JP2002369527A - Dc−dcコンバータ及びその製造方法 - Google Patents
Dc−dcコンバータ及びその製造方法Info
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Abstract
なすブスバーとの接続作業が容易で、チョークコイルを
なすブスバーの抵抗損失及び発熱を低減可能なダイオー
ド・チョークコイル直結式単相全波整流型のDC−DC
コンバータを提供すること。 【解決手段】DC−DCコンバータのダイオード41〜
44のカソード端子410、420、430、440
は、ブスバーにより構成される電流平滑用のチョークコ
イル5の引き出し端部50の長手方向に互いにずれて配
置される。
Description
ータ及びその製造方法に関する。
行用モータへは高圧の主バッテリから給電し、種々の補
機へは低圧の補機バッテリから給電する二電源方式が種
々の点で有益である。通常の内燃機関車においても種々
の要因により高圧の主バッテリ及び低圧負荷給電用の補
機バッテリの両方を搭載する二バッテリ電源系を搭載す
る機運が生じている。この二電源方式の車両用電源系で
は、補機バッテリを小容量とし、主バッテリから降圧型
DC−DCコンバータ装置を通じて補機バッテリに送電
するのが種々の点で合理的な選択である。
入力直流電圧から単相交流電圧を形成するインバータ、
この単相交流電圧の降圧を行うトランス、このトランス
の出力電圧を整流する整流器、整流された電圧を平滑す
るチョークコイル及び平滑コンデンサからなる平滑回路
から通常、構成されるが、降圧トランスの二次コイルを
中間端子付きとして整流部を単相全波整流方式で構成す
るのが通常である。
低圧負荷供給電力のすべてを賄うために、出力電流が大
きくする必要があり、そのため、トランス及びチョーク
コイルの各コイル、これら各コイルに接続される配線部
分はブスバーすなわち長板状導体片により構成される。
具体構造は通常、次のようになる。
成する半導体素子、整流器、トランスやチョークコイル
のコアは、それらの放熱のために、金属製の放熱プレー
トの表面に良好に密着される。制御用のコントローラや
その他の小電流回路素子は放熱プレートに固定されたプ
リント基板に実装される。トランスやチョークコイルの
コイルを、ブスバーをリング状に湾曲させて形成し、各
コイルの各ターン間の電気絶縁及び外部からの電気絶縁
のために、ブスバー製のコイルを樹脂モールドして電気
絶縁を行う。各コイル、整流器、スイッチング素子の主
電極を接続するブスバーを上記プリント基板及びその上
のコントローラやその他の小電流回路素子に触れないよ
うに配線し、コイル、スイッチング素子、整流器の端子
に接続する。
に示す。ただし、ブスバーは図示省略している。
た大電流DC−DCコンバータは、製造工程が複雑であ
り、作業が簡単でないという問題があった。
熱、及び、接続されるコイルや半導体素子からの受熱に
より増加するが、密閉された回路ケース内では、ブスバ
ーの空気への放熱量が小さく、ブスバーの温度上昇が他
の回路素子に悪影響を与えるという問題を生じた。
あり、製造が容易で、放熱性にも優れるDC−DCコン
バータ及びその製造方法を提供することを、その目的と
している。
Cコンバータは、金属板状の放熱プレート、入力直流電
力を交流電力に変換する複数のスイッチング素子を有す
るインバータ、コアに巻装された一次コイル及び二次コ
イルを有して前記交流電力の電圧を変換するトランス、
前記トランスの出力電力を整流する整流器、コアに巻装
されたコイルを有して前記整流器の出力電力を平滑する
チョークコイル、前記スイッチング素子を制御する制御
部、前記インバータの一対の出力端子と前記一次コイル
の両端とを個別に接続する一次側ブスバー、及び、前記
二次コイルと前記整流器又は前記チョークコイルとを接
続する二次側ブスバーを備えるDC−DCコンバータに
おいて、前記各コイル及び前記両ブスバーのほとんどを
囲覆する樹脂成形品からなる樹脂プレートを有し、前記
樹脂プレートの底面は、前記放熱プレートの表面に密着
して前記放熱プレートに固定されていることを特徴とし
ている。
タの大電流配線部材としてのブスバーと、トランス及び
チョークコイルのブスバー製のコイルとのほとんどの部
分を、樹脂成形品からなる樹脂成形品である樹脂プレー
トで囲覆することによって、各コイル及び各ブスバーを
一体のブスバーサブアセンブリとした点をその特徴とし
ている。
の相互の位置関係があらかじめ決定されているので、所
定部位への設置作業、及び、それらの相互接続作業が簡
単となり、それらの接続部分が振動などで緩むこともな
く、他の回路部品からそれらを電気絶縁するのも容易と
なる。更に、ブスバーは樹脂プレートを通じて放熱プレ
ートに密着するので、ブスバーは固体伝熱により放熱プ
レートに放熱することができ、ブスバーの冷却性を向上
することができる。
−DCコンバータにおいて更に、前記各コイルの各ター
ンが、裸のブスバーにより形成され、前記樹脂プレート
は、前記各ターン間の電気絶縁材として機能することを
特徴としている。
次コイル、二次コイル及びチョークコイルのコイルは、
樹脂インサート成形により同じ樹脂プレートに囲覆さ
れ、相互の配置が決定される。
間を良好に電気絶縁するとともにトランスのコイルとチ
ョークコイルのコイルとの相互の位置関係を精密に設定
することができるので、その後のトランスやコアの組立
及び取り付け作業が非常に容易となる。また、樹脂プレ
ートを放熱プレートに固定することにより、トランスの
コアやチョークコイルのコアを良好に放熱プレートに密
着、固定することができる。
−DCコンバータにおいて更に、前記ブスバーが、前記
コイルと同一の導体片により形成されているので、部品
点数、接続工程数を減らすことができる。
ずれか記載のDC−DCコンバータにおいて更に、前記
コアが、底面が前記放熱プレートの表面に密着する基部
と、前記基部から前記樹脂プレートのコア貫通孔を貫通
して突出する複数の柱部とを有する下側コア部と、前記
各柱部の頂面に接して前記下側コア部とともに閉磁気回
路を構成する上側コア部とからなるので、コアの柱部を
樹脂プレートのコア貫通孔に挿通し、樹脂プレートを放
熱プレートに固定するだけで、コアの固定及び放熱プレ
ートへの密着を良好に実現することができる。
−DCコンバータにおいて更に、前記樹脂プレートは、
前記制御部及び小電流回路部品が上面に実装される薄平
板状の回路実装基板部を一体に又は分離可能に支持して
いるので、回路実装基板部の支持構造が簡素化し、ブス
バーと回路実装基板部の配線との位置合わせや接続作業
も容易となる。なお、従来は、プリント基板すなわち回
路実装基板部やブスバーはケースに電気絶縁可能に支持
されていた。更に樹脂プレート表面に導体箔を貼付する
などすれば、樹脂プレート自体が回路実装基板部を兼ね
ることもでき、一層、全体構造及び取り付け作業を簡素
化することができる。
−DCコンバータにおいて更に、前記回路実装基板部の
前記上面は、前記樹脂プレートの他の部分の上面に対し
て平坦に形成されているので、この樹脂プレートの上面
への回路素子実装が容易となる。
ずれか記載のDC−DCコンバータの製造方法において
更に、前記両コイル、前記チョークコイル、前記両ブス
バーは、インサート成形されて前記樹脂プレートに埋設
されることを特徴としているので、製造工程を簡素化す
ることができる。
バータを用いた二バッテリ搭載型車両用の降圧型DC−
DCコンバータ装置の好適な態様を以下の実施例を参照
して説明する。
置を図1に示すその回路図を参照して以下に説明する。 (回路構成)1はDC−DCコンバータ、V1は高圧バ
ッテリ、V2は低圧バッテリである。
ンバータ、3はトランス、41、42は整流部をなす一
対のダイオード(整流器)、5は平滑用のチョークコイ
ル、6は平滑コンデンサ、7はコントローラである。
一次コイル31、第一の二次コイル32及び第二の二次
コイル33を有している。二次コイル32、33の一端
は接地され、他端はダイオード41、42を通じてチョ
ークコイル5に接続されている。
は、トランス3で降圧される。両二次コイル32、33
は異なる半波期間ごとに交互に半波整流電圧をダイオー
ド41、42、チョークコイル5を通じて低圧バッテリ
V2に出力する。コントローラ7は、低圧バッテリV2
の電圧を基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて、
インバータ2の4つのスイッチング素子(MOSFET
又はIGBT)21〜24のPWMデューテイ比を増減
し、送出する交流電力をフィードバック制御する。この
種のDC−DCコンバータは周知であるので、これ以上
の説明は省略し、この実施例の特徴部分を以下に説明す
る。
クコイル5のコイル32は、ブスバーを巻回して構成さ
れている。チョークコイル5は、フェライト製のコア5
1にコイル52を巻装して構成されている。
バーである。一次側ブスバー81は、ブスバー811〜
814からなる。ブスバー811は一次コイル31の一
端とブスバー813とを接続し、ブスバー813は一対
のスイッチング素子23、24の接続点(交流出力端)
に接続され、ブスバー812は一次コイル31の他端と
ブスバー813とを接続し、ブスバー814は一対のス
イッチング素子21、22の接続点(交流出力端)に接
続されている。ブスバー811、812は一次コイル3
1を延長して構成されている。
826からなる。ブスバー821は二次コイル32の一
端とダイオード41のアノードとを接続し、ブスバー8
22は二次コイル33の一端とダイオード42のアノー
ドとを接続している。ブスバー823はベースプレート
51に接続されている。一端がダイオード41、42の
カソードに接続されたブスバー824、825の各他端
は、チョークコイル5のコイル52を延長して形成され
たブスバー824に接続されている。
〜33及び52を囲覆、固定する樹脂プレートである。
ら84を有している。孔81はトランス3のコア32が
貫通する孔であり、孔82、83にはダイオード41、
42が配置され、孔84はチョークコイル5のコア51
が貫通する孔である。
ル31〜33、52と各ブスバー811〜814、82
1〜826は、それらのほとんどを囲覆する樹脂プレー
ト8とともに、一つのブスバーサブアセンブリと名付け
た部品を構成している。
から突出してスイッチング素子21、22の主電極に接
続されている。ブスバー823の先端部は樹脂プレート
8から突出して後述するアルミ板製の放熱プレート9に
接続されている。コイル52の一端を延長してなるブス
バー827は樹脂プレート8から突出して、平滑コンデ
ンサ6に接続されている。
孔82、83に突出してダイオード41、42のアノー
ドに接続されている。ブスバー824、825の一端部
は孔82、83に突出してダイオード41、42のカソ
ードに接続されている。
に示す。
脂プレート8の下面が密着している。各ブスバーは樹脂
プレート8の内部において、できるだけ樹脂プレート8
の下面に近接配置されて、各ブスバーから放熱プレート
9への放熱性の向上を図っている。
に、断面E字形の下側コア部301と、上側コア部30
2を接着してなる。下側コア部301は、放熱プレート
9の浅い凹部に着座した底板部と、この底板部から上方
に突出する3本の支柱部とからなる。中央の支柱部に
は、ブスバーを巻回してなる一次コイル31及び二つの
二次コイル32、33が巻装されている。なお、これら
一次コイル31及び二つの二次コイル32、33の各タ
ーンは互いに所定間隔を隔てて配置され、各ターン間に
は樹脂プレート8の樹脂が充填されているが、図2では
その詳細図示を省略する。
〜33内蔵部分近傍を図3に示す。81a、81b、81
cはE字形の下側コア部301の上記3本の支柱部が上
下に貫通する孔であり、これら孔81a、81b、81c
は、図1に示すコア貫通孔81を構成している。
すように、断面E字形の下側コア511と、上側コア部
512とを接着してなる。下側コア部511は、放熱プ
レート9の浅い凹部に着座した底板部と、この底板部か
ら上方に突出する3本の支柱部とからなる。中央の支柱
部には、ブスバーを巻回してなるコイル52が巻装され
ている。トランス3と同様に、コイル52の各ターンは
互いに所定間隔を隔てて配置され、各ターン間には樹脂
プレート8の樹脂が充填されているが、図2ではその詳
細図示を省略する。樹脂プレート8のチョークコイル5
内蔵部分近傍を図4に示す。
レート8以外の放熱プレート9の上方には、プリント基
板が配置され、このプリント基板には制御部7をなすI
Cやその他の小回路部品が実装されている。
態様は、図1において、ダイオード41、42に通電方
向を逆に配置したものであり、樹脂プレート8がコイル
31〜33、こる52及び各ブスバーを囲覆する点、樹
脂プレート8の底面を放熱プレート9の上面に密着する
点については、実施例1と同じである。本態様によれ
ば、二次側ブスバーの構造を簡素化することができる。
サブアセンブリは樹脂インサート成形により形成され、
放熱プレート9にネジにより締結される。
る。図6は、樹脂プレート8のチョークコイル近傍を示
す縦断面図である。
樹脂プレート8が、ブスバーやコイルを囲覆する厚い主
部8aの側端縁から放熱プレート9の上面に平行に薄い
配線基板部8bをもつ点にある。すなわち、この実施例
では、樹脂プレート8は、従来のプリント基板を兼ね
る。
時に、回路部品10、11のリード端子を挿入するリー
ド孔が形成され、回路部品10、11のリード端子が挿
入されてはんだ付けされる。
パターニングした一体の導体パターンが貼着され、貼着
後にこの導体パターンの連結部分が配線基板部8bとと
もにパンチにより切除されて、配線基板部8b上に必要
数の導体パターンが必要形状に配置される。
タ装置を示す回路図である。
図である。
Claims (7)
- 【請求項1】金属板状の放熱プレート、 入力直流電力を交流電力に変換する複数のスイッチング
素子を有するインバータ、 コアに巻装された一次コイル及び二次コイルを有して前
記交流電力の電圧を変換するトランス、 前記トランスの出力電力を整流する整流器、 コアに巻装されたコイルを有して前記整流器の出力電力
を平滑するチョークコイル、 前記スイッチング素子を制御する制御部、 前記インバータの一対の出力端子と前記一次コイルの両
端とを個別に接続する一次側ブスバー、及び、 前記二次コイルと前記整流器又は前記チョークコイルと
を接続する二次側ブスバー、 を備えるDC−DCコンバータにおいて、 前記各コイル及び前記両ブスバーのほとんどを囲覆する
樹脂成形品からなる樹脂プレートを有し、 前記樹脂プレートの底面は、前記放熱プレートの表面に
密着して前記放熱プレートに固定されていることを特徴
とするDC−DCコンバータ。 - 【請求項2】請求項1記載のDC−DCコンバータにお
いて、 前記各コイルの各ターンは、裸のブスバーにより形成さ
れ、前記樹脂プレートは、前記各ターン間の電気絶縁材
として機能することを特徴とするDC−DCコンバー
タ。 - 【請求項3】請求項1記載のDC−DCコンバータにお
いて、 前記ブスバーは、前記コイルと同一の導体片により形成
されていることを特徴とするDC−DCコンバータ。 - 【請求項4】請求項1乃至3のいずれか記載のDC−D
Cコンバータにおいて、 前記コアは、 底面が前記放熱プレートの表面に密着する基部と、前記
基部から前記樹脂プレートのコア貫通孔を貫通して突出
する複数の柱部とを有する下側コア部と、 前記各柱部の頂面に接して前記下側コア部とともに閉磁
気回路を構成する上側コア部と、 からなることを特徴とするDC−DCコンバータ。 - 【請求項5】請求項4記載のDC−DCコンバータにお
いて、 前記樹脂プレートは、前記制御部及び小電流回路部品が
上面に実装される薄平板状の回路実装基板部を一体に又
は分離可能に支持していることを特徴とするDC−DC
コンバータ。 - 【請求項6】請求項5記載のDC−DCコンバータにお
いて、 前記回路実装基板部の前記上面は、前記樹脂プレートの
他の部分の上面に対して平坦に形成されていることを特
徴とするDC−DCコンバータ。 - 【請求項7】請求項1乃至6のいずれか記載のDC−D
Cコンバータの製造方法において、 前記両コイル、前記チョークコイル、前記両ブスバー
は、インサート成形されて前記樹脂プレートに埋設され
ることを特徴とするDC−DCコンバータの製造方法。
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