a sensor (not shown). . In this regeneration, first, the valve V1 downstream of the exhaust gas purification device DPF1 is throttled, the exhaust gas flow rate in the exhaust gas purification device DPF1 is lowered, and the temperature of the honeycomb filter F is easily increased. At this time, the exhaust gas purification devices DPF2 and DPF3 continue to purify the exhaust gas. Then, the heater drive circuit 10 is controlled to heat the heater H of the exhaust gas purification device DPF1 to about 800 ° C., the honeycomb filter F is set to 600 ° C. or more, and this temperature is maintained for about 10 minutes. Incinerate the curate. The temperature of 600 ° C. is adjusted by detecting the temperature with a temperature sensor (not shown) attached to the exhaust gas purification device DPF1 and controlling the energization time to the heater H (on-off duty control). To do. After the regeneration of the exhaust gas purification device DPF1, the exhaust gas purification devices DPF2 and DPF3 are sequentially regenerated.
[0024]
Next, the configuration of the heater driving device and the driving circuit for controlling energization to the heater H will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, a case where a flat-plate FET is used as a switching element typified by an FET, a transistor, or an IGBT will be described.
FIG. 4 shows the overall circuit configuration of the heater drive circuit 10. FIG. 9 is a schematic perspective view of a metal casing 51 that accommodates the heater drive circuit 10. In the metal casing 51, three heater control circuits 10 for the exhaust gas purifying devices DPF1, DPF2, and DPF3 shown in FIG. 1 are accommodated.
The heater drive circuit 10 amplifies the conversion unit 10A that steps down the 24V potential of the battery B to 12V, the oscillation unit 10B that generates a square wave with a constant period by the timer integrated circuit, and the square wave output from the oscillation unit 10B. Amplifying unit 10C, transforming unit 10D for boosting the output of amplifying unit 10C, rectifying unit 10E for converting the output of transforming unit 10D to direct current, and constant voltage output for generating a stable 12V potential from the potential from rectifying unit 10E Unit 10F, a control signal input unit 10G for inputting an on / off signal from the CPU 12 shown in FIG. 1, and a drive control unit 10H that creates a drive signal for the FET based on the output from the constant voltage output unit 10F. And an FET driver section 10I for supplying power to the heater H.
[0025]
Hereinafter, the configuration of each unit will be described in more detail with reference to FIGS.
FIG. 5 shows a conversion unit 10A, an oscillation unit 10B, and an amplification unit 10C. In the conversion unit 10A that steps down the 24V (positive terminal) potential of the battery B to 12V, the GND terminal of the integrated circuit U3 is connected to the body ground BE side (the negative terminal of the battery B shown in FIG. 1). The input terminal Vin is connected to the positive terminal (24V) side of the battery B, and the output terminal Vout is connected to the 12V output terminal 12VA side. An electrolytic capacitor C1 and a capacitor C4 are connected between the input terminal Vin of the integrated circuit U3 and the body ground BE. On the other hand, a capacitor C5 and an electrolytic capacitor C13 are connected between the output terminal Vout of the integrated circuit U3 and the body ground BE.
[0026]
In the oscillation unit 10B that generates a square wave having a fixed period by the timer integrated circuit U4, the voltage input terminal VCC and R terminal of the timer integrated circuit U4 are connected to the 12V output terminal 12VA of the conversion unit 10A described above, and GND The terminal is connected to the body ground BE side. The voltage input terminal VCC and the GND terminal are connected via a capacitor C10. The TRIG terminal is connected to the GND terminal via the capacitor C7, and the CVok terminal is also connected to the GND terminal via the capacitor C6. Furthermore, the Q terminal is connected to the 12V output terminal 12VA of the conversion unit 10A described above via the resistor R11. The DIS terminal is connected to the output terminal 12VA via R15 and is connected to the THR terminal via a resistor R14. The THR terminal is also connected to the TRIG terminal. In this embodiment, the oscillating unit 10B generates a rectangular wave, but can also generate a sine wave or the like.
[0027]
In the amplifying unit 10C that amplifies the square wave output from the oscillating unit 10B, in the integrated circuit U5, the 12V potential of the output terminal 12VA described above is applied to the Vcc terminal, and the square having a constant cycle from the above-described timer integrated circuit U4. A wave is input to the IN terminal via the resistor R12 and the electrolytic capacitor C16, and an amplified rectangular wave is applied from the OUT terminal to the primary side of the coil T1 (see FIG. 6) via the electrolytic capacitor C11. The 12V potential from 12VA is connected to the body ground BE side through a parallel circuit of a capacitor C21 and an electrolytic capacitor C23. The NF terminal of the integrated circuit U5 is connected to the body ground BE via the electrolytic capacitor C15. C. The terminal is connected to the body ground BE through the electrolytic capacitor C14, and the OUT terminal is connected to the body ground BE through the film capacitor C9 and the B.P. S. Connected to the terminal.
[0028]
FIG. 6 shows the transformer unit 10D, the rectifier unit 10E, and the constant voltage output unit 10F in detail.
The transformer 10D that boosts the output of the amplifying unit 10C includes a transformer T1, and the primary side Pa terminal of the transformer T1 inputs the output of the amplifying unit 10C via the electrolytic capacitor C11, and the Pb terminal is body earth. It is connected to the BE side (see FIG. 5). The secondary side Sa terminal and the Sb terminal are connected to the input terminals IN1 and IN2 of the diode bridge DB constituting the rectifying unit 10E for converting the output of the transformer 10D into a direct current. The output terminals OUT1 and OUT2 of the diode bridge DB are connected to the constant voltage output unit 10F side. Further, the output terminal OUT2 is connected to a secondary ground TE serving as a ground on the secondary side of the transformer T1. The diode bridge DB is composed of four diodes.
[0029]
The constant voltage output unit 10F that generates a stable 12V potential from the potential from the rectifying unit 10E includes an integrated circuit U2 (7812), and the input terminal Vin of the integrated circuit U2 is on the output terminal OUT1 side of the diode bridge DB described above. It is connected to the. On the other hand, the GND terminal of the integrated circuit U2 is connected to the secondary ground TE. An electrolytic capacitor C17, a tantalum capacitor C8, and a capacitor C2 are connected between the input terminal Vin and the secondary ground TE. The Vout terminal is connected to the 12V output terminal 12VB, and the output terminal 12VB is connected to the secondary ground TE via the capacitor C3. Since the secondary side of the transformer T1 is insulated from the primary side, and the secondary ground TE floats with respect to the body ground BE, the constant voltage output unit 10F is connected to the potential of the secondary ground TE. And a potential higher by 12V is output from the output terminal 12VB.
[0030]
FIG. 7 shows the control signal input unit 10G and the drive control unit 10H in detail.
The control signal input unit 10G includes a sequencer J2 for inputting an on / off signal from the CPU 12 shown in FIG. 1, and a photocoupler PC1 connected from the first terminal of the sequencer J2 via a resistor R9. . The second terminal of the sequencer J2 is connected to the body ground BE, and the first input terminal of the photocoupler PC1 is connected to the output terminal 12VA on the conversion unit 10A side described above. In the present embodiment, the input / output is completely insulated by using a photocoupler to stabilize the operation.
[0031]
The drive control unit 10H that creates the drive signal of the FET based on the output from the constant voltage output unit 10F includes an integrated circuit U1. The potential of 12V from the output terminal 12VB of the constant voltage output unit 10F described above is applied to the VDD terminal of the integrated circuit U1. Further, the potential from 12V from the output terminal 12VB is connected to the fourth terminal of the above-described photocoupler PC1, and is also connected to the secondary ground TE (see FIG. 4) via the capacitor C22. The third terminal of the photocoupler PC1 is connected to the INA terminal of the integrated circuit U1, and is connected to the secondary ground TE (see FIG. 4) via the resistor R10. Further, the GND terminal of the integrated circuit U1 is connected to the secondary ground TE side, and the OUTA terminal is connected to the FET driver unit 10I side.
[0032]
FIG. 8 shows the FET driver unit 10I for supplying power to the heater H in detail.
The main part of the FET driver section 10I is formed by connecting four N-channel FET1, FET2, FET3, and FET4, which are switching elements, in parallel. As described above, when a large current of 100 A is supplied to the heater H side, the ON resistance is reduced by combining four FETs having a medium capacity. 10 is a plan view of the FET in FIG. 9, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line KK in FIG.
As shown in FIG. 11, the FETs 1 to 4 are arranged on the upper surface of a copper base plate 53, and silicon grease 58 is applied between the base plate 53 and the FETs 1 to 4.
[0033]
The base plate 53 is disposed on the upper surface of a silicon insulating sheet 52 laid on a rectangular box-shaped metal casing 51. The silicon insulating sheet 52, the base plate 53, and the FETs 1 to 4 are the upper surfaces of the FETs 1 to 4. In addition to the copper sandwich plate 55 placed on the metal housing 51, the metal housing 51 is sandwiched and fixed by screws 57 through resin bushes 56 through the FET through holes 54.
That is, as shown in FIG. 11, the screw 57 is screwed and fixed to the screw thread 51 a of the metal housing 51 through the resin bush 56 having a stepped shape. Thus, the silicon insulating sheet 52, the base plate 53, and the FETs 1 to 4 are firmly sandwiched and fixed between the copper sandwich plate 55 placed on the upper surface of the FETs 1 to 4 and the metal casing 51.
[0034]
For the sandwich plate 55, a copper angle member having an L-shaped cross section composed of a sandwich portion 55a and a hanging portion 55b is used, and each of the copper sandwich plate 55 and the copper base plate 53 includes Chrome plating for rust and corrosion protection is applied. In the present embodiment, the example in which the hanging portion 55b of the sandwiching plate 55 is raised at a substantially right angle with respect to the sandwiching portion 55a is shown, but the rising angle of the hanging portion 55b is the same as that of the sandwiching portion 55a. On the other hand, it may be an acute angle or an obtuse angle. The silicon insulating sheet 52 is desirably about 0.5 mm thick from two viewpoints of insulation and heat dissipation.
[0035]
The sources S of the FETs 1 to 4 are once connected to the suspending portion 55 b of the sandwiching plate 55 by the first source connecting portion 70 including the round terminal portion 72, the screw 73, and the nut 74. The second source connection 71 is connected to 24V, that is, the positive terminal shown in FIG. Further, besides the present embodiment, it is possible to tap the narrow plate and eliminate the nut 74.
[0036]
On the other hand, the gates G of the FETs 1 to 4 are configured to receive the control signal from the drive control unit 10H described above via the resistors R1, R2, R3, and R4 shown in FIG. Cover the terminal part of the gate with a shrink tube so that it does not touch the source / drain.
[0037]
The drains D of the FETs 1 to 4 are once made of a copper base plate by a first drain connection portion 60 comprising a round terminal portion 62, a countersunk screw 63 (the base plate is tapped for mounting the countersunk screw) and a nut 64. 53 and connected to the positive terminal (+ 24V) of the battery B from the second drain connection portion 61 through the base plate 53. In addition, another rectangular planar drain terminal (not shown) is exposed at the bottom of each of the FETs 1 to 4, and the other drain terminal is a thin film of silicon grease 58 by the tightening force of the screws 57. And is in close contact with the copper base plate 53. As a result, the drain can be supplied with power at two locations per element, and the conductivity and the heat dissipation effect are further increased.
[0038]
As described above with reference to FIG. 3, the heater H has one end connected to the input terminal 38 and the other end connected to the body ground BE side (the casing 34 of the exhaust gas purification device DPF1 shown in FIG. 3: It consists of eight sheathed lines 36 connected to the negative side of the battery B inside. As described above, the source S of the FET is electrically connected to the secondary ground TE from the copper base plate 55, and is connected to the high-side terminal of the heater H.
[0039]
Further, as shown in FIG. 8, resistors R5, R6, R7, and R8 are connected between the gates and sources of the FET1, FET2, FET3, and FET4. Further, a resistor R16 and a capacitor C19 are connected in parallel with the FET1, FET2, FET3, and FET4.
[0040]
In the FET driver portion constituting the switching device of the heater drive circuit of the present embodiment, the harnesses from the FET source S to the sandwich plate 55 and the drain D to the base plate 53 are formed extremely short. A load due to the weight of the harness is hardly applied to the portion, and troubles such as disconnection due to disconnection of the connecting portion can be prevented in advance.
[0041]
Furthermore, the silicon insulating sheet 52 disposed on the upper surface of the metal casing 51 functions as a buffer material against vibration applied to the FET. Furthermore, in this embodiment, since only the low potential (24 V) of the battery B is applied, the simple insulation means 53, the resin bush 56, and the screw 57 are used to insulate the metal casing 51 from other components. Can be achieved. Further, since the FET is sandwiched between the base plate 53 and the sandwiching plate 55, heat generated in the FET from both members can be efficiently dissipated.
[0042]
Further, the silicon grease 58 applied between the base plate 53 and the FET becomes a buffering thin film, and vibration propagation to the FET can be further alleviated. Furthermore, since the base plate 53 and the sandwiching plate 55 are made of copper, both conductivity and heat dissipation can be improved in a balanced manner as compared with other conductive materials.
[0043]
The circuit operation of the heater drive circuit 10 will be described with reference to FIG. In the transformer T1, the secondary side is insulated from the primary side, and the constant voltage output unit 10F connected to the secondary side outputs a potential 12V higher than the potential of the secondary ground TE from the output terminal 12VB. Yes. A potential 12V higher than the secondary ground TE from the constant voltage output unit 10F is applied to the VDD terminal of the integrated circuit U1 of the drive control unit 10H. Here, when an ON signal from the CPU 12 shown in FIG. 1 to the heater H is input via the control signal input unit 10G, the integrated circuit U1 applies a potential of 12V with respect to the secondary ground TE to FET1, FET2, Output to the gate side of FET3 and FET4. In response to this, FET1, FET2, FET3, and FET4 are turned on, and the potential of 24V from the battery B is applied to the heater H side. The FET1, FET2, FET3, and FET4 can be simultaneously turned on by the stray capacitance between the base plate 53 and the sandwich plate 55.
[0044]
If this ON state continues, the potential of the input terminal 38 of the heater H, which is a low resistance, increases to nearly 24V. Here, when the potential of the input terminal 38 is increased, the potential of the secondary ground TE is increased accordingly, and the constant voltage output unit 10F generates a potential 12V higher than the potential of the increased secondary ground TE. To do. For this reason, the integrated circuit U1 of the drive control unit 10H applies a potential having a potential difference of approximately 12V to the gates of the FET1, FET2, FET3, and FET4 with respect to the drain connected to the secondary ground TE. , FET2, FET3, and FET4 can be kept on.
[0045]
In this embodiment, an example in which the switching device of the present invention is applied to a regeneration system for an exhaust gas purification device has been described. Needless to say, the switching device of the present invention can be used for various power supply devices. Furthermore, in this embodiment, the source (output terminal) of the FET is connected to the sandwiching plate, and the drain (input terminal) is connected to the base plate. However, the drain side is connected to the sandwiching plate, and the source side is connected to the base plate. Is also possible.
[0046]
Further, in the present embodiment, an FET is used as a switching element, but an IGBT, a transistor, and a triac that controls alternating current can also be used. Further, in the present embodiment, an FET having a through hole formed at the center is illustrated, but a flat plate-like switching element having no through hole can also be used.
Further, in this embodiment, the narrow plate, the base plate, and the metal casing are fixed between the FETs by an attachment method similar to the FET attachment in order to firmly and tightly fix them. An insulating sleeve is used in the gap between the screw 57 and the base plate 53.
[0047]
【The invention's effect】
  As described above, in the switching device according to claim 1, since one of the output terminal or the input terminal of the switching element is connected to the sandwiching plate and the other is connected to the base plate, these harnesses are formed extremely short. Therefore, the load due to the weight of the harness is hardly applied to the connecting portion, and troubles such as disconnection due to disconnection of the connecting portion can be prevented in advance. Further, since the switching device is sandwiched between the base plate and the sandwiching plate, heat generated in the switching device can be efficiently dissipated.The insulating sheet disposed on the upper surface of the housing functions as a cushioning material against vibration applied to the switching element itself.
[0048]
  In the heater driving device for the exhaust gas purifying apparatus according to claim 2, since the harness is formed extremely short, a load due to the weight of the harness is hardly applied to the drain / source connection portion of the switching element, and disconnection due to disconnection of the connection portion, etc. The insulation sheet disposed on the upper surface of the housing functions as a buffer material against vibration applied to the switching element itself. Furthermore, the insulation between the metal casing and the other components is separated from the insulation sheet.TheThis can be achieved by simple means such as shush and screw. Further, since the switching device is sandwiched between the base plate and the sandwiching plate, heat generated in the switching device can be efficiently dissipated.
[0049]
In the heater driving device for the exhaust gas purifying apparatus according to the third aspect, the switching elements can be simultaneously turned on by the stray capacitance between the base plate and the sandwiching plate.
[0050]
In the heater driving device for the exhaust gas purifying apparatus according to the fourth aspect, the silicon grease applied between the base plate and the switching element becomes a buffering thin film and can further alleviate vibration propagation to the switching element.
[0051]
In the heater driving device for an exhaust gas purifying apparatus according to claim 5, by making the base plate and the sandwiching plate made of copper, both conductivity and heat dissipation can be improved in a balanced manner as compared with other conductive materials. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a regeneration system for an exhaust gas purification apparatus using a heater drive device for an exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a configuration of the exhaust gas purifying apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the exhaust gas purification device.
FIG. 4 is a circuit diagram of a heater driving circuit.
FIG. 5 is a circuit diagram of a conversion unit, an oscillation unit, and a conversion unit of a heater drive circuit.
FIG. 6 is a circuit diagram of a transformer unit, a rectifier unit, and a constant voltage output unit of a heater drive circuit.
FIG. 7 is a circuit diagram of a control signal input unit and a drive control unit of a heater drive circuit.
FIG. 8 is a circuit diagram of an FET driver section of a heater drive circuit.
FIG. 9 is a schematic perspective view of a heater driving apparatus for an exhaust gas purifying apparatus according to the present embodiment.
FIG. 10 is a plan view of an FET driver section of a heater driving device.
11 is a sectional view taken along the line KK of FIG.
[Explanation of symbols]
10 Heater drive circuit
10I FET driver (switching device)
12 CPU
20 Control circuit
51 Metal enclosure
52 Insulation sheet made of silicon (insulation sheet)
53 Base plate
54 through holes
55 sandwich plate
56 Resin bushing
57 screw
58 Silicone grease
H heater
DPF1, DPF2, DPF3 Exhaust gas purification device
B battery
BE Body Earth
TE secondary ground
T1 transformer

Claims

An insulating sheet is laid in a metal casing, a base plate formed of a conductive material is disposed on the upper surface of the insulating sheet , a flat switching element is disposed on the upper surface of the base plate, and the upper surface of the switching element is electrically conductive. A sandwiching plate formed of a conductive material is sandwiched and fixed, one of the input terminal or output terminal of the switching element is connected to the sandwiching plate, and the other of the input terminal or output terminal of the switching element is connected to the base plate. A switching device characterized.

An insulating sheet is laid in a metal casing, a base plate formed of a conductive material is disposed on the upper surface of the insulating sheet, a flat switching element is disposed on the upper surface of the base plate, and the upper surface of the switching element is electrically conductive. placing the clipping plate formed by sexual material, with inserted screws through Bush to該挟wear plate, and screwing fixing the tip of the screw in the metal housing, metal housing The insulating sheet, the base plate, and the switching element are clamped and fixed between the sandwiching plate, one of the input terminal or the output terminal of the switching element is connected to the sandwiching plate, and the other of the input terminal or the output terminal of the switching element is the base plate. A switching device connected to

The switching device according to claim 2, wherein there are a plurality of switching elements sandwiched and fixed between the sandwich plate and the base plate.

4. The switching device according to claim 2, wherein silicon grease is applied between the base plate and the switching element.

The switching device according to any one of claims 2 to 4, wherein the base plate and the sandwiching plate are made of copper.