CN103095100A - 开关调节器及带有该开关调节器的电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关调节器及带有该开关调节器的电源装置。在电路基板(14)上安装由第一散热部(11a)、第二散热部(11b)以及第三散热部(11c)构成的散热器(11)。在形成于散热器内的空间域里,设置构成交错式功率因数校正电路的两组电感(L1、L2),并一同安装于电路基板上。在第一散热部的外表面上,设置构成交错式功率因数校正电路的两组晶体管(Tr1、Tr2)以及两组二极管(D1、D2),并一同安装于电路基板上。

Description

开关调节器及带有该开关调节器的电源装置

技术领域

本发明涉及开关调节器以及带有开关调节器的电源装置,尤其涉及带有交错式PFC(Power Factor Correction:功率因数校正)电路的开关调节器及带有此开关调节器的电源装置。

背景技术

开关调节器的功率因数校正电路以电感、晶体管以及二极管为主电路元件。例如,将IGBT(Insulated Gate Bipolar Transi stor:绝缘栅双极型晶体管)应用于上述晶体管。下文中,也将功率因数校正电路称为PFC(PowerFactor Correction)电路。输出功率在数千瓦以上的高负载机型的开关调节器中,对于由电路电流增大引起的主电路元件尺寸变大或者温度升高的抑制方法是长久以来的课题。

作为其解决对策,带有交错式PFC电路的开关调节器已得到实用。交错式PFC电路具有两组上述主电路元件。由于各组主电路元件交替执行开关动作,各组主电路元件中的导通电流变为以往的一半。因此,上述构成以及动作有助于主电路元件的小尺寸化。此外,由于以往无法设置的电感等元件现在可以安装到电路基板上,提高了生产率。这有助于降低安装成本。

下面参照图2说明交错式PFC电路具有的主电路元件的通常配置。电感L1、晶体管Tr1以及二极管D1是构成交错式PFC电路的第一组主电路元件。电感L2、晶体管Tr2以及二极管D2为第二组主电路元件。这两组主电路元件与散热器1一同安装至电路基板4上。散热器1由电路元件装载部3和散热片2构成。

两组主电路元件中,晶体管Tr1、二极管D1、晶体管Tr2以及二极管D2安装在散热器1的电路元件装载部3上。小尺寸化的电感L1和电感L2也可以安装在电路基板4上。散热器1通过散热片2的表面安装于电路基板4上。

日本专利特开2008-306779号公报公开了在布线基板上装载有构成交错式PFC电路的功率MOSFET、升压二极管以及扼流圈的构造。散热板配置在布线基板的背面。功率MOSFET和升压二极管与该散热板粘接。该散热板露出于形成在布线基板上的开口部。

日本专利特开2010-88153号公报公开了将包含在开关电源电路的输入侧电路的输入侧发热元件(桥式二极管)和包含在输出侧电路的输出侧发热元件安装到一块散热板上的构造。这种构造的目的在于减小由于工作温度等造成的输入侧发热元件和输出侧发热元件之间的温度偏差。

日本专利2001-217577号公报公开了在壳体部的外部,设置发热量大的电器元件,在壳体部内部设置会成为电磁噪声源的电器元件或者容易受电磁噪声影响的电器元件的构造。在这个壳体部的内部,形成多个散热片。

日本专利特开2003-125584号公报公开了利用散热器将构成功率因数校正电路的带有间隙的扼流圈与变压器屏蔽的构造。散热器连接至变压器的一次侧电路的形成稳定电位的线路。

在图2的交错式PFC电路中,相对于通常的PFC电路,装载在散热板1的电路元件装载部3上的电路元件数量增加到了2倍。因此,装载在电路元件装载部3上的散热片2的面积也相应增加。如上所述,散热器1通过散热片2安装到电路基板4上。因此,在电路基板4上,安装散热片2的区域成为无法安装电路元件的死角区域。所以,存在着电路基板4的尺寸变大的问题。

另外,交错式PFC电路与现有的PFC电路相比以两倍的频率工作。因此,由两组主电路元件产生的开关噪声会给其它电路或设备带来不良影响。为减轻开关调节器给其它电路带来的噪声影响,必须将两组主电路元件尽可能靠近地安装。然而,像这样接近的电路元件的安装方法会降低各电路元件的散热性。最坏情况下,甚至会发生电路元件高温损坏的问题。

发明内容

本发明的一个实施方式所涉及的开关调节器包括:电路基板;散热器,该散热器具有以规定间隔和规定长度相对设置的矩形形状的第一散热部以及第二散热部、设置在第一散热部以及第二散热部之间且与电路基板相对并延伸规定间隔的第三散热部;两组电感、晶体管以及二极管,这两组电感、晶体管以及二极管构成交错式功率因数校正电路。散热器安装在电路基板上,以使第一散热部以及第二散热部与电路基板相接触。两组电感安装在电路基板上,并设置在由第一散热部、第二散热部以及第三散热部的内表面形成的空间域内。两组晶体管以及二极管安装在电路基板上,同时安装在第一散热部的外表面上。

本发明的一种实施方式涉及的开关调节器中,优选在散热器长边方向的第一端部以及第二端部上,由第一散热部、第二散热部、第三散热部以及电路基板分别形成第一开口部以及第二开口部。

本发明的一种实施方式涉及的开关调节器中,优选使开关调节器还包括与散热器连接的接地线,接地线向散热器提供接地电位。

本发明的一种实施方式涉及的开关调节器中,优选在第三散热部上形成有散热孔。

本发明的一种实施方式涉及的开关调节器中,优选使两组晶体管以及二极管中的第一组夹着第一散热部而与第一组的电感相对设置;两组晶体管以及二极管中的第二组夹着第一散热部而与第二组的电感相对设置。

本发明的一种实施方式涉及的开关调节器中,优选使第一组晶体管以及二极管的设置顺序与第二组晶体管以及二极管的设置顺序在第一散热部的延伸方向上相同。

本发明的其它实施方式涉及的电源装置为具有上述开关调节器的电源装置。

根据本发明,可以提供一种具有散热器的开关调节器,该散热器不损害安装在电路基板上的电器元件的散热能力,且能有效利用电路基板上电器元件的安装空间。而且,根据本发明,电感产生的辐射噪声会被散热器屏蔽。由此,可以把电感和其它电器元件彼此相邻地配置在电路基板上。

发明的上述以及其他目的、特征、方面以及优点将结合附图从以下对本发明的详细描述中变得更加显而易见。

附图说明

图1为本实施方式涉及的具有交错式PFC电路的开关调节器的电路图。

图2为现有技术涉及的具有交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置的立体图。

图3为本发明实施方式涉及的具有交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置的立体图。

图4为本发明实施方式的变形例1涉及的具有交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置的立体图。

图5为本发明实施方式的变形例2涉及的具有交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置的立体图。

图6为本发明实施方式的变形例3涉及的具有交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置的立体图。

图7为本发明实施方式及其各变形例涉及的具有交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置和连接的俯视图。

具体实施方式

下面,参照附图说明本发明的实施方式。在实施方式的说明中,当提及个数、量等时,除了有特别记载的情况外,本发明的范围并不一定限于该个数、量等。另外,在本实施方式的附图中,相同的参考标号或参考编号表示相同部分或相应部分。在实施方式的说明中,对于附有相同参考标号的部分,不再重复进行说明。

[实施方式]

参照图1,对本实施方式中涉及的具有交错式PFC电路的开关调节器的电路构成进行说明。

电源装置100包含本实施方式中涉及的开关调节器。该开关调节器由带有交错式PFC电路的转换器电路构成。在输入节点N11和输入节点N12之间施加输入直流电压。该输入直流电压被升压以及平滑化处理后输出到输出节点N21和输出节点N22之间。交错式PFC电路具有交错式PFC主电路IM。交错式PFC主电路IM对输入直流电压进行升压处理。升压后的电压由电解电容C进行平滑处理。输入节点N12和输出节点N22共同连接至接地线GND。

交错式PFC主电路IM由两组主电路元件构成。第一组主电路元件由电感L1、二极管D1以及晶体管Tr1组成。第二组主电路元件由电感L2、二极管D2以及晶体管Tr2组成。

在第一组主电路元件中,电感L1和二极管D1按此顺序串联在输入节点N11和输出节点N21之间。二极管D1的阴极K1与输出节点N21相连。晶体管Tr1的集电极C1连接至将二极管D1的阳极A1与电感L1的一端相连接的配线。晶体管Tr 1的发射极E1与接地线GND相连。在本实施方式中,晶体管Tr1为IGBT。晶体管Tr1的栅极G1的电位由未图示的控制电路控制。

在第二组主电路元件中,电感L2和二极管D2按此顺序串联在输入节点N11和输出节点N21之间。二极管D2的阴极K2与输出节点N21相连。晶体管Tr2的集电极C2连接至将二极管D2的阳极A2与电感L2的一端相连接的配线。晶体管Tr2的发射极E2与接地线GND相连。在本实施方式中,晶体管Tr2为IGBT。晶体管Tr2的栅极G2的电位由未图示的控制电路控制。

电解电容C连接于输出节点N21和N22之间,用于将交错式主电路IM的输出电压平滑化。此外,由于含有交错式PFC电路的开关调节器的电路工作方式是公知技术,本说明书中不再重复说明。

下面参照图3,对具有本实施方式中涉及的交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置的斜视图进行说明。

散热器11安装于电路基板14上。散热器11将由交错式PFC主电路IM产生的热量释放到空气中。散热器11包括第一散热部11a以及第二散热部11b。第一散热部11a和第二散热部11b具有矩形形状。第一散热部11a以及第二散热部11b分别垂直于电路基板14的表面设置。第一散热部11a以及第二散热部11b以规定间隔相对设置。第一散热部11a以及第二散热部11b延伸规定长度。所述第一散热部11a以及第二散热部11b采用矩形长边与电路基板14的表面平行、矩形短边与电路基板14的表面垂直的方式设置。散热器11采用第一散热部11a以及第二散热部11b与电路基板14接触的方式安装于电路基板14

散热器11还具有第三散热部11c。第三散热部11c设置于第一散热部11a与第二散热部11b之间。第三散热部11c与电路基板14相对且与电路基板14平行。第三散热部11c具有矩形形状。第三散热部11c从上方覆盖第一散热部11a以及第二散热部11b所夹着的空间。也就是说,第三散热部11c沿着第一散热部11a以及第二散热部11b之间的间隔延伸。第三散热部11c相对电路基板14的表面上设置有散热片11d。以下,将第一散热部11a、第二散热部11b以及第三散热部11c的长边方向定义为散热器11的长边方向。与散热器11的长边方向垂直的截面具有U型形状。

第一散热部11a、第二散热部11b、第三散热部11c以及电路基板14构成散热器11的空间域(以下简称为空间域)。空间域在沿散热器11长边方向的端部具有开口部15a以及开口部15b。即空间域并非是由第一散热部11a、第二散热部11b、第三散热部11c以及电路基板14构成的密闭空间。开口部15a以及开口部15b是为确保空间域的通气性而设置的。

晶体管Tr1、二极管D1、晶体管Tr2以及二极管D2全部安装在第一散热部11a的外表面并一同组装至电路基板14上。第一散热部11a的外表面为与空间域接触的表面的相对面。电感L1以及电感L2设置于散热器11的空间域内部并一同组装至电路基板14。

安装于散热器11的第一散热部11a上的上述两组晶体管以及二极管所产生的热量经由散热器11的第一散热部11a、第二散热部11b以及第三散热部11c释放到空气中。另一方面,电感L1以及电感L2所产生的热量经由开口部15a以及开口部15b释放到空气中。

在图2所示的电路基板4上,安装散热片2的区域为无法安装电路元件的死角区域。与此相反,图3所示的散热器11采用如下的安装方式:将由第一散热部11a以及第二散热部11b各自的厚度方向两条边以及两条长边所限定的部分分别与电路基板14连接。第一散热部11a以及第二散热部11b与电路基板14接触部分的面积总和比散热片2的面积小。因此,即使散热器11安装于电路基板4上,也能在第一散热部11a和第二散热部11b之间的电路基板14的区域内安装电感L1以及电感L2。

根据构成交错式PFC主电路IM的电路元件的发热量,在第三散热部11c面向电路基板14的表面上设置散热片11d。由此,在从第一散热部11a、第二散热部11b以及第三散热部11c向空气中散热的基础上,由电感L1以及电感L2产生的热量从散热片11d经由散热器11的开口部15a以及开口部15b释放到空间域外部。因此促进了散热。

第一散热部11a以及第二散热部11b之间的间隔以及两者的高度根据电感L1以及电感L2的大小或者发热量适当地进行设定。散热片11d垂直方向的长度(换言之散热片11d的高度)在确保不妨碍在散热器11的空间域内设置电感L1以及电感L2的范围内进行选择。根据交错式PFC主电路IM产生的热量,可以不设置散热片11d。

在本实施方式中,电感L1和电感L2设置于散热器11的内侧。散热器11由金属材料形成。因此,由于高频切换而在电感产生的辐射噪声被散热器11屏蔽。所以,可以大幅度降低对构成开关调节器的其它电路或者外部设备的辐射噪声。

[实施方式的变形例1]

下面参照图4,对包括本实施方式变形例1中涉及的交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置的斜视图进行说明。

实施方式变形例1涉及的交错式PFC电路的构成与图1所示的实施方式相同。另外,在图3和图4中带有相同标号的电路元件和散热器等构造也相同,不再重复说明。

在本变形例1中,给散热器11提供接地电位。因此,将接地线13连接至散热器11。具体地,在散热器11的第一散热部11a上形成螺钉孔,用螺钉来固定接地线13的一端。接地线13的另一端也同样地,采用螺钉或焊料等方式,与图中未显示的开关调节器的接地电位提供部分电连接。此外,在本变形例中,接地线13的一端连接至散热器11的第一散热部11a。然而,该连接点也可以选择散热器11其它合适的部分。由于向散热器11提供接地电位(GND),散热器11的屏蔽效果被进一步增强。

[实施方式的变形例2]

下面参照图5,对具有本实施方式变形例2涉及的交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置的斜视图进行说明。

下文对具有本实施方式变形例2涉及的交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置的斜视图进行说明。

实施方式变形例2涉及的交错式PFC电路的构成与图1所示的实施方式相同。另外,在图3和图5中带有相同标号的电路元件和散热器等构造也相同,不再重复说明。

本变形例2中,在散热器11的第三散热部11c上形成多个散热孔15。在设置了电感L1和L2的散热器11的空间域内设置开口部15a以及开口部15b以确保空间域的透气性。当电感L1以及电感L2的发热量很大时,通过这些开口部15a以及开口部15b进行的散热有可能不够。

因此,在散热器11的第三散热部11c上设置多个散热孔15。从而可以提高将从电感L1以及电感L2产生的热量向外部释放的散热效果。散热器11上设置的散热孔15的形状、数量以及位置根据需要的散热能力和散热器11对辐射噪声的屏蔽效果进行综合地判断后确定。

[实施方式的变形例3]

下面参照图6,对具有本实施方式变形例3涉及的交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置的斜视图进行说明。

实施方式变形例3涉及的交错式PFC电路的构成与图1所示的实施方式相同。另外,在图6和图3、图4、图5中带有相同标号的电路元件和散热器等构造也相同,不再重复说明。

具有本变形例3涉及的交错式PFC电路的开关调节器具有图4中变形例1所具有的接地线13。而且,与图5中的变形例2相同,在散热器11的第三散热部11c上设置多个散热孔15。通过接地线13提供接地电位,可以提高散热器11的屏蔽效果。而且,散热孔15可以提高散热器11的散热效果。

[实施方式以及各变形例涉及的主电路元件的配置和连接]

参照图7,对具有本实施方式及其各变形例中涉及的交错式PFC电路的开关调节器的主电路元件配置和连接的俯视图进行说明。

图7(a)是表示安装在电路基板14上的两组电感L1和L2、两组晶体管Tr1和Tr2以及两组二极管D1和D2配置的俯视图。在电路基板14上进一步还装有散热器11和电解电容C。

散热器11的第一散热部11a上安装有晶体管Tr1、二极管D1、晶体管Tr2以及二极管D2。电感L1位于散热器11的空间域内部而安装在电路基板14上。电感L1夹着第一散热部11a配置在晶体管Tr1以及二极管D1的附近。电感L2位于散热器11的空间域内部而安装在电路基板14上。电感L2夹着第一散热部11a配置在晶体管Tr2以及二极管D2的附近。电解电容C安装在电路基板14上第二散热部11b附近的位置。

图7(b)表示设置于电路基板14正面以及背面的布线图案。正面的布线图案用实线表示,背面的布线图案用虚线表示。此外,电路基板14的正面为安装电路元件的一面。电感L1和二极管D1串联在输入节点N11和输出节点N21之间。晶体管Tr1的集电极C1连接至电感L1和二极管D1的连接节点。晶体管Tr1对施加在其栅极G1上的控制信号作出响应,控制流过电感L1的电流。

同样地,电感L2和二极管D2串联在输入节点N11和输出节点N21之间。晶体管Tr2的集电极C2连接至电感L2和二极管D2的连接节点。晶体管Tr2对施加在其栅极G2上的控制信号作出响应,控制流过电感L2的电流。电解电容C连接在输出节点N21和接地线(与图1中的输出节点N22对应)之间,使输出电压平滑化。

散热器11利用第一散热部11a以及第二散热部11b与电路基板14接触的部分而安装于电路基板14上。第一散热部11a和第二散热部11b相对设置。因此,能在第一散热部11a和第二散热部11b之间的电路基板14的区域内安装电感L1以及电感L2。伴随着散热器11的安装,电路基板14上供电器元件安装的空间可能会减少。若采用本发明的实施方式及其变形例,可以大幅度抑制这种安装空间的减少。与此相对,图2所示的通常的开关调节器介由散热片2的表面安装于电路基板4。因此存在无法设置电路元件的死角区域。

如图7(b)所示,散热器11屏蔽电感L1、电感L2产生的辐射噪声。因为辐射噪声被屏蔽,电感L1和电感L2可以与其它主电路元件相邻设置。因此,构成交错式PFC主电路IM的两组主电路元件(L1、Tr1、D1以及L2、Tr2、D2)可以以彼此之间距离最小的方式进行设置。

采用本发明的实施方式及其变形例可以使主电路元件间的距离变小。而且可以消除散热器11对布线图案配置的限制。因此,可以在主电路元件之间用最短的粗配线进行连接。由此,因连接在主电路元件间的布线图案所具有的寄生电感值变小,降低了开关噪声。而且,由于开关噪声的降低,主电路元件的耐压损坏被抑制。另外,由于布线图案的生电阻值也减小,抑制了布线图案温度的上升。由此,提高了电路基板14的寿命以及焊接连接部的可靠性等性能。

主电路元件间的距离变小可以产生上述效果。在此基础上,在构成交错式PFC主电路IM的两组主电路元件中,各组连接主电路元件的电路基板14上的布线图案可以采用相同的形状。在图7(b)中,将电感L1、晶体管Tr1、二极管D1以及电解电容C加以连接的布线图案和将电感L2、晶体管Tr2、二极管D2以及电解电容C加以连接的布线图案的形状相同。

由于两组主电路元件中的布线图案相同,交错式PFC电路在进行开关动作时,两PFC电路间的高频电压振荡现象被抑制。由此,可以得到稳定的交错控制。

尽管详细描述并示出了本发明,但是可清楚地理解,这些仅仅是作为例示和示例而不作为限制,本发明的精神和范围仅受所附权利要求书的各条款的限制。

Claims (7)

1.一种开关调节器,其特征在于,包括:

电路基板;

散热器,该散热器具有以规定间隔和规定长度相对设置的矩形形状的第一散热部以及第二散热部、设置在所述第一散热部以及第二散热部之间且与所述电路基板相对并延伸所述规定间隔的第三散热部;以及

两组电感、晶体管以及二极管,该两组电感、晶体管以及二极管构成交错式功率因数校正电路,

所述散热器安装在所述电路基板上,以使所述第一散热部以及第二散热部与所述电路基板相接触,

所述两组电感安装在所述电路基板上,并设置在由所述第一散热部、所述第二散热部以及所述第三散热部的内表面形成的空间域内,

所述两组晶体管以及二极管安装在所述电路基板上,且安装在所述第一散热部的外表面上。

2.如权利要求1所述的开关调节器,其特征在于,

在所述散热器长边方向上的第一以及第二端部上,由所述第一散热部、所述第二散热部、所述第三散热部以及所述电路基板分别形成第一开口部以及第二开口部。

3.如权利要求1所述的开关调节器,其特征在于,

所述开关调节器还包括与所述散热器连接的接地线,

所述接地线向所述散热器提供接地电位。

4.如权利要求1所述的开关调节器,其特征在于,

所述第三散热部上形成有散热孔。

5.如权利要求1所述的开关调节器,其特征在于,

所述两组晶体管以及二极管中的第一组夹着所述第一散热部而与所述第一组电感相对设置,所述两组晶体管以及二极管中的第二组夹着所述第一散热部而与所述第二组电感相对设置。

6.如权利要求5所述的开关调节器,其特征在于,

所述第一组晶体管以及二极管的设置顺序与所述第二组晶体管以及二极管的设置顺序在所述第一散热部的延伸方向上相同。

7.一种电源装置,其特征在于,

包括权利要求1至6中任意一项所述的开关调节器。

Images