JP2016072993A - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、従来車ではエンジンの動力で発電するオルタネータにより12V系の電気機器に電力を供給しているが、ハイブリッド車では、高電圧バッテリの電圧を12V系の電圧に変換するDCDCコンバータを搭載し、これによって12V系の電気機器に電力を供給する方式が一般的である。
車載用DCDCコンバータの整流回路の実装構造として、例えば特許文献1のものが知られている。
この例は、基板挿入部品の整流素子、及びトランスの二次巻線をプリント基板にハンダ付け実装することにより、それぞれを電気的に接続するものである。
また、特許文献1中に明記されていないが、プリント基板にハンダ付け実装するバスバー、及びバスバーの他方端をネジ締結することにより、電流のリターン経路である金属筐体に対して電気的に接続される。
また、整流素子の底面と金属筐体を、絶縁放熱シートを介して接触させ、整流素子を金属筐体に対してバネで抑えつけることにより、機械的な固定と放熱経路の確保を両立させている。
この例では、整流素子として表面実装部品を採用する場合の構造が示されており、金属基板上にハンダ付け実装された整流素子は、同じく金属基板上にハンダ付け実装されるトランスの二次巻線に対して電気的に接続される。
また、電流のリターン経路である金属筐体に対しては、同じく金属基板上にハンダ付け実装されたバスバー、及び他方端をネジ締結することで電気的に接続される。
特に、絶縁放熱シートは柔らかく、また破れやすいため、組み立て時の取り扱いが難しい。
また、多くの部品が必要なため、実装面積が大きくなる。また、整流素子の実装にプリント基板が必要であるため、車載用DCDCコンバータを構成する主部品のレイアウトに制約ができる。
また、特許文献2に示す整流素子の実装構造についても、上記と同様の課題がある。
前記スイッチング素子に両端部が接続された一次巻線、並びにこの一次巻線と磁性体コアにより磁気的に結合した第1の二次巻線及び第2の二次巻線を有するトランスと、
前記第1の二次巻線及び前記第2の二次巻線に発生する交流電圧を直流電圧に変換する整流素子を有する整流回路と、
前記第1の二次巻線と前記第2の二次巻線とのそれぞれの一端部同士が接続される接続接点であるセンタータップで接続され、前記整流回路から出力されるリップル電圧波形を平滑する平滑回路と、
前記インバータ回路、前記トランス、前記整流回路及び前記平滑回路を固定し、前記整流回路に流れる電流のリターン経路となる金属筐体とを備え、
前記整流素子は、アノード端子である圧入部と、この圧入部から延びたカソード端子であるカソードピンとを有する圧入ダイオードであり、
前記第1の二次巻線及び前記第2の二次巻線の各他端部は、前記圧入部が前記金属筐体の凹部に嵌着された前記圧入ダイオードの前記カソードピンの先端部と電気的に接続されている。
図1は、この発明の実施の形態1の車載用DCDCコンバータを示す主回路図である。
このスイッチング電源装置である車載用DCDCコンバータは、高電圧の直流電力が入力端子1及び2から入力された直流電圧を交流電圧に変化させるスイッチング素子3を有するインバータ回路4と、スイッチング素子3に両端部が接続された高電圧側の一次巻線5、並びにこの一次巻線5と磁性体コア6により磁気的に結合した低圧側の、第1の二次巻線7及び第2の二次巻線8を有するトランス9と、スイッチング素子である整流素子10を有し、第1の二次巻線7及び第2の二次巻線8に発生する交流電圧を直流電圧に変換する整流回路11と、第1の二次巻線7と第2の二次巻線8との接続接点であるセンタータップ12と、センタータップ12での交流成分を含む直流電圧を平滑する、平滑コイル13及び平滑コンデンサ14を有する平滑回路15と、平滑回路15から出力された平坦な直流電圧を取り出す出力端子16及びグランド端子17と、を備えている。
スイッチング素子3は、一般的にはMOSFET等の半導体素子が用いられる。
一次巻線5には、各スイッチング素子3をスイッチングすることにより生成される矩形波に近い交流電圧が印可される。
第1の二次巻線7及び第2の二次巻線8は、それぞれの導線の巻き数比に応じて異なる電圧レベルに変換された交流電圧が印可される。
圧入ダイオード18は、アノード端子に相当する圧入部19と、この圧入部19にハンダ付けされたダイス20と、このダイス20にハンダ付けされ、圧入部19に対して先端部が垂直方向に延びた、カソード端子に相当するカソードピン21と、カソードピン21の下部を覆い、カソードピン21の機械的保持、ダイス20の保護のために設けた充填剤22と、を有している。
圧入ダイオード18は、アルミニウム製の金属筐体23の底面部に形成された凹部24に圧入部19を底面部の下側から圧入、嵌着することで、圧入ダイオード18は、金属筐体23と電気的、機械的及び熱的に接続される。
トランス9の磁性体コア6は、一対のE型コア部を対面接合して構成されている。この磁性体コア6の中足部25には、第1の二次巻線7及び第2の二次巻線8が巻装されている。また、第1の二次巻線7と第2の二次巻線8との間には一次巻線5が巻装されている。
第1の二次巻線7の一端部27は、センタータップ12で第2の二次巻線8と溶接で電気的に接続されている。第1の二次巻線7の他端部26は、一方の圧入ダイオード18のカソードピン21に溶接により電気的に接続されている。
第2の二次巻線8の一端部は、センタータップ12で第1の二次巻線7と溶接で電気的に接続されている。第2の二次巻線8の他端部28は、他方の圧入ダイオード18のカソードピン21に溶接により電気的に接続されている。
一対のカソードピン26、26を結ぶ直線の中心点にセンタータップ12が配置されており、また上記直線は、磁性体コア6の長手方向に対して並行である。
なお、カソードピン21、21は、センタータップ12の中心よりも磁性体コア6側に接近して配置してもよい。
従って、この車載用DCDCコンバータによれば、次のような効果を得ることができる。
イ.一回の圧入によって整流素子10を金属筐体23への電気的な接続、機械的な固定を実現できるため、整流素子を実装するに際して必要とした、バスバー、ネジ、プリント基板、金属基板、バネ等の部品が不要となることに加え、ハンダ付け、ネジ締結の組立工程を無くすことができる。
ロ.部品点数が少なく、トランス9を金属筐体23に固定する際に圧入ダイオード18も固定し、トランス9、圧入ダイオード18周辺の実装面積を低減できる。
ハ.圧入ダイオード18は、凹部24に圧入することで金属筐体23と密着するので、取り扱いに課題のある絶縁放熱シートが不要となり組み立て設備の簡素化、もしくは作業員の作業性向上を実現できる。
ニ.圧入ダイオード18とトランス9の二次巻線7,8との接続も、プリント基板、金属基板が不要であり、溶接で容易に接続できる。また、基板挿入部品の整流素子を用いる場合はプリント基板が必要となるため主部品レイアウトに制約ができるが、この実施の形態ではプリント基板が不要のため、この課題も解決できる。
ホ.整流素子として基板挿入部品を用いる場合は、トランス二次巻線と整流素子をプリント基板やバスバーを介して実装しなければならないため、磁性体コアの直近に整流素子を配置することが出来ないが、整流素子として圧入ダイオード18を用いることにより、磁性体コア6の直近に整流素子を配置できるため、磁性体コア6直近の無駄なスペースを解消できる。
図5はこの発明の実施の形態2の車載用DCDCコンバータの圧入ダイオード18を示す断面図、図6は実施の形態2の車載用DCDCコンバータの要部上面図、図7は図6の左側面図である。
この圧入ダイオード18のカソードピン21Aは、先端部がプレスフィット構造である。
第1の二次巻線7の一端部27Aは、センタータップ12で第2の二次巻線8と溶接で電気的に接続されている。第1の二次巻線7の他端部26Aには、貫通穴が形成されており、この貫通穴にカソードピン21Aの先端部を圧入することで、先端部は、弾性変形し、その復元力で第1の二次巻線7の他端部26Aに密接することで、カソードピン21Aは、第1の二次巻線7の一端部26Aと電気的に接続される。
第2の二次巻線8の一端部は、センタータップ12で第1の二次巻線7と溶接で電気的に接続されている。第2の二次巻線8の他端部28Aには、貫通穴が形成されており、この貫通穴にカソードピン21Aの先端部を圧入することで、先端部は、弾性変形し、その復元力で第2の二次巻線8の他端部28Aに密接することで、カソードピン21Aは、第2の二次巻線8の他端部28Aと電気的に接続される。
また、実施の形態1の車載用DCDCコンバータと同様に、一対のカソードピン26A、26Aを結ぶ直線の中心点にセンタータップ12が配置されており、また上記直線は、磁性体コア6の長手方向に対して並行である。
なお、カソードピン26A、26Aがセンタータップ12の中心よりも磁性体コア6側に接近するように圧入ダイオード18を配置するようにしてもよい。
圧入ダイオード18のカソードピン21と二次巻線7,8とを溶接で電気的に接続する場合、溶接用の設備が必要となり、また溶接の際に使用する溶接治具のスペースを確保する必要があるため、トランス9などの周辺部材の配置に配慮しなければならない。
これに対し、この実施の形態では、圧入ダイオード18のカソードピン21の先端部をプレスフィット構造としたことにより、溶接治具のスペースを削減することができ、また周辺部品との干渉について配慮する必要がなくなるため、主部品をレイアウトする際の制約が軽減される。
Claims (6)
- 入力端子から入力された直流電圧を交流電圧に変化させるスイッチング素子を有するインバータ回路と、
前記スイッチング素子に両端部が接続された一次巻線、並びにこの一次巻線と磁性体コアにより磁気的に結合した第1の二次巻線及び第2の二次巻線を有するトランスと、
前記第1の二次巻線及び前記第2の二次巻線に発生する交流電圧を直流電圧に変換する整流素子を有する整流回路と、
前記第1の二次巻線と前記第2の二次巻線とのそれぞれの一端部同士が接続される接続接点であるセンタータップで接続され、前記整流回路から出力されるリップル電圧波形を平滑する平滑回路と、
前記インバータ回路、前記トランス、前記整流回路及び前記平滑回路を固定し、前記整流回路に流れる電流のリターン経路となる金属筐体とを備え、
前記整流素子は、アノード端子である圧入部と、この圧入部から延びたカソード端子であるカソードピンとを有する圧入ダイオードであり、
前記第1の二次巻線及び前記第2の二次巻線の各他端部は、前記圧入部が前記金属筐体の凹部に嵌着された前記圧入ダイオードの前記カソードピンの先端部と電気的に接続されているスイッチング電源装置。 - 前記第1の二次巻線及び前記第2の二次巻線の各前記他端部は、前記カソードピンの前記先端部と溶接により電気的に接続されている請求項1に記載のスイッチング電源装置。
- 前記第1の二次巻線及び前記第2の二次巻線の各前記他端部には、それぞれ貫通穴が形成され、
前記カソードピンの前記先端部は、プレスフィット構造で形成され、
前記貫通穴に圧入された前記先端部は、各前記貫通穴に前記先端部の弾性力により密接して電気的に接続されている請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 複数の前記圧入ダイオードは、前記磁性体コアの長手方向に沿って配置されている請求項1〜3の何れか1項に記載のスイッチング電源装置。
- 前記圧入ダイオードは、前記カソードピンが前記センタータップよりも前記磁性体コア側に接近するように配置されている請求項1〜4の何れか1項に記載のスイッチング電源装置。
- 前記スイッチング電源装置は、車載用DCDCコンバータである請求項1〜5の何れか1項に記載のスイッチング電源装置。
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