JP2019115248A - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態によるスイッチング電源装置10の構成を例示している。スイッチング電源装置10は、電源(この例では直流電源P)から供給された電力をスイッチング動作により出力電力に変換して出力電力を駆動対象(この例ではモータM)に供給するように構成されている。この例では、モータMは、三相交流モータを構成し、スイッチング電源装置10は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータを構成している。
次に、図2,図3,図4を参照して、実施形態1によるスイッチング電源装置10の構造について説明する。なお、図2は、スイッチング電源装置10の平面構造を例示する概略平面図である。図3および図4は、スイッチング電源装置10の断面構造の一部を例示する概略断面図であり、図2のIII−III線における断面図およびIV−IV線における断面図にそれぞれ対応する。スイッチング電源装置10は、基板20を備えている。
基板20は、絶縁層21と導電層22と放熱層23とを有している。この例では、基板20は、矩形の板状に形成されている。なお、図2の例では、基板20の長手方向は、第1方向X(図2では左右方向)となっており、基板20の短手方向は、第2方向Y(図2では上下方向)となっている。
また、この例では、放熱層23は、放熱部材24に接続されて固定されている。放熱部材24は、例えば、基板20を収納する筐体(図示を省略)の一部であり、空冷(空気による冷却)や液冷(冷却水や冷却油などの液体による冷却)により冷却されるように構成されている。
また、基板20は、複数(この例では6つ)の固定ネジ25によって放熱部材24にネジ止めされて固定されている。固定ネジ25は、基板20を貫通して放熱部材24に締結される。具体的には、基板20には固定ネジ25を挿通させる挿通孔(図示を省略)が設けられ、放熱部材24には固定ネジ25に締結されるネジ穴(図示を省略)が設けられており、固定ネジ25が基板20の挿通孔に挿通されて放熱部材24のネジ穴に締結されている。なお、固定ネジ25の胴部と基板20の挿通孔との間には隙間が形成され、固定ネジ25の頭部と基板20の導電層22との間には絶縁紙などの絶縁部材(図示を省略)が設けられている。このような構成により、基板20の導電層22と放熱層23と放熱部材24との絶縁性を確保することができる。
導電層22には、配線パターンが形成されている。具体的には、導電層22には、出力パターン30と電源パターン40と接地パターン50とが形成されている。出力パターン30と電源パターン40と接地パターン50は、互いに短絡しないように所定の間隔をおいて形成されている。
出力パターン30は、スイッチング部SWのハイサイドスイッチング素子11とローサイドスイッチング素子12とを直列に接続するために設けられている。すなわち、出力パターン30は、図1に示したスイッチング部SWの中間部(ハイサイドスイッチング素子11とローサイドスイッチング素子12との接続部)を構成する部分である。
電源パターン40は、電源(この例では直流電源P)とスイッチング部SWのハイサイドスイッチング素子11とを接続するために設けられている。すなわち、電源パターン40は、図1に示した電源配線LPの一部を構成する部分である。
この例では、電源パターン40は、6つの配線領域(第1〜第6電源領域401〜406)を有している。以下では、第1〜第6電源領域401〜406の総称を「電源領域400」と記載する。
また、この例では、電源パターン40は、電源連絡領域410を有している。電源連絡領域410は、直流電源Pの一端(正極)に電気的に接続されている。この例では、電源連絡領域410は、基板20の長手方向の縁部(図2では右縁部)に配置されている。なお、この例では、第1〜第6電源領域401〜406は、後述する接続部材200(第1〜第3電源接続部材41〜43)により電源連絡領域410と電気的に接続されている。
また、この例では、電源パターン40は、電源余剰領域421を有している。電源余剰領域421は、基板20の短手方向の縁部(図2では上縁部)に沿うように形成され、電源連絡領域410に接続されている。
接地パターン50は、電源(この例では直流電源P)とスイッチング部SWのローサイドスイッチング素子12とを接続するために設けられている。すなわち、接地パターン50は、図1に示した接地配線LGの一部を構成する部分である。
この例では、接地パターン50は、9つの配線領域(第1〜第9接地領域501〜509)を有している。以下では、第1〜第9接地領域501〜509の総称を「接地領域500」と記載する。
また、この例では、接地パターン50は、接地連絡領域510を有している。接地連絡領域510は、直流電源Pの他端(負極)に電気的に接続されている。この例では、接地連絡領域510は、基板20の長手方向の縁部(図2では右縁部)に配置され、基板20の短手方向において電源連絡領域410と所定の隙間を隔てて並んでいる。
また、この例では、接地パターン50は、第1〜第3接地接続領域511〜513を有している。
また、この例では、接地パターン50は、接地余剰領域521を有している。接地余剰領域521は、基板20の短手方向の縁部(図2では下縁部)に沿うように形成され、接地連絡領域510に接続されている。
また、複数の電源領域400および複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向に沿う方向において電源領域400と接地領域500とが交互に並ぶように配列されている。また、複数の電源領域400および複数の接地領域500は、隣り合う電源領域400と接地領域500とが所定の隙間を隔てて対向するように配列されている。
また、このスイッチング電源装置10では、基板20の導電層22にハイサイドスイッチング素子11が設けられている。ハイサイドスイッチング素子11は、複数のハイサイドトランジスタ110によって構成されている。具体的には、複数のハイサイドトランジスタ110が並列に接続されてハイサイドスイッチング素子11が構成されている。すなわち、このスイッチング電源装置10は、ハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110を備えている。
また、このスイッチング電源装置10では、基板20の導電層22にローサイドスイッチング素子12が設けられている。ローサイドスイッチング素子12は、複数のローサイドトランジスタ120によって構成されている。具体的には、複数のローサイドトランジスタ120が並列に接続されてローサイドスイッチング素子12が構成されている。すなわち、このスイッチング電源装置10は、ローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120を備えている。
また、このスイッチング電源装置10では、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110および1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120は、出力領域300の延伸方向に沿う第1方向Xにおいてハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが一対一で隣り合うように第1方向Xに配置されている。また、ローサイドトランジスタ120の端子(本体側部から接地領域500へ向けて延出する端子)の向く方向は、ハイサイドトランジスタ110の端子(本体側部から出力領域300へ向けて延出する端子)の向く方向と逆方向になっている。
また、このスイッチング電源装置10では、基板20の導電層22に平滑容量部13が設けられている。平滑容量部13は、複数のキャパシタ130によって構成されている。すなわち、このスイッチング電源装置10は、平滑容量部13を構成する複数のキャパシタ130を備えている。
スイッチング電源装置10において、電源パターン40および接地パターン50のうち少なくとも一方のパターンは、接続部材200により電気的に接続される複数の配線領域(導電層22に形成される配線パターンの一部)を有している。この例では、電源パターン40は、第1〜第3電源接続部材41〜43(接続部材200)により電気的に接続される第1〜第6電源領域401〜406を有している。なお、図2では、第1〜第3電源接続部材41〜43(接続部材200)を二点鎖線で図示している。
以上のように、このスイッチング電源装置10では、ハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120は、ハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが一対一で隣り合うように配置されている。このような構成により、一対一で隣り合うハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120のうち一方のトランジスタにおいて発生した熱を基板20を経由して他方のトランジスタに伝達させることができる。具体的には、ハイサイドスイッチング素子11がオン状態となりローサイドスイッチング素子12がオフ状態となる期間では、オン状態であるハイサイドトランジスタ110において発生した熱を基板20を経由してオフ状態であるローサイドトランジスタ120に伝達させることができる。一方、ハイサイドスイッチング素子11がオフ状態となりローサイドスイッチング素子12がオン状態となる期間では、オン状態であるローサイドトランジスタ120において発生した熱を基板20を経由してオフ状態であるハイサイドトランジスタ110に伝達させることができる。これにより、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
図5は、接続部材200の接続構造の変形例1を例示している。図5では、第1電源接続部材41と第3電源領域403との接続構造を例に挙げている。
図6は、接続部材200の接続構造の変形例2を例示している。図6では、第1電源接続部材41と第3電源領域403との接続構造を例に挙げている。
図7および図8は、接続部材200の接続構造の変形例3を例示している。図7および図8では、第1電源接続部材41と第3電源領域403との接続構造を例に挙げている。
図9は、接続部材200の接続構造の変形例4を例示している。図9では、第1電源接続部材41と第3電源領域403との接続構造を例に挙げている。
図10は、実施形態2によるスイッチング電源装置10の構造を例示している。実施形態2によるスイッチング電源装置10は、電源パターン40と接地パターン50と接続部材200の構成とハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とキャパシタ130の配置が実施形態1によるスイッチング電源装置10と異なっている。
実施形態2では、電源パターン40は、6つの配線領域(第1〜第6電源領域401〜406)と、電源連絡領域410とを有している。
実施形態2では、実施形態1と同様に、複数の電源領域400は、出力領域300の延伸方向に沿うように間隔をおいて配列され、出力領域300の延伸方向と直交する方向において出力領域300と所定の隙間を隔てて対向している。具体的には、第1〜第6電源領域401〜406は、次のように構成されている。
実施形態2では、電源連絡領域410は、基板20の短手方向に沿う第2方向Yに延伸するように形成され、基板20の長手方向の縁部(図2では右縁部)に配置されている。第3および第6電源領域403,406は、電源連絡領域410に接続されている。なお、実施形態2では、第1,第2,第4,第5電源領域401,402,404,405は、後述する接続部材200(第1および第2電源接続部材41,42)により電源連絡領域410と電気的に接続されている。
実施形態2では、接地パターン50は、4つの配線領域(第1〜第4接地領域501〜504)と、接地連絡領域510とを有している。
実施形態2では、実施形態1と同様に、複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向に沿うように間隔をおいて配列され、出力領域300の延伸方向と直交する方向において出力領域300と所定の隙間を隔てて対向している。具体的には、第1〜第4接地領域501〜504は、次のように構成されている。
実施形態2では、接地連絡領域510は、基板20の長手方向の縁部(図10では右縁部)に配置されている。なお、実施形態2では、第1〜第4接地領域501〜504は、後述する接続部材200(接地接続部材51)により接地連絡領域510と電気的に接続されている。
また、実施形態2では、実施形態1と同様に、複数の電源領域400および複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向に沿う方向において電源領域400と接地領域500とが交互に並ぶように配列されている。また、複数の電源領域400および複数の接地領域500は、隣り合う電源領域400と接地領域500とが所定の隙間を隔てて対向するように配列されている。
実施形態2では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wが設けられ、第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wの各々が4つのハイサイドトランジスタ110によって構成されている。
実施形態2では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wが設けられ、第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wの各々が4つのローサイドトランジスタ120によって構成されている。
また、実施形態2では、実施形態1と同様に、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110および1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120は、出力領域300の延伸方向に沿う第1方向Xにおいてハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが一対一で隣り合うように第1方向Xに配置されている。また、ローサイドトランジスタ120の端子(本体側部から接地領域500へ向けて延出する端子)の向く方向は、ハイサイドトランジスタ110の端子(本体側部から出力領域300へ向けて延出する端子)の向く方向と逆方向になっている。
また、実施形態2によるスイッチング電源装置10では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に平滑容量部13が設けられている。平滑容量部13は、複数のキャパシタ130によって構成されている。
実施形態2では、実施形態1と同様に、電源パターン40および接地パターン50のうち少なくとも一方のパターンは、接続部材200により電気的に接続される複数の配線領域(導電層22に形成される配線パターンの一部)を有している。この例では、電源パターン40は、第1および第2電源接続部材41,42(接続部材200)により電気的に接続される第1,第2,第4,第5電源領域401,402,404,405を有している。接地パターン50は、接地接続部材51(接続部材200)により電気的に接続される第1〜第4接地領域501〜504を有している。なお、図10では、第1および第2電源接続部材41,42と接地接続部材51を二点鎖線で図示している。
実施形態2によるスイッチング電源装置10では、実施形態1によるスイッチング電源装置10により得られる効果と同様の効果を得ることができる。例えば、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
図11は、実施形態3によるスイッチング電源装置10の構成を例示している。実施形態3によるスイッチング電源装置10は、出力パターン30と電源パターン40と接地パターン50と接続部材200の構成とハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とキャパシタ130の配置が実施形態1によるスイッチング電源装置10と異なっている。
実施形態3では、出力パターン30は、第1〜第3スイッチング部SWu〜SWwにそれぞれ対応する第1〜第3出力領域301〜303を有している。第1〜第3出力領域301〜303は、第1方向Xに沿うように延伸するようにそれぞれ形成され、第1方向Xに間隔をおいて配置されている。この例では、第1〜第3出力領域301〜303は、基板20の短手方向の中央部に配置されている。
また、実施形態3では、電源パターン40は、第1電源領域401と、第2電源領域402と、電源接続領域430とを有している。
第1電源領域401と第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第1電源領域401は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303と所定の間隔を隔てて対向している。第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303と後述する第2接地領域502を間に挟んで第1電源領域401と対向するように配置されている。また、第2電源領域402は、直流電源Pの一端(正極)に電気的に接続されている。
電源接続領域430は、第2方向Yに延伸するように形成され、第1電源領域401と第2電源領域402とを接続している。この例では、電源接続領域430は、基板20の長手方向の縁部(図11では右縁部)に配置されている。
また、実施形態3では、接地パターン50は、第1接地領域501と、第2接地領域502と、第1接地延出領域531と、第2接地延出領域532とを有している。
第1接地領域501と第2接地領域502は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第2接地領域502は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303と所定の間隔を隔てて対向している。第1接地領域501は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1電源領域401と第1〜第3出力領域301〜303を間に挟んで第2接地領域502と対向するように配置されている。また、第1接地領域501は、直流電源Pの他端(負極)に電気的に接続されている。
第1接地延出領域531と第2接地延出領域532は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)に延伸するように形成されている。第1接地延出領域531は、第1出力領域301と第2出力領域302との間に配置され、第2接地延出領域532は、第2出力領域302と第3出力領域303との間に配置されている。そして、第1接地延出領域531および第2接地延出領域532は、第2接地領域502に接続され、第1電源領域401と所定の間隔をおいて対向している。
実施形態3では、複数の電源領域400と複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向と直交する方向において電源領域400と接地領域500とが所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。
また、実施形態3では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wが設けられ、第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wの各々が4つのハイサイドトランジスタ110によって構成されている。
また、実施形態3では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wが設けられ、第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wの各々が4つのローサイドトランジスタ120によって構成されている。
実施形態3では、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110および1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120は、出力領域300の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)においてハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが一対一で隣り合うように、出力領域300の延伸方向に沿う方向(第1方向X)に配置されている。
また、実施形態3によるスイッチング電源装置10では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に平滑容量部13が設けられている。平滑容量部13は、複数のキャパシタ130によって構成されている。
実施形態3では、実施形態1と同様に、電源パターン40および接地パターン50のうち少なくとも一方のパターンは、接続部材200により電気的に接続される複数の配線領域(導電層22に形成される配線パターンの一部)を有している。この例では、接地パターン50は、第1および第2接地接続部材55,56(接続部材200)により電気的に接続される第1接地領域501と第1および第2接地延出領域531,532を有している。なお、図11では、第1および第2接地接続部材55,56を二点鎖線で図示している。
実施形態3によるスイッチング電源装置10では、実施形態1によるスイッチング電源装置10により得られる効果と同様の効果を得ることができる。例えば、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
図12は、実施形態3の変形例1によるスイッチング電源装置10の構成を例示している。実施形態3の変形例1によるスイッチング電源装置10は、出力パターン30と電源パターン40と接地パターン50と接続部材200の構成とハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とキャパシタ130の配置が実施形態3によるスイッチング電源装置10と異なっている。
実施形態3の変形例1では、出力パターン30は、第1〜第3スイッチング部SWu〜SWwにそれぞれ対応する第1〜第3出力領域301〜303と、第1〜第3スイッチング部SWu〜SWwにそれぞれ対応する第4〜第6出力領域304〜306とを有している。第1〜第3出力領域301〜303は、第1方向Xに沿うように延伸するようにそれぞれ形成され、第1方向Xに間隔をおいて配置されている。これと同様に、第4〜第6出力領域304〜306は、第1方向Xに沿うように延伸するようにそれぞれ形成され、第1方向Xに間隔をおいて配置されている。また、第4〜第6出力領域304〜306は、第1方向Xと直交する第2方向Yにおいて第1〜第3出力領域301〜303と間隔をおいてそれぞれ対向するように配置されている。
また、実施形態3の変形例1では、電源パターン40は、第1電源領域401と、第2電源領域402と、電源連絡領域410と、第1電源接続領域431と、第2電源接続領域432と、第3電源接続領域433とを有している。
第1電源領域401と第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第1電源領域401は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303と所定の間隔を隔てて対向している。第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において後述する第1接地領域501を間に挟んで第1電源領域401と対向するように配置されている。
電源連絡領域410は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向(第1方向X)に延伸するように形成され、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303を間に挟んで第1電源領域401と対向するように配置されている。この例では、電源連絡領域410は、基板20の短手方向の縁部(図12では下縁部)に配置されている。また、電源連絡領域410は、直流電源Pの一端(正極)に電気的に接続されている。
第1電源接続領域431および第2電源接続領域432は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)に延伸するように形成されている。第1電源接続領域431は、第1出力領域301と第2出力領域302との間に配置され、第2電源接続領域432は、第2出力領域302と第3出力領域303との間に配置されている。そして、第1電源接続領域431および第2電源接続領域432は、第1電源領域401と電源連絡領域410とを接続している。
また、実施形態3の変形例1では、接地パターン50は、第1接地領域501と、第2接地領域502と、接地連絡領域510と、第1接地接続領域511と、第2接地接続領域512とを有している。
第1接地領域501と第2接地領域502は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第2接地領域502は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第4〜第6出力領域304〜306と所定の間隔を隔てて対向している。第1接地領域501は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第2電源領域402を間に挟んで第2接地領域502と対向するように配置されている。
接地連絡領域510は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向(第1方向X)に延伸するように形成され、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第4〜第6出力領域304〜306を間に挟んで第2接地領域502と対向するように配置されている。この例では、接地連絡領域510は、基板20の短手方向の縁部(図12では上縁部)に配置されている。また、接地連絡領域510は、直流電源Pの他端(負極)に電気的に接続されている。
第1接地接続領域511と第2接地接続領域512は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)に延伸するように形成されている。第1接地接続領域511は、第4出力領域304と第5出力領域305との間に配置され、第2接地接続領域512は、第5出力領域305と第6出力領域306との間に配置されている。そして、第1接地接続領域511および第2接地接続領域512は、第2接地領域502と接地連絡領域510とを接続している。
実施形態3の変形例1では、実施形態3と同様に、複数の電源領域400と複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向と直交する方向において電源領域400と接地領域500とが所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。
また、実施形態3の変形例1では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wが設けられ、第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wの各々が4つのハイサイドトランジスタ110によって構成されている。
また、実施形態3の変形例1では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wが設けられ、第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wの各々が4つのローサイドトランジスタ120によって構成されている。
実施形態3の変形例1では、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110および1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120は、出力領域300の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)においてハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが後述するキャパシタ130を間に挟んで一対一で隣り合うように、出力領域300の延伸方向に沿う方向(第1方向X)に配置されている。
また、実施形態3の変形例1によるスイッチング電源装置10では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に平滑容量部13が設けられている。平滑容量部13は、複数のキャパシタ130によって構成されている。
実施形態3の変形例1では、実施形態3と同様に、接地パターン50は、第1および第2接地接続部材55,56(接続部材200)により電気的に接続される第1および第2接地領域501,502を有している。なお、図12では、第1および第2接地接続部材55,56を二点鎖線で図示している。第1および第2接地接続部材55,56は、第1接地領域501と第2接地領域502とを電気的に接続している。
実施形態3の変形例1によるスイッチング電源装置10では、実施形態3によるスイッチング電源装置10により得られる効果と同様の効果を得ることができる。例えば、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
図13は、実施形態3の変形例2によるスイッチング電源装置10の構成を例示している。実施形態3の変形例2によるスイッチング電源装置10は、出力パターン30と電源パターン40と接地パターン50と接続部材200の構成とハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とキャパシタ130の配置が実施形態3によるスイッチング電源装置10と異なっている。
実施形態3の変形例2では、出力パターン30は、第1〜第3スイッチング部SWu〜SWwにそれぞれ対応する第1〜第3出力領域301〜303と、第1〜第3スイッチング部SWu〜SWwにそれぞれ対応する第4〜第6出力領域304〜306とを有している。第1〜第3出力領域301〜303は、第1方向Xに沿うように延伸するようにそれぞれ形成され、第1方向Xに間隔をおいて配置されている。これと同様に、第4〜第6出力領域304〜306は、第1方向Xに沿うように延伸するようにそれぞれ形成され、第1方向Xに間隔をおいて配置されている。また、第4〜第6出力領域304〜306は、第1方向Xと直交する第2方向Yにおいて第1〜第3出力領域301〜303と間隔をおいてそれぞれ対向するように配置されている。
また、実施形態3の変形例2では、電源パターン40は、第1電源領域401と、第2電源領域402と、電源接続領域430とを有している。
第1電源領域401と第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第1電源領域401は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303と所定の間隔を隔てて対向している。第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303を間に挟んで第1電源領域401と対向するように配置されている。また、第1電源領域401は、直流電源Pの一端(正極)に電気的に接続されている。
電源接続領域430は、第2方向Yに延伸するように形成され、第1電源領域401と第2電源領域402とを接続している。この例では、電源接続領域430は、基板20の長手方向の縁部(図13では右縁部)に配置されている。
また、実施形態3の変形例2では、接地パターン50は、第1接地領域501と、第2接地領域502とを有している。
第1接地領域501と第2接地領域502は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第2接地領域502は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第4〜第6出力領域304〜306と所定の間隔を隔てて対向している。第1接地領域501は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1電源領域401と第1〜第3出力領域301〜303と第2電源領域402を間に挟んで第2接地領域502と対向するように配置されている。
実施形態3の変形例2では、実施形態3と同様に、複数の電源領域400と複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向と直交する方向において電源領域400と接地領域500とが所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。
また、実施形態3の変形例2では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wが設けられ、第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wの各々が4つのハイサイドトランジスタ110によって構成されている。
また、実施形態3の変形例2では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wが設けられ、第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wの各々が4つのローサイドトランジスタ120によって構成されている。
実施形態3の変形例2では、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110および1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120は、出力領域300の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)においてハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが後述するキャパシタ130を間に挟んで一対一で隣り合うように、出力領域300の延伸方向に沿う方向(第1方向X)に配置されている。
また、実施形態3の変形例2によるスイッチング電源装置10では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に平滑容量部13が設けられている。平滑容量部13は、複数のキャパシタ130によって構成されている。
実施形態3の変形例2では、実施形態3と同様に、接地パターン50は、第1および第2接地接続部材55,56(接続部材200)により電気的に接続される第1および第2接地領域501,502を有している。なお、図13では、第1および第2接地接続部材55,56を二点鎖線で図示している。第1および第2接地接続部材55,56は、第1接地領域501と第2接地領域502とを電気的に接続している。
実施形態3の変形例2によるスイッチング電源装置10では、実施形態3によるスイッチング電源装置10により得られる効果と同様の効果を得ることができる。例えば、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
図14は、実施形態3の変形例3によるスイッチング電源装置10の構成を例示している。実施形態3の変形例2によるスイッチング電源装置10は、電源パターン40の構成が実施形態3によるスイッチング電源装置10と異なっている。
実施形態3の変形例3では、電源パターン40は、図11に示した電源接続領域430に代えて、第1電源接続領域431と第2電源接続領域432とを有している。
第1電源接続領域431と第2電源接続領域432は、第2方向Yに延伸するように形成され、第1電源領域401と第2電源領域402とを接続している。この例では、第1電源接続領域431は、基板20の長手方向の一方の縁部(図14では右縁部)に配置され、第2電源接続領域432は、基板20の長手方向の他方の縁部(図14では左縁部)に配置されている。この例では、第1電源領域401と第2電源領域402と第1電源接続領域431と第2電源接続領域432とが接続されることで、途切れのない環状経路が形成されている。すなわち、この例では、電源パターン40は、途切れのない環状経路を有している。
実施形態3の変形例3によるスイッチング電源装置10では、実施形態3によるスイッチング電源装置10により得られる効果と同様の効果を得ることができる。例えば、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
また、以上の説明では、接続部材200がバスバー(板状に形成された導体)によって構成されている場合を例に挙げたが、これに限らず、接続部材200は、例えば、金属導線によって構成されていてもよい。
11 ハイサイドスイッチング素子
12 ローサイドスイッチング素子
110 ハイサイドトランジスタ
120 ローサイドトランジスタ
130 キャパシタ
13 平滑容量部
20 基板
21 絶縁層
22 導電層
23 放熱層
24 放熱部材
25 固定ネジ
26 半田部
27 ナット
28 ボルト
200 接続部材
201 本体部
202 延出部
30 出力パターン
301〜306 出力領域
40 電源パターン
401〜406 電源領域
41〜43 電源接続部材
50 接地パターン
501〜509 接地領域
51 接地接続部材
Claims (14)
- 直列に接続されたハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を有するスイッチング電源装置であって、
絶縁層と、前記絶縁層の一方面に設けられた導電層とを有する基板と、
前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ハイサイドスイッチング素子を構成する複数のハイサイドトランジスタと、
前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ローサイドスイッチング素子を構成する複数のローサイドトランジスタとを備え、
前記複数のハイサイドトランジスタおよび前記複数のローサイドトランジスタは、前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとが一対一で隣り合うように配置されている
スイッチング電源装置。 - 請求項1において、
前記導電層に設けられた平滑容量部をさらに備えている
スイッチング電源装置。 - 請求項2において、
前記平滑容量部は、前記導電層に設けられて前記複数のハイサイドトランジスタおよび前記複数のローサイドトランジスタにそれぞれ対応する複数のキャパシタを有し、
前記複数のキャパシタの各々は、前記複数のハイサイドトランジスタおよび前記複数のローサイドトランジスタのうち前記キャパシタに対応するトランジスタと隣り合うように配置されている
スイッチング電源装置。 - 請求項3において、
前記複数のハイサイドトランジスタおよび前記複数のローサイドトランジスタは、第1方向において前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとが一対一で隣り合うように前記第1方向に配置され、
前記複数のキャパシタの各々は、前記第1方向と直交する第2方向において前記複数のハイサイドトランジスタおよび前記複数のローサイドトランジスタのうち前記キャパシタに対応するトランジスタと隣り合うように配置されている
スイッチング電源装置。 - 請求項3において、
前記複数のハイサイドトランジスタと前記複数のローサイドトランジスタと前記複数のキャパシタは、前記ハイサイドトランジスタと前記ハイサイドトランジスタに対応するキャパシタとの組と前記ローサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタに対応するキャパシタとの組とが互いに隣り合うように配置されている
スイッチング電源装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項において、
前記導電層には、出力パターンと電源パターンと接地パターンとが形成され、
前記複数のハイサイドトランジスタは、前記出力パターンと前記電源パターンとに電気的に接続され、
前記複数のローサイドトランジスタは、前記出力パターンと前記接地パターンとに電気的に接続され、
前記電源パターンおよび前記接地パターンのうち少なくとも一方のパターンは、接続部材により電気的に接続される複数の配線領域を有している
スイッチング電源装置。 - 請求項6において、
前記接続部材は、板状に形成された導体により構成されている
スイッチング電源装置。 - 請求項7において、
前記基板は、前記絶縁層と、前記導電層と、前記絶縁層の他方面に設けられた放熱層とを有し、
前記接続部材を構成する材料は、前記放熱層を構成する材料と同種となっている
スイッチング電源装置。 - 請求項7または8において、
前記接続部材は、前記複数の配線領域に半田により接合されている
スイッチング電源装置。 - 請求項7において、
前記基板は、前記絶縁層と、前記導電層と、前記絶縁層の他方面に設けられた放熱層とを有し、
前記接続部材は、板状に形成されて前記導電層と間隔をおいて対向する本体部と、前記本体部から前記複数の配線領域のいずれか1つへ向けて延出する延出部とを有し、
前記基板には、前記絶縁層を貫通する第1貫通孔と、前記複数の配線領域のいずれか1つを貫通して前記第1貫通孔と連通する第2貫通孔と、前記放熱層を貫通して前記第1貫通孔と連通する第3貫通孔とが設けられ、
前記接続部材の延出部は、前記第1貫通孔と前記第2貫通孔と前記第3貫通孔とに挿入された状態で前記複数の配線領域のうち前記第2貫通孔が設けられた配線領域に半田により接合され、
前記第1貫通孔と前記第2貫通孔と前記第3貫通孔とに挿入された前記接続部材の延出部と前記第3貫通孔の内壁との接触が回避されるように、前記第3貫通孔の開口面積は、前記第1貫通孔の開口面積よりも大きくなっている
スイッチング電源装置。 - 請求項9または10において、
前記接続部材のうち前記複数の配線領域と半田により接合される部分には、半田による接合を可能とするためのめっき処理が施されている
スイッチング電源装置。 - 請求項7または8において、
前記複数の配線領域のいずれか1つに半田により接合されるナットと、
前記接続部材を貫通して前記ナットに締結されるボルトとをさらに備えている
スイッチング電源装置。 - 請求項1において、
前記導電層には、出力パターンと電源パターンと接地パターンとが形成され、
前記複数のハイサイドトランジスタは、前記出力パターンと前記電源パターンとに電気的に接続され、
前記複数のローサイドトランジスタは、前記出力パターンと前記接地パターンとに電気的に接続され、
前記電源パターンおよび前記接地パターンのうち少なくとも一方のパターンは、途切れのない環状経路を有している
スイッチング電源装置。 - 直列に接続されたハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を有するスイッチング電源装置であって、
絶縁層と、前記絶縁層の一方面に設けられた導電層とを有する基板と、
前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ハイサイドスイッチング素子を構成するハイサイドトランジスタと、
前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ローサイドスイッチング素子を構成するローサイドトランジスタと、
前記導電層に設けられた平滑容量部とを備え、
前記平滑容量部は、前記導電層に設けられて前記ハイサイドトランジスタおよび前記ローサイドトランジスタにそれぞれ対応する複数のキャパシタを有し、
前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタと前記複数のキャパシタは、前記ハイサイドトランジスタと前記ハイサイドトランジスタに対応するキャパシタとの組と前記ローサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタに対応するキャパシタとの組とが互いに隣り合うように配置されている
スイッチング電源装置。
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