JP6958337B2

JP6958337B2 - パルス電源装置

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Publication number: JP6958337B2
Application number: JP2017245852A
Authority: JP
Inventors: 長田　俊宏; 征男東
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP2019115136A

Description

この発明は、ポッケルスセルの駆動等に用いられる高速・高電圧出力のパルス電源装置に関する。

特許文献１，２は、高電圧のパルス電圧を出力するパルス電源の一例を開示している。高速・高電圧出力のパルス幅変調式パルス電源としては、ＰＦＬやＰＦＮあるいはブルームラインによる回路方式もあるが、特にパルスの立ち上がり／立ち下がり時間が数十nsecと短く、かつ数百nsecまでの短いパルス幅出力が求められるような場合には、容易にパルス幅変調できるものとして、スイッチによってダイレクトに負荷に電力を供給する方式が有効である。

図１０は、パルス発生回路の基本的な回路構成例を示し、電源と負荷loadとの間に設けられたスイッチＳＷ１，ＳＷ２、抵抗Ｒ１，Ｒ２等から構成されている。Ｌは、電源と負荷間の浮遊インダクタンスである。外部から直流電源等で電源供給し、その直流電源の応答性により電圧低下が考えられる場合には、図のようにコンデンサＣが挿入される。抵抗Ｒ１，Ｒ２は、電源と負荷との間の浮遊インダクタンスＬや負荷によって発生するリンギング防止用に挿入されている。このような回路では、スイッチＳＷ１をＯＮ、スイッチＳＷ２をＯＦＦとすると負荷側の電圧が立ち上がり、スイッチＳＷ１をＯＦＦ、スイッチＳＷ２をＯＮとすると電圧が立ち下がる。なお、負荷が抵抗負荷の場合は抵抗Ｒ２およびスイッチＳＷ２が不要となるが、容量性等により負荷側にエネルギが残存する間に電圧を立ち下げるには抵抗Ｒ２およびスイッチＳＷ２が必要である。

スイッチＳＷ１，ＳＷ２および抵抗Ｒ１，Ｒ２としては、ディスクリート型デバイスを使用することが多く、高電圧出力に対応するように、一般に複数のディスクリート型デバイスを直列に接続した構成となる。例えば、複数の半導体スイッチングデバイスを配列したセラミック板と複数の抵抗を配列したセラミック板とを組み合わせてパルス電源装置が構成されている。

また、このようなディスクリート型デバイスからなるスイッチＳＷ１，ＳＷ２や抵抗Ｒ１，Ｒ２に対しては、冷却水等の冷却媒体の循環による冷却構造が必要であり、例えば半導体スイッチングデバイスを配列したセラミック板に銅冷却板を重ね、銅冷却板に銅製の冷却水配管をろう付けした冷却構造などが採用されている。

特開２００７−３００７３２号公報特開２００１−１６８４３０号公報

多数のディスクリート型の半導体スイッチングデバイスおよび抵抗を具備したパルス電源装置において、半導体スイッチングデバイスと抵抗とが重なりあうようにして空間的に近接して配置されていると、浮遊容量の影響が大きくなり、ゲートドライブ回路によるスイッチングデバイスのＯＮ／ＯＦＦ動作が不安定となったり、細かい高電圧パルスの出力動作が困難となる。

また、冷却水配管やこれに接続される銅冷却板等は、接地電位となるので、半導体スイッチングデバイスや抵抗とこれら接地電位となる部材との間の距離が小さいと、やはり浮遊容量が大きくなる。

特に、高速な動作でかつ負荷がポッケルスセルのような低容量性（数十ｐＦ程度）のものである場合には、浮遊容量の影響が問題となる。

この発明に係るパルス電源装置は、
金属製放熱板からなり、接地電位となるベース部材と、
複数のディスクリート型半導体スイッチングデバイスが表面に並んで取り付けられた熱伝導性を有する帯状の第１セラミック板と、
上記第１セラミック板に重ならないように該第１セラミック板の側方に並んで配置され、かつ複数のディスクリート型抵抗が表面に並んで取り付けられた熱伝導性を有する帯状の第２セラミック板と、
上記第１セラミック板および上記第２セラミック板をそれぞれ上記ベース部材の表面から離れた状態でもって該ベース部材に支持する複数の金属製支持バーと、
上記ベース部材の裏面に接合された冷却媒体配管と、
を備えて構成されている。

このような構成では、複数の半導体スイッチングデバイスを具備した帯状の第１セラミック板と複数の抵抗を具備した帯状の第２セラミック板とが水平方向に離れて位置することから、両者が重なり合うことに起因した浮遊容量が小さくなる。

また、第１セラミック板や第２セラミック板は、接地電位となるベース部材から離れて、つまりベース部材から浮き上がった状態に支持バーを介して支持される。そのため、半導体スイッチングデバイスや抵抗とベース部材との間での浮遊容量も小さくなる。

一方、半導体スイッチングデバイスや抵抗が生じた熱は、熱伝導性を有する第１セラミック板および第２セラミック板に伝達され、ここから金属製の支持バーを介して放熱板となるベース部材に伝達される。そして、ベース部材の裏面に接合された冷却媒体配管を流れる冷却水等の冷却媒体に放熱される。つまり半導体スイッチングデバイスや抵抗が冷却媒体によって冷却される。

従って、半導体スイッチングデバイスや抵抗の良好な冷却を確保しつつ浮遊容量の低減が図れる。

本発明の好ましい一つの態様では、上記第１セラミック板と上記第２セラミック板とが平行でかつ両者間に段差を有するように配置されている。このような構成では、第１セラミック板と第２セラミック板との空間的な距離がさらに大きくなる。

一つの実施例では、上記金属製支持バーは、上記第１セラミック板および上記第２セラミック板の側縁に沿って延びる起立した板状をなし、上記第１セラミック板および上記第２セラミック板の各々が一対の金属製支持バーによって支持されている。

また他の一つの実施例では、上記金属製支持バーは、断面Ｕ字形をなしており、その開口側の一対の端部に、帯状をなす上記第１セラミック板および上記第２セラミック板の一対の側縁部がそれぞれ固定されている。

好ましい一つの態様では、上記半導体スイッチングデバイスおよび上記抵抗は、それぞれ帯状をなす第１セラミック板および上記第２セラミック板の幅方向中央部に１列に並んで配置されており、これら半導体スイッチングデバイスもしくは抵抗の投影面と重ならない第１セラミック板および第２セラミック板の側縁部が上記金属製支持バーによって支持されている。従って、半導体スイッチングデバイスや抵抗の背面とベース部材との間が確実に空間となる。

本願の第２の発明に係るパルス電源装置は、
筐体の一部からなり、接地電位となるベース部材と、
複数のディスクリート型半導体スイッチングデバイスが表面に並んで取り付けられ、上記ベース部材に対し直交するように配置された熱伝導性を有する一対の第１セラミック板と、
上記ベース部材に沿ってかつ該ベース部材から離れた状態に配置され、かつ複数のディスクリート型抵抗が表面に並んで取り付けられた熱伝導性を有する第２セラミック板と、
断面矩形の棒状をなし、その上面に上記第２セラミック板の端部がそれぞれ固定されるとともに、側面に上記第１セラミック板の各々の下端部がそれぞれ固定され、これら第１セラミック板と第２セラミック板とを互いに直交した状態として上記ベース部材に支持する一対の金属製支持バーと、
上記金属製支持バーに接合された冷却媒体配管と、
を備えて構成されている。

この第２の発明では、複数の半導体スイッチングデバイスを具備した第１セラミック板と複数の抵抗を具備した第２セラミック板とが直交して配置されることから、両者が重なり合うことに起因した浮遊容量が小さくなる。特に半導体スイッチングデバイスと抵抗との間の距離が大きく確保される。

また、第２セラミック板は、接地電位となるベース部材から離れて、つまりベース部材から浮き上がった状態に支持バーを介して支持され、第１セラミック板は、ベース部材から起立した姿勢に支持バーを介して支持される。そのため、半導体スイッチングデバイスや抵抗とベース部材との間での浮遊容量も小さくなる。

一方、半導体スイッチングデバイスや抵抗が生じた熱は、熱伝導性を有する第１セラミック板および第２セラミック板に伝達され、ここから金属製の支持バーに伝達される。そして、支持バーに接合された冷却媒体配管を流れる冷却水等の冷却媒体に放熱される。つまり半導体スイッチングデバイスや抵抗が冷却媒体によって冷却される。

従って、第２の発明によっても、半導体スイッチングデバイスや抵抗の良好な冷却を確保しつつ浮遊容量の低減が図れる。

この発明によれば、半導体スイッチングデバイスや抵抗の良好な冷却を確保しつつ浮遊容量の低減が図れる。

第１実施例のパルス電源装置の正面図。同じく第１実施例のパルス電源装置の斜視図。第１実施例における支持バーを単体で示す斜視図。第２実施例のパルス電源装置の正面図。同じく第２実施例のパルス電源装置の斜視図。第３実施例のパルス電源装置の要部の正面図。同じく第３実施例のパルス電源装置の斜視図。第３実施例における支持バーを単体で示す斜視図。第３実施例の要部を拡大して示す斜視図。パルス発生回路の回路図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１および図２は、第１実施例のパルス電源装置を示す正面図および斜視図である。このパルス電源装置は、装置全体のベース部材となる金属製例えば銅製の放熱板１と、この放熱板１の上方に位置する一対の第１セラミック板２および一対の第２セラミック板３と、を備えている。放熱板１は、正方形に近い矩形状をなし、裏面つまり下面には、冷却媒体配管として銅製の冷却水配管４がろう付けにより接合されている。この冷却水配管４は、放熱板１の下面で適宜に蛇行した形に配置されており、一端に冷却水入口４ａを、他端に冷却水出口４ｂを、それぞれ備えている。なお、以下では、説明の便宜上、図１の左右方向を放熱板１や第１，第２セラミック板２，３の幅方向と呼び、これに直交する方向を放熱板１や第１，第２セラミック板２，３の長手方向と呼ぶこととする。

第１セラミック板２および第２セラミック板３は、それぞれ、放熱板１の長さ方向の一辺にほぼ対応した長さと放熱板１の幅方向の一辺の１／４程度の幅とを有する細長い帯状のセラミック板からなる。第１セラミック板２および第２セラミック板３を構成するセラミック材としては、絶縁性が高く、かつ熱伝導性が高いセラミックであることが望ましく、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好ましい。その他、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などを用いることもできる。

一対の第１セラミック板２は、放熱板１の幅方向の両側部に沿って互いに平行に離れて位置し、かつ一対の第２セラミック板３は、放熱板１の幅方向の中央部に並んで位置する。これら４つのセラミック板２，３は、放熱板１の平面視において互いに平行に並んでいる。また各々のセラミック板２，３の面は、図１に示すようにいずれも放熱板１の面と平行であり、かつ、第１セラミック板２が第２セラミック板３よりも高位となるように（換言すれば放熱板１からより離れるように）、第１セラミック板２と第２セラミック板３との間に段差を有している。

個々の第１セラミック板２の表面つまり上面には、複数（例えば１０個）のディスクリート型半導体スイッチングデバイス６が１列に並んで取り付けられている。半導体スイッチングデバイス６としては、例えばＳｉＣ素子が用いられているが、他の半導体素子であってもよい。実施例の半導体スイッチングデバイス６は、略中央部に取付孔が貫通形成された略矩形の樹脂パッケージ６ａを備えており、この樹脂パッケージ６ａを貫通したネジ７によって各半導体スイッチングデバイス６が第１セラミック板２に固定されている。取付状態では、熱が良好に伝達されるように、樹脂パッケージ６ａの背面（下面）が第１セラミック板２の表面に密接している。なお、伝熱シート等の伝熱部材を両者間に挟み込むようにしてもよい。半導体スイッチングデバイス６は、樹脂パッケージ６ａの一辺から３つの端子６ｂが導出されており、これらの端子６ｂが平面視において内側つまり第２セラミック板３側へ向かうように各半導体スイッチングデバイス６が取り付けられている。

つまり、パルス電源装置全体としては、複数（例えば１０個）の半導体スイッチングデバイス６を含む半導体スイッチングデバイス６の列が２列あり、各々の列の半導体スイッチングデバイス６の端子６ｂが互いに内側を向くように左右対称に配置されている。一つの例では、一方の列の複数の半導体スイッチングデバイス６を互いに直列に接続して図１０で説明した一方のスイッチＳＷ１を構成し、他方の列の複数の半導体スイッチングデバイス６を互いに直列に接続して他方のスイッチＳＷ２を構成することができるが、このような各素子の回路構成は本発明の要部ではなく、適宜な構成が可能である。

同様に、個々の第２セラミック板３の表面つまり上面には、複数（例えば１０個）のディスクリート型の抵抗８が１列に並んで取り付けられている。実施例の抵抗８は、略中央部に取付孔が貫通形成された略矩形の樹脂パッケージ８ａを備えており、この樹脂パッケージ８ａを貫通したネジ（図示せず）によって抵抗８が第２セラミック板３に固定されている。取付状態では、熱が良好に伝達されるように、樹脂パッケージ８ａの背面（下面）が第２セラミック板３の表面に密接している。なお、伝熱シート等の伝熱部材を両者間に挟み込むようにしてもよい。抵抗８は、樹脂パッケージ８ａの一辺から２つの端子８ｂが導出されており、これらの端子８ｂが平面視において外側つまり第１セラミック板２側へ向かうように各抵抗８が取り付けられている。

つまり、パルス電源装置全体としては、複数（例えば１０個）の抵抗８を含むディスクリート型の抵抗８の列が２列あり、各々の列の抵抗８の端子８ｂが互いに外側を向くように左右対称に配置されている。一つの例では、一方の列の複数の抵抗８が図１０で説明した一方の抵抗Ｒ１を構成し、他方の列の複数の抵抗８が他方のスイッチＳＷ２を構成するものとすることができるが、上述したように複数の抵抗８および半導体スイッチングデバイス６をどのように回路構成するかは本発明の要部ではない。

各々の第２セラミック板３の複数の抵抗８の列の上には、プリント配線基板からなる回路基板１１がそれぞれ取り付けられている。この一対の回路基板１１の各々は、第２セラミック板３よりも僅かに幅が広い同様の帯状をなしており、第２セラミック板３の上方に該第２セラミック板３と平行に支持されている。一実施例では、抵抗８とともに回路基板１１がネジによって第２セラミック板３に固定されている。

個々の半導体スイッチングデバイス６の端子６ｂおよび抵抗８の端子８ｂは、上記回路基板１１に接続されている。また、回路基板１１の上には、個々の半導体スイッチングデバイス６に対応した複数のゲート回路用基板１２が起立状態に取り付けられている。詳しくは、回路基板１１の幅方向に沿った面を有するとともに該回路基板１１に対し直交した形に支持される比較的小型のゲート回路用基板１２が、複数個一定間隔に取り付けられている。このゲート回路用基板１２に搭載されたゲート回路によって各々の半導体スイッチングデバイス６が駆動される。なお、図１０で説明したスイッチＳＷ１を構成する複数の半導体スイッチングデバイス６は各々のゲート回路によって一斉に開閉され、同様に、スイッチＳＷ２を構成する複数の半導体スイッチングデバイス６は各々のゲート回路によって一斉に開閉されることとなる。

第１セラミック板２および第２セラミック板３の各々は、一対の支持バー１４によって放熱板１に対し固定・支持されている。支持バー１４は、銅やアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属からなり、一実施例ではアルミニウムから構成されている。図３に示すように、この実施例の支持バー１４は、放熱板１の長手方向に沿って細長く延びた比較的厚肉の板状をなし、長手方向の中央部および両端部に開口部１５ａおよび切欠部１５ｂを備えている。そして、これらの開口部１５ａおよび切欠部１５ｂによって薄肉化された上面部分および下面部分に、それぞれ取付用のネジ１６（図２参照）が貫通する貫通孔１７が設けられている。上記のネジ１６により、支持バー１４の下面側は放熱板１の上面に固定され、支持バー１４の上面側は第１セラミック板２もしくは第２セラミック板３の下面に固定される。すなわち、個々の支持バー１４は、放熱板１の上に起立した状態に取り付けられており、その上面にセラミック板２，３が乗せられて固定されている。

ここで、図１に示すように、例えば第１セラミック板２については、第１セラミック板２の左右の側縁に沿って一対の支持バー１４が平行に設けられており、第１セラミック板２の幅方向の中央部に位置する半導体スイッチングデバイス６の樹脂パッケージ６ａの投影面と支持バー１４の各々が平面視において互いに重ならないように配置されている。つまり、半導体スイッチングデバイス６の樹脂パッケージ６ａの下方には支持バー１４は存在せず、第１セラミック板２と放熱板１との間が空間（つまり空気層）となっている。第２セラミック板３についても同様であり、第２セラミック板３の左右の側縁に沿って一対の支持バー１４が平行に設けられており、第２セラミック板３の幅方向の中央部に位置する抵抗８の樹脂パッケージ８ａの投影面と支持バー１４の各々が平面視において互いに重ならないように配置されている。つまり、抵抗８の樹脂パッケージ８ａの下方には支持バー１４は存在せず、第２セラミック板３と放熱板１との間が空間（つまり空気層）となっている。

また、第２セラミック板３を支持する支持バー１４の高さは、第１セラミック板２を支持する支持バー１４の高さよりも低く形成されている。これにより、前述したように、第１セラミック板２と第２セラミック板３との間に段差が設けられている。具体的には、抵抗８の樹脂パッケージ８ａの上に配置される回路基板１１の上面の高さが第１セラミック板２の上面の高さとほぼ整列するように、第１セラミック板２の高さ位置と第２セラミック板３の高さ位置とが異なっている。抵抗８の端子８ｂは回路基板１１に該回路基板１１の下面側から接続され、半導体スイッチングデバイス６の端子６ｂは回路基板１１に該回路基板１１の上面側から接続されている。

また、第２セラミック板３および回路基板１１は、第１セラミック板２に重ならないように該第１セラミック板２の側方に並んで配置されている。平面視においては、第１セラミック板２側縁と第２セラミック板３側縁との間に、比較的大きな間隙が設けられている。

このように構成されたパルス電源装置においては、パルス発生回路を構成する半導体スイッチングデバイス６と抵抗８とが水平方向に離れて位置するとともに、第１セラミック板２と第２セラミック板３とが重なり合っていないことから、両者間で形成される浮遊容量が小さくなる。第１セラミック板２と第２セラミック板３が段差を有することで、半導体スイッチングデバイス６と抵抗８との間の空間的な距離はさらに大きなものとなる。

また、半導体スイッチングデバイス６や抵抗８に対して、放熱板１や冷却水配管４は接地電位となるが、両者は支持バー１４によって上下に十分に大きく離れており、両者間には空気層が介在するので、これらで生じる浮遊容量も小さなものとなる。

一方、半導体スイッチングデバイス６と抵抗８で生じた熱は、熱伝導性に優れた窒化アルミニウム等からなる第１，第２セラミック板２，３に伝熱され、さらに、アルミニウムや銅等からなる支持バー１４を介して放熱板１に伝熱される。そして、放熱板１に接合された冷却水配管４を流れる冷却水によって、装置外部へ放出される。

従って、上記構成では、ディスクリート型の半導体スイッチングデバイス６や抵抗８を良好に冷却しつつ浮遊容量の低減を図ることができる。また、図２に示すように、多数の半導体スイッチングデバイス６や抵抗８ならびにゲート回路用基板１２を備える装置全体を比較的小型に構成することができる。

次に、図４および図５は、パルス電源装置の第２実施例を示す正面図および斜視図である。この第２実施例は、主に第１，第２セラミック板２，３を支持する支持バー１１４の構成が第１実施例の支持バー１４と異なっている。第２実施例の支持バー１１４は、銅やアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属からなる板材を折り曲げて、断面Ｕ字形のチャンネル材としたものである。すなわち支持バー１１４は、中央の底壁部１１４ａと、この底壁部１１４ａの両端から上方へ平行に延びる一対の側壁部１１４ｂと、この側壁部１１４ｂの上端から側方へ延びる一対の上端部１１４ｃと、を備えている。Ｕ字形の開口部に位置する一対の上端部１１４ｃの先端縁の間の幅（換言すれば支持バー１１４の全幅）は、セラミック板２，３の幅に実質的に等しい。

図４に示すように、各セラミック板２，３は、Ｕ字形をなす支持バー１１４の上端部１１４ｃの上に乗った状態に支持されている。すなわち、支持バー１１４の底壁部１１４ａが放熱板１０１に図示せぬネジを介して固定されているとともに、各セラミック板２，３の両側部が支持バー１１４の上端部１１４ｃに図示せぬネジを介して固定されている。

また、前述した実施例と同様に、セラミック板２，３の下面に接する支持バー１１４の上端部１１４ｃは、半導体スイッチングデバイス６や抵抗８の樹脂パッケージ６ａ，８ａの投影面と重ならない範囲に設けられている。従って、これら樹脂パッケージ６ａ，８ａの下方では、セラミック板２，３と底壁部１１４ａとの間に十分に大きな空間（空気層）が確保されている。

また、この第２実施例においては、ベース部材となる放熱板１０１がそれぞれ比較的厚肉な金属板例えば銅板やアルミニウム板からなる第１放熱板１０１ａと第２放熱板１０１ｂとを重ね合わせた２枚構造のものとなっている。冷却水配管４は、第１放熱板１０１ａの下面にろう付けされている。第２放熱板１０１ｂは、一対の第１セラミック板２に対応する両側部分のみに第１放熱板１０１ａの上に重ねて設けられており、装置の中央部分は、第１放熱板１０１ａの１枚構造となっている。そして、第１セラミック板２を支持する一対の支持バー１１４は、それぞれ第２放熱板１０１ｂの上に固定されており、第２セラミック板３を支持する一対の支持バー１１４は、それぞれ装置中央部の第１放熱板１０１ａの上に固定されている。

第１セラミック板２用の支持バー１１４と第２セラミック板３用の支持バー１１４は、同一の高さ（つまり同一のＵ字形断面形状）を有している。従って、放熱板１０１の厚さの相違に伴い、図示するように、第１セラミック板２の高さと第２セラミック板３の高さとの間に、前述した第１実施例と同様に、段差が設けられている。

なお、他の構成は基本的に第１実施例と変わりがないので、その詳細な説明は省略する。

このような第２実施例においても、前述した第１実施例と同様の作用効果が得られる。

次に、図６および図７は、パルス電源装置の第３実施例を示す正面図および斜視図である。この第３実施例では、ベース部材が板金製の筐体２０１の一部からなる。なお、図７では、このベース部材となる筐体２０１は図示していない。また、図６は、装置の一部のみを示している。

この第３実施例のパルス電源装置は、装置全体の全幅に亘る正方形に近い矩形状をなす第２セラミック板２０３と、装置の両側部において第２セラミック板２０３と直交するように組み合わせられた一対の第１セラミック板２０２と、を備えている。これらセラミック板２０２，２０３は、前述した各実施例と同様に、絶縁性ならびに熱伝導性に優れたセラミック例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる。

第２セラミック板２０３は、両側縁に沿って配置された一対の支持バー２１４によって、ベース部材となる筐体２０１の面と平行にかつ筐体２０１の面から離れた状態に支持される。支持バー２１４は、熱伝導性に優れた金属例えば銅からなり、図８に示すように、断面矩形の中実の棒状に構成されているとともに、上面２１４ａや外側の側面２１４ｂ等に複数のネジ孔２２１が設けられている。第２セラミック板２０３は、図９に示すように、両側部が支持バー２１４の上面２１４ａの上に乗っており、かつ複数のネジ２２２によって支持バー２１４に固定されている。支持バー２１４は、長手方向の両端面において、Ｌ字形のブラケット２２３を介して筐体２０１（ベース部材）に固定される。

一対の支持バー２１４の互いに内側へ向かう側面２１４ｃには、冷却媒体配管として銅製の冷却水配管４がろう付けにより接合されている。

第１セラミック板２０２は、下端部が支持バー２１４の外側の側面２１４ｂに沿って配置され、かつ複数のネジ２２２によって支持バー２１４の側面２１４ｂに固定されている。従って、断面矩形をなす支持バー２１４の上面２１４ａおよび側面２１４ｂによって、第２セラミック板２０３と第１セラミック板２０２とが互いに直交した状態に支持されている。従って、一対の第１セラミック板２０２は、ベース部材となる筐体２０１の面に対し起立した状態となっている。なお、図６に示すように、筐体２０１の側壁２０１ａに対し第１セラミック板２０２は離れて位置している。

一対の第１セラミック板２０２の表面詳しくは互いに対向する内側面には、前述した各実施例と同様に、複数（例えば１０個）のディスクリート型半導体スイッチングデバイス６が同一高さ位置に１列に並んで取り付けられている。樹脂パッケージ６ａから導出された端子６ｂは、下方へ延びている。なお、図示例では、ネジ２０７ａとナット２０７ｂとによって個々の半導体スイッチングデバイス６が第１セラミック板２０２に固定されている。

また第２セラミック板２０３の上面には、複数のディスクリート型の抵抗８が２列に並んで配列されている。すなわち、一方の第１セラミック板２０２の近傍に、該第１セラミック板２０２が具備する半導体スイッチングデバイス６の個数と同数（例えば１０個）の抵抗８が１列に並んで配置されており、他方の第１セラミック板２０２の近傍に、同様に例えば１０個の抵抗８が１列に並んで配置されている。これらの抵抗８は、図９に示すように、ネジ２２４ａとダブルナット構成をなす２つのナット２２４ｂ、２２４ｃとによって個々に第２セラミック板２０３に固定されている。

また前述した各実施例と同様に、一対の回路基板１１が２つの抵抗８の列の上にそれぞれ配置されており、この回路基板１１上に複数のゲート回路用基板１２が起立状態に取り付けられている。図６に示すように、回路基板１１は、ダブルナット構成をなす２つのナット２２４ｂ、２２４ｃの間に挟持されている。そして、半導体スイッチングデバイス６の下方へ延びた端子６ｂおよび抵抗８の上方へ折り曲げた端子８ｂがそれぞれ回路基板１１に接続されている。なお、図９は、回路基板１１を取り除いて抵抗８等要部の構成を示している。

このような第３実施例においては、半導体スイッチングデバイス６の樹脂パッケージ６ａと抵抗８の樹脂パッケージ８ａとがＬ字形に配置された形となり、互いに重なることがないとともに、両者間の空間距離を第１実施例や第２実施例よりも大きく確保することができ、両者間で生じる浮遊容量が小さくなる。

また、支持バー２１４は、第２セラミック板２０３に関して抵抗８の投影面と重ならない位置にあり、第１セラミック板２０２に関して半導体スイッチングデバイス６の樹脂パッケージ８ａの投影面と重ならない位置にある。支持バー２１４に接合されている冷却水配管４も、抵抗８の投影面とは重ならない。

従って、上述した各実施例と同様に、半導体スイッチングデバイス６や抵抗８の樹脂パッケージ６ａ，８ａの背面側が十分に大きな空間つまり空気層となり、接地電位となる筐体２０１や冷却水配管４との間での浮遊容量が小さくなる。

一方、半導体スイッチングデバイス６や抵抗８で生じた熱は、熱伝導性に優れた窒化アルミニウム等からなる第１，第２セラミック板２０２，２０３に伝熱され、さらに、熱容量の大きな中実の銅棒材からなる支持バー２１４に伝熱される。そして、支持バー２１４に接合された冷却水配管４を流れる冷却水によって、装置外部へ放出される。

従って、この第３実施例においても、ディスクリート型の半導体スイッチングデバイス６や抵抗８を良好に冷却しつつ浮遊容量の低減を図ることができる。また、第１セラミック板２０２が起立状態に配置されることで、多数の半導体スイッチングデバイス６や抵抗８ならびにゲート回路用基板１２を備える装置全体を比較的小型に構成することができる。

１，１０１…放熱板
２，２０２…第１セラミック板
３，２０３…第２セラミック板
４…冷却水配管
６…半導体スイッチングデバイス
８…抵抗
１１…回路基板
１２…ゲート回路用基板
１４，１１４，２１４…支持バー
２０１…筐体

Claims

金属製放熱板からなり、接地電位となるベース部材と、
複数のディスクリート型半導体スイッチングデバイスが表面に並んで取り付けられた熱伝導性を有する帯状の第１セラミック板と、
上記第１セラミック板に重ならないように該第１セラミック板の側方に並んで配置され、かつ複数のディスクリート型抵抗が表面に並んで取り付けられた熱伝導性を有する帯状の第２セラミック板と、
上記第１セラミック板および上記第２セラミック板をそれぞれ上記ベース部材の表面から離れた状態でもって該ベース部材に支持する複数の金属製支持バーと、
上記ベース部材の裏面に接合された冷却媒体配管と、
を備えてなるパルス電源装置。
上記第１セラミック板と上記第２セラミック板とが平行でかつ両者間に段差を有するように配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のパルス電源装置。
上記金属製支持バーは、上記第１セラミック板および上記第２セラミック板の側縁に沿って延びる起立した板状をなし、
上記第１セラミック板および上記第２セラミック板の各々が一対の金属製支持バーによって支持されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のパルス電源装置。
上記金属製支持バーは、断面Ｕ字形をなしており、その開口側の一対の端部に、帯状をなす上記第１セラミック板および上記第２セラミック板の一対の側縁部がそれぞれ固定されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のパルス電源装置。
上記半導体スイッチングデバイスおよび上記抵抗は、それぞれ帯状をなす第１セラミック板および上記第２セラミック板の幅方向中央部に１列に並んで配置されており、
これら半導体スイッチングデバイスもしくは抵抗の投影面と重ならない第１セラミック板および第２セラミック板の側縁部が上記金属製支持バーによって支持されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパルス電源装置。
筐体の一部からなり、接地電位となるベース部材と、
複数のディスクリート型半導体スイッチングデバイスが表面に並んで取り付けられ、上記ベース部材に対し直交するように配置された熱伝導性を有する一対の第１セラミック板と、
上記ベース部材に沿ってかつ該ベース部材から離れた状態に配置され、かつ複数のディスクリート型抵抗が表面に並んで取り付けられた熱伝導性を有する第２セラミック板と、
断面矩形の棒状をなし、その上面に上記第２セラミック板の端部がそれぞれ固定されるとともに、側面に上記第１セラミック板の各々の下端部がそれぞれ固定され、これら第１セラミック板と第２セラミック板とを互いに直交した状態として上記ベース部材に支持する一対の金属製支持バーと、
上記金属製支持バーに接合された冷却媒体配管と、
を備えてなるパルス電源装置。