JP3022180B2 - プリントコイル形トランスの実装構造 - Google Patents
プリントコイル形トランスの実装構造Info
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- JP3022180B2 JP3022180B2 JP6175123A JP17512394A JP3022180B2 JP 3022180 B2 JP3022180 B2 JP 3022180B2 JP 6175123 A JP6175123 A JP 6175123A JP 17512394 A JP17512394 A JP 17512394A JP 3022180 B2 JP3022180 B2 JP 3022180B2
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- Japan
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- transformer
- heat
- winding
- power supply
- printed coil
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスイッチング電源に用い
て好適なプリントコイル形トランスに係り、特に放熱を
容易にする構造の改良に関する。
て好適なプリントコイル形トランスに係り、特に放熱を
容易にする構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子部品で発生する熱を放出する構造
は、本出願人の提案にかかる実開平４−８３９０号公報
に開示されているように、熱伝導板を用いて放熱器や筐
体に伝熱する構造が知られている。しかしながら、出力
１００Ｗ程度のスイッチング電源の用途においては、発
熱する電子部品として認識されているものはスイッチン
グ用のトランジスタやダイオードで、トランスについて
は形状が大形であるため自然の放熱に頼っていた。
は、本出願人の提案にかかる実開平４−８３９０号公報
に開示されているように、熱伝導板を用いて放熱器や筐
体に伝熱する構造が知られている。しかしながら、出力
１００Ｗ程度のスイッチング電源の用途においては、発
熱する電子部品として認識されているものはスイッチン
グ用のトランジスタやダイオードで、トランスについて
は形状が大形であるため自然の放熱に頼っていた。
【０００３】図８は従来のスイッチング電源の実装状態
を示す側面図で、放熱経路については矢印↑で表してい
る。図において、実装基板１０はエポキシ樹脂などの絶
縁性材料で平板状に構成されたもので、銅などの導電性
材料で形成された配線パターン１２が片面、若しくは両
面に設けられている。電子部品２０はパワーダイオード
やパワートランジスタ等の発熱するもので、実装基板１
０に搭載されている。ヒートシンク３０は実装基板１０
に搭載されるもので、電子部品２０に熱的に接触して放
熱を行う。トランス４０は従来の巻線を用いたもので、
実装基板１０に搭載される。その内部構造は、電磁的な
結合を良好にするためコア４１がボビン４２の中穴に装
着されると共に、ボビン４２に巻線４３が巻かれてい
る。巻線４３は端子４４と接続されており、この端子４
４が実装基板１０に設けられた貫通穴に半田つけされ
る。
を示す側面図で、放熱経路については矢印↑で表してい
る。図において、実装基板１０はエポキシ樹脂などの絶
縁性材料で平板状に構成されたもので、銅などの導電性
材料で形成された配線パターン１２が片面、若しくは両
面に設けられている。電子部品２０はパワーダイオード
やパワートランジスタ等の発熱するもので、実装基板１
０に搭載されている。ヒートシンク３０は実装基板１０
に搭載されるもので、電子部品２０に熱的に接触して放
熱を行う。トランス４０は従来の巻線を用いたもので、
実装基板１０に搭載される。その内部構造は、電磁的な
結合を良好にするためコア４１がボビン４２の中穴に装
着されると共に、ボビン４２に巻線４３が巻かれてい
る。巻線４３は端子４４と接続されており、この端子４
４が実装基板１０に設けられた貫通穴に半田つけされ
る。
【０００４】図９は図８の装置の回路図で、図８と同様
に放熱経路については矢印↑で表している。図におい
て、入力電源Ｖinから直流電圧が入力コンデンサＣinを
介してトランスＴの一次巻線ｎ１に印加される。そし
て、一次巻線ｎ１に接続されたスイッチングトランジス
タＴｒにより、一次巻線ｎ１に流れる電流がオンオフさ
れる。すると、トランスＴの二次巻線ｎ２にスイッチン
グ信号が誘起されるので、ダイオードＤで整流し、コン
デンサＣoutで整流して負荷ＲLに出力電圧Ｖoutを供給
している。
に放熱経路については矢印↑で表している。図におい
て、入力電源Ｖinから直流電圧が入力コンデンサＣinを
介してトランスＴの一次巻線ｎ１に印加される。そし
て、一次巻線ｎ１に接続されたスイッチングトランジス
タＴｒにより、一次巻線ｎ１に流れる電流がオンオフさ
れる。すると、トランスＴの二次巻線ｎ２にスイッチン
グ信号が誘起されるので、ダイオードＤで整流し、コン
デンサＣoutで整流して負荷ＲLに出力電圧Ｖoutを供給
している。
【０００５】図１０は従来装置の放熱経路の等価回路図
である。発熱体としては、スイッチングトランジスタＱ
Tr、トランスＱT並びにダイオードＱDがあり、それぞれ
は実質的に独立している。すなわち、トランスＴでは巻
線４３からの発熱が問題になるが、この放熱経路はトラ
ンス表面からの対流放熱と、端子４４経由で伝導伝熱さ
れるものの二つの主要な経路がある。このうち、伝導伝
熱については熱抵抗が大きいため対流放熱に比較して無
視できる程度になっている。熱抵抗は、特に巻線発熱部
と端子４４との間に絶縁物や空気が介在している為大き
く、更に端子４４自体もスズメッキ鉄線なので熱抵抗が
比較的高くなっている。例えば、コア４３としてＪＩＳ
に規定されているEER25.5を用いると、熱抵抗は７０゜C
／Ｗ程度になっている。
である。発熱体としては、スイッチングトランジスタＱ
Tr、トランスＱT並びにダイオードＱDがあり、それぞれ
は実質的に独立している。すなわち、トランスＴでは巻
線４３からの発熱が問題になるが、この放熱経路はトラ
ンス表面からの対流放熱と、端子４４経由で伝導伝熱さ
れるものの二つの主要な経路がある。このうち、伝導伝
熱については熱抵抗が大きいため対流放熱に比較して無
視できる程度になっている。熱抵抗は、特に巻線発熱部
と端子４４との間に絶縁物や空気が介在している為大き
く、更に端子４４自体もスズメッキ鉄線なので熱抵抗が
比較的高くなっている。例えば、コア４３としてＪＩＳ
に規定されているEER25.5を用いると、熱抵抗は７０゜C
／Ｗ程度になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、トランスＴ
を対流放熱のみで冷却する場合、熱損失が２倍になると
体積を2.8倍にする必要がある（『電子機器の熱対策設
計』p.280)。この為、消費電力が増大するとトランス形
状が大形化するという課題がある。
を対流放熱のみで冷却する場合、熱損失が２倍になると
体積を2.8倍にする必要がある（『電子機器の熱対策設
計』p.280)。この為、消費電力が増大するとトランス形
状が大形化するという課題がある。
【０００７】また、対流放熱を用いると、トランス周囲
の部品配置により変化し、例えば冷却風が良く当たるよ
うな位置では熱抵抗は減少するが、背の高い電子部品の
影にはいると逆になる。そこで、電源回路設計時に部品
配置が変更されるとトランスの冷却能力は大きく変化
し、電源回路設計と熱設計が分離できず、設計作業が煩
雑になるという課題があった。本発明はこのような課題
を解決したもので、電源トランスの冷却能率が高く、且
つ部品配置によらず熱設計のできるプリントコイル形ト
ランスの実装構造を提供することを目的とする。
の部品配置により変化し、例えば冷却風が良く当たるよ
うな位置では熱抵抗は減少するが、背の高い電子部品の
影にはいると逆になる。そこで、電源回路設計時に部品
配置が変更されるとトランスの冷却能力は大きく変化
し、電源回路設計と熱設計が分離できず、設計作業が煩
雑になるという課題があった。本発明はこのような課題
を解決したもので、電源トランスの冷却能率が高く、且
つ部品配置によらず熱設計のできるプリントコイル形ト
ランスの実装構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、一次巻線Ｎｐに印加される直流電圧Ｖinをスイ
ッチング素子Ｔｒによりオンオフし、二次巻線Ｎｓに誘
起されるスイッチング信号を整流平滑化して負荷ＲLに
供給するスイッチング電源に用いられるトランスであっ
て、内層パターン５２を絶縁性樹脂を用いて積層し、各
内層パターンを当該一次巻線と二次巻線に割当てると共
に、当該一次巻線と二次巻線の両端に接続される銅系材
料よりなるピン端子５３を有するプリントコイル形トラ
ンス５０と、当該スイッチング電源のＡＣグランドに接
地される共に、前記スイッチング素子並びに二次側整流
回路に装着されるヒートシンク３０と、このプリントコ
イルの各ピン端子と当該ヒートシンクとの間を伝熱する
配線パターン１２を当該スイッチング電源の実装される
実装基板１０に設けたことを特徴としている。
発明は、一次巻線Ｎｐに印加される直流電圧Ｖinをスイ
ッチング素子Ｔｒによりオンオフし、二次巻線Ｎｓに誘
起されるスイッチング信号を整流平滑化して負荷ＲLに
供給するスイッチング電源に用いられるトランスであっ
て、内層パターン５２を絶縁性樹脂を用いて積層し、各
内層パターンを当該一次巻線と二次巻線に割当てると共
に、当該一次巻線と二次巻線の両端に接続される銅系材
料よりなるピン端子５３を有するプリントコイル形トラ
ンス５０と、当該スイッチング電源のＡＣグランドに接
地される共に、前記スイッチング素子並びに二次側整流
回路に装着されるヒートシンク３０と、このプリントコ
イルの各ピン端子と当該ヒートシンクとの間を伝熱する
配線パターン１２を当該スイッチング電源の実装される
実装基板１０に設けたことを特徴としている。
【０００９】
【作用】本発明の構成によれば、トランスにプリントコ
イル形トランスを用いているので、一次巻線や二次巻線
の絶縁に絶縁性樹脂を利用することになり、従来の空気
絶縁に比較してトランス形状が小型になる。またピン端
子と配線パターンを用いて、プリントコイル形トランス
とヒートシンクが熱的に接続され、放熱抵抗が小さくな
る。そこで、トランスの放熱に当たり伝導放熱が支配的
になり、対流伝熱のように他の部品の配置に熱設計が影
響されることが少なくなる。
イル形トランスを用いているので、一次巻線や二次巻線
の絶縁に絶縁性樹脂を利用することになり、従来の空気
絶縁に比較してトランス形状が小型になる。またピン端
子と配線パターンを用いて、プリントコイル形トランス
とヒートシンクが熱的に接続され、放熱抵抗が小さくな
る。そこで、トランスの放熱に当たり伝導放熱が支配的
になり、対流伝熱のように他の部品の配置に熱設計が影
響されることが少なくなる。
【００１０】
【実施例】以下図面を用いて、本発明を説明する。図１
は本発明の一実施例を示すスイッチング電源の実装状態
を説明する側面図である。尚、図１において前記図８と
同一作用をするものには同一符号を付して説明を省略す
る。プリントコイル形トランス５０は、従来のボビンと
導線を一体化したもので、具体的な詳細構造は例えば本
出願人の提案にかかる特願平６−１２８５３１号明細書
に開示してある。ここでは、中央部にコア５１が装着さ
れ、内層パターン５２を絶縁性樹脂を用いて積層してい
る。コア５１を中心として半径方向と軸方向の一次巻線
と二次巻線の絶縁は、固体絶縁体の厚みにより確保され
る。その耐電圧は、空気の１ｋＶ／ｍｍに対して、絶縁
性樹脂では10ｋＶ／ｍｍと１０倍程度になっている。そ
こで、従来の空気絶縁に比較して絶縁層の厚さを1/10に
逓減できる。そして、各内層パターン５２を当該一次巻
線と二次巻線に割当てる。
は本発明の一実施例を示すスイッチング電源の実装状態
を説明する側面図である。尚、図１において前記図８と
同一作用をするものには同一符号を付して説明を省略す
る。プリントコイル形トランス５０は、従来のボビンと
導線を一体化したもので、具体的な詳細構造は例えば本
出願人の提案にかかる特願平６−１２８５３１号明細書
に開示してある。ここでは、中央部にコア５１が装着さ
れ、内層パターン５２を絶縁性樹脂を用いて積層してい
る。コア５１を中心として半径方向と軸方向の一次巻線
と二次巻線の絶縁は、固体絶縁体の厚みにより確保され
る。その耐電圧は、空気の１ｋＶ／ｍｍに対して、絶縁
性樹脂では10ｋＶ／ｍｍと１０倍程度になっている。そ
こで、従来の空気絶縁に比較して絶縁層の厚さを1/10に
逓減できる。そして、各内層パターン５２を当該一次巻
線と二次巻線に割当てる。
【００１１】ピン端子５３は、トランスの一次巻線と二
次巻線の両端に接続されるもので、熱抵抗を小さくする
為銅系材料を用いている。ピン端子５３に巻線をからげ
る構造ではないから、ピン端子５３の曲げ剛性は小さく
て足りる。そこで、従来のススメッキ鉄線に比較する
と、銅系材料の熱伝導率は１０倍以上であるから、トラ
ンスの巻線で発生する熱はピン端子５３を介して配線パ
ターン１２に円滑に伝導される。配線パターン１２は実
装基板１０に形成されたもので、電気抵抗を小さくする
ため銅系材料が用いられている。ヒートシンク３０の実
装基板１０固定用端子３２は、この配線パターン１２と
接続されている。
次巻線の両端に接続されるもので、熱抵抗を小さくする
為銅系材料を用いている。ピン端子５３に巻線をからげ
る構造ではないから、ピン端子５３の曲げ剛性は小さく
て足りる。そこで、従来のススメッキ鉄線に比較する
と、銅系材料の熱伝導率は１０倍以上であるから、トラ
ンスの巻線で発生する熱はピン端子５３を介して配線パ
ターン１２に円滑に伝導される。配線パターン１２は実
装基板１０に形成されたもので、電気抵抗を小さくする
ため銅系材料が用いられている。ヒートシンク３０の実
装基板１０固定用端子３２は、この配線パターン１２と
接続されている。
【００１２】図２は図１の装置の回路図で、図９と同一
作用をするものには同一符号を付して説明を省略する。
ここでは、トランス４０の一次巻線ｎ１と二次巻線ｎ２
のＡＣグランド側に●を付している。ヒートシンク３０
は、ＡＣグランド側に接続される。これによりヒートシ
ンク３０と周囲部品との間の浮遊容量によるノイズ伝播
を軽減できる。
作用をするものには同一符号を付して説明を省略する。
ここでは、トランス４０の一次巻線ｎ１と二次巻線ｎ２
のＡＣグランド側に●を付している。ヒートシンク３０
は、ＡＣグランド側に接続される。これによりヒートシ
ンク３０と周囲部品との間の浮遊容量によるノイズ伝播
を軽減できる。
【００１３】図３は図１の装置の放熱経路の等価回路図
である。プリントコイル形トランスではトランス形状が
従来に比較すると格段に小型化されるので、表面積が小
さくなった分対流放熱による冷却能力が低下する。他
方、伝導伝熱については、巻線発熱部からピン端子５３
までの熱抵抗Ｒ52と、ピン端子５３から配線パターン１
２までの熱抵抗Ｒ53と、配線パターン１２から固定用端
子３２までの熱抵抗Ｒ12並びにヒートシンク３０の熱抵
抗Ｒ30が存在している。ここで、熱抵抗Ｒ52は１０゜C／
Ｗ程度であり、熱抵抗Ｒ53は端子径φが1.0ｍｍで端子
長が５ｍｍのものについて１本当たり１０゜C／Ｗ程度だ
から、ピン端子５３を５本構成とすると２゜C／Ｗ程度と
充分低い値にすることができる。従って、巻線発熱部か
ら配線パターン１２までの熱抵抗Ｒ52+53を総合的には
６゜C／Ｗ程度にすることができ、従来例に比較して1/10
程度の熱抵抗となる。ところで、熱抵抗Ｒ12と熱抵抗Ｒ
30は、設計により充分小さな熱抵抗とできるので、伝導
伝熱により充分な冷却能力が得られる。
である。プリントコイル形トランスではトランス形状が
従来に比較すると格段に小型化されるので、表面積が小
さくなった分対流放熱による冷却能力が低下する。他
方、伝導伝熱については、巻線発熱部からピン端子５３
までの熱抵抗Ｒ52と、ピン端子５３から配線パターン１
２までの熱抵抗Ｒ53と、配線パターン１２から固定用端
子３２までの熱抵抗Ｒ12並びにヒートシンク３０の熱抵
抗Ｒ30が存在している。ここで、熱抵抗Ｒ52は１０゜C／
Ｗ程度であり、熱抵抗Ｒ53は端子径φが1.0ｍｍで端子
長が５ｍｍのものについて１本当たり１０゜C／Ｗ程度だ
から、ピン端子５３を５本構成とすると２゜C／Ｗ程度と
充分低い値にすることができる。従って、巻線発熱部か
ら配線パターン１２までの熱抵抗Ｒ52+53を総合的には
６゜C／Ｗ程度にすることができ、従来例に比較して1/10
程度の熱抵抗となる。ところで、熱抵抗Ｒ12と熱抵抗Ｒ
30は、設計により充分小さな熱抵抗とできるので、伝導
伝熱により充分な冷却能力が得られる。
【００１４】図４は本発明の第２実施例を示す構成斜視
図、図５は図４の装置の回路図である。ここでは、スイ
ッチング電源の一次側と二次側のヒートシンク３０を共
用している。このように構成すると、スイッチング電源
の一次側と二次側のヒートシンク３０を分離する場合よ
りも、放熱効率が良好になる。
図、図５は図４の装置の回路図である。ここでは、スイ
ッチング電源の一次側と二次側のヒートシンク３０を共
用している。このように構成すると、スイッチング電源
の一次側と二次側のヒートシンク３０を分離する場合よ
りも、放熱効率が良好になる。
【００１５】図６は本発明の第３実施例を示す構成斜視
図、図７は図６の装置の回路図である。ここでは、電子
部品２０用のヒートシンク３０のみでは冷却能力が不足
するので、追加ヒートシンク３４を設けている。追加ヒ
ートシンク３４も配線パターン１２と熱的に接続されて
おり、トランス４０の放熱を助ける。この配線パターン
１２はＡＣグランドとして使用されているものである。
図、図７は図６の装置の回路図である。ここでは、電子
部品２０用のヒートシンク３０のみでは冷却能力が不足
するので、追加ヒートシンク３４を設けている。追加ヒ
ートシンク３４も配線パターン１２と熱的に接続されて
おり、トランス４０の放熱を助ける。この配線パターン
１２はＡＣグランドとして使用されているものである。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トランスの一次巻線や二次巻線で発生する熱を放熱する
に当たり、プリントコイル形トランスを用いて巻線発熱
部からピン端子５３までの放熱抵抗を低減しているの
で、従来に比較して伝導放熱による冷却が容易になり、
特にトランスが小型化して対流放熱の能力が小さい場合
に冷却が容易になるという効果がある。またトランスの
発熱は、実質的にヒートシンク３０を用いた伝導放熱に
より冷却するので、熱設計が電子部品の配置の影響を受
けなくなるという効果もある。
トランスの一次巻線や二次巻線で発生する熱を放熱する
に当たり、プリントコイル形トランスを用いて巻線発熱
部からピン端子５３までの放熱抵抗を低減しているの
で、従来に比較して伝導放熱による冷却が容易になり、
特にトランスが小型化して対流放熱の能力が小さい場合
に冷却が容易になるという効果がある。またトランスの
発熱は、実質的にヒートシンク３０を用いた伝導放熱に
より冷却するので、熱設計が電子部品の配置の影響を受
けなくなるという効果もある。
【図１】本発明の一実施例を示すスイッチング電源の実
装状態を説明する側面図である。
装状態を説明する側面図である。
【図２】補助巻線用平板コイル部２３の平面図である。
【図３】図１の装置の放熱経路の等価回路図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す構成斜視図である。
【図５】図４の装置の回路図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す構成斜視図である。
【図７】図６の装置の回路図である。
【図８】従来のスイッチング電源の実装状態を説明する
側面図である。
側面図である。
【図９】図８の装置の回路図である。
【図１０】従来装置の放熱経路の等価回路図である。
１０ 実装基板 １２ 配線パターン ２０ 電子部品 ３０ ヒートシンク ５０ プリントコイル形トランス ５２ 内層パターン ５３ ピン端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 27/08 H01F 30/00
Claims (1)
- 【請求項１】一次巻線（Ｎｐ）に印加される直流電圧
（Ｖin）をスイッチング素子（Ｔｒ）によりオンオフ
し、二次巻線（Ｎｓ）に誘起されるスイッチング信号を
整流平滑化して負荷（ＲL）に供給するスイッチング電
源に用いられるトランスであって、 内層パターン（５２）を絶縁性樹脂を用いて積層し、各
内層パターンを当該一次巻線と二次巻線に割当てると共
に、当該一次巻線と二次巻線の両端に接続される銅系材
料よりなるピン端子（５３）を有するプリントコイル形
トランス（５０）と、 当該スイッチング電源のＡＣグランドに接地される共
に、前記スイッチング素子並びに二次側整流回路に装着
されるヒートシンク（３０）と、 このプリントコイルの各ピン端子と当該ヒートシンクと
の間を伝熱する配線パターン（１２）を当該スイッチン
グ電源の実装される実装基板（１０）に設けたことを特
徴とするプリントコイル形トランスの実装構造。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6175123A JP3022180B2 (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | プリントコイル形トランスの実装構造 |
| TW084105804A TW282594B (ja) | 1994-06-30 | 1995-06-08 | |
| US08/492,176 US5659461A (en) | 1994-06-30 | 1995-06-19 | Switching power supply using printed coil type transformer |
| DE19523976A DE19523976A1 (de) | 1994-06-30 | 1995-06-30 | Schaltnetzteil mit einem Transformator aus gedruckten Spulen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6175123A JP3022180B2 (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | プリントコイル形トランスの実装構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0845748A JPH0845748A (ja) | 1996-02-16 |
| JP3022180B2 true JP3022180B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=15990690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6175123A Expired - Lifetime JP3022180B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-07-27 | プリントコイル形トランスの実装構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3022180B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7262973B2 (en) | 2003-08-29 | 2007-08-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Power conversion module device and power unit using the same |
| WO2015107769A1 (ja) * | 2014-01-15 | 2015-07-23 | カルソニックカンセイ株式会社 | プレーナ型トランス及び共振型コンバータ |
| JP6225847B2 (ja) * | 2014-07-08 | 2017-11-08 | 株式会社デンソー | 電源装置 |
-
1994
- 1994-07-27 JP JP6175123A patent/JP3022180B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0845748A (ja) | 1996-02-16 |
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