JP3555742B2

JP3555742B2 - 電子回路装置

Info

Publication number: JP3555742B2
Application number: JP26300198A
Authority: JP
Inventors: 剛山下
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: JP2000091884A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属ケースのごときプレートに接して設けられてこの金属部材を通じて伝熱冷却を行う発熱部品を有する電子回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られているように、電気自動車用充電装置などに用いられる電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、入力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路、インバータ回路の入力端に設けられる平滑コンデンサ、インバータ回路の出力電圧を変圧するトランス、トランスの出力を整流する整流回路、及び、整流回路の出力電圧を平滑化する出力平滑化回路を有している。
【０００３】
電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を構成する上記素子のうち少なくともインバータ回路の電力スィッチング素子は冷却やヒートシンクのために金属部材を通じて回路基板に固定され、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を構成する他の回路部品は回路基板に実装され、回路基板は金属プレートの締結用突起に締結され、この金属プレートが回路基板の支持、被覆保護を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（以下単にＤＣ−ＤＣコンバータ回路という）のごとき電力用電子回路装置では、更に、発熱部品が発生する熱のために高密度実装に限界が生じ、無理に高密度実装を行うと、発熱部品や半導体素子の寿命が短縮するという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、発熱部品の冷却性を阻害することなく、高密度実装を実現可能な電子回路装置を提供することをその目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の電子回路装置の一態様では、発熱部品が反金属プレート側の実装面または金属プレート側の反実装面に実装される回路基板を、金属プレートから突出する螺子穴付き金属突起にねじで締結して支承する構造の電子回路装置において、発熱部品の接地端子が接続される接地導体パターンを回路基板の反実装面（金属プレート側の表面）に設け、更に、この接地導体パターンを螺子穴付き金属突起の頂面に密着させる。
【０００７】
このようにすれば、ねじで回路基板を金属突起の頂面に締結することにより、この接地導体パターンは良好に金属突起に密着することになるので、発熱部品の接地端子の接地とともに、発熱部品の熱をこの接地端子、接地導体パターン、金属突起を順次通じて、良好なヒートシンク性能及び放熱機能をもつ金属プレートに放散することができ、これにより発熱部品の冷却性を阻害することなく高密度実装を実現可能な電子回路装置を実現することができる。
【０００８】
この発明の電子回路装置の他態様では、発熱部品が反金属プレート側の実装面または金属プレート側の反実装面に実装される回路基板を、金属プレートから突出する螺子穴付き金属突起にねじで締結して支承する構造の電子回路装置において、発熱部品の接地端子が接続される接地導体パターンを回路基板の実装面（反金属プレート側の表面）に設け、更に、この接地導体パターンをねじの頭部に密着させる。このようにすれば、ねじで回路基板を金属突起の頂面に締結することにより、この接地導体パターンは良好にねじに密着することになるので、発熱部品の接地端子の接地とともに、発熱部品の熱をこの接地端子、接地導体パターン、ねじ、金属突起を順次通じて、良好なヒートシンク性能及び放熱機能をもつ金属プレートに放散することができ、これにより発熱部品の冷却性を阻害することなく高密度実装を実現可能な電子回路装置を実現することができる。
【００１２】
本発明では特に、表側接地導体パターン又は裏側接地導体パターンに密着して、金属プレート温度検出用の温度検出素子を有するので、金属プレート温度を簡単に検出できるという効果を更に奏することができる。
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の電子回路装置において更に、温度検出素子は、温度検出素子と発熱部品との間の熱抵抗よりも、温度検出素子と金属プレートとの間の熱抵抗が小さい位置に配置されるので、金属プレートの温度検出がより正確となる。
【００１６】
【発明を実施するための態様】
発熱部品の冷却を良好に実行するには、表側接地導体パターンや裏側接地導体パターンにより電気的かつ熱的に結合されるねじ及び金属突起と発熱部品の接地端子との間の距離をできるだけ短縮するべきであり、その意味において、金属突起の頂面の一部は発熱部品の直下まで延設されることが望ましい。
【００１７】
本発明の電子回路装置の一例として電気自動車用の充電装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００１８】
【実施例１】
この充電装置は、図１に示すように、商用交流電源から給電される交流電力を整流する整流回路１、低圧の補機バッテリ２、一対の切り換えリレー３、昇圧チョッパ回路４、入力側平滑コンデンサ５、ＤＣ／ＤＣコンバ−タ６、主機バッテリ７、制御回路８、電流センサ９、１０を備えている。
【００１９】
一対の切り換えリレー３は、整流回路１及び補機バッテリ２の直流電圧の一方を選択して昇圧チョッパ回路４へ入力する。
昇圧チョッパ回路４は、チョークコイル（リアクトル）４１、スイッチング素子であるパワ−ＭＯＳトランジスタ４２、ダイオード４３からなる。パワ−ＭＯＳトランジスタ４２のソース電極は、接地ラインＬ、低位側の切り換えリレー３を通じて整流回路１又は低圧の補機バッテリ２の低位端に接続されている。パワ−ＭＯＳトランジスタ４２のドレイン電極はチョークコイル４１及び高位側の切り換えリレー３を通じて整流回路１又は低圧の補機バッテリ２の高位端に接続され、更にダイオード４３のアノード電極に接続されている。パワ−ＭＯＳトランジスタ４２を一定周期で断続制御することにより、チョークコイル４１とパワ−ＭＯＳトランジスタ４２との接続点に生じた高電圧（リップル含有直流電圧）はダイオード４３を通じてＤＣ／ＤＣコンバ−タ６の入力端に印加される。
【００２０】
入力側平滑コンデンサ５は、ＤＣ／ＤＣコンバ−タ６の一対の入力端間に接続されており、ダイオード４３を通じて入力される上記リップル含有直流電圧の交流成分を接地ラインＬを通じて整流回路１又は補機バッテリ２の低位端にバイパスする。
ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、図２に示すように、入力直流電力を交流電力に変換するインバータ回路６１、インバータ回路６１の出力電圧を変更するトランス６２、トランス６２の出力を整流する全波整流回路６３、及び、全波整流回路６３の出力電圧を平滑化する出力平滑化回路６４を有する。インバータ回路６１は、ダイオードがそれぞれ逆並列接続されて交互に断続制御されるパワ−ＭＯＳトランジスタからなる。これらパワ−ＭＯＳトランジスタの交互逆相断続によりトランス６２の二次側に生じた交流電圧は全波整流回路６３で整流され、出力平滑化回路を構成するチョークコイル６５及び平滑コンデンサ６６で平滑されて主機バッテリ７に印加される。
（入力側平滑コンデンサ５近傍の回路構造）
本実施例の特徴を示す入力側平滑コンデンサ５近傍の回路構造を図３に示す。
【００２１】
１００は金属プレート、１０１は金属プレート１００の上面から突出する複数の金属突起（１個のみ図示）、１０２は回路基板、５は入力側平滑コンデンサ（本発明でいう発熱部品）、１０４はねじ、１０５はサーミスタである。
金属プレート１００及び金属突起１０１は、アルミ成形により形成されており、金属プレート１００は回路基板１０２の反実装面に面してそれと平行に延設され、円柱状の金属突起１０１の平坦な頂面には回路基板１０２が搭載されており、ねじ１０４を金属突起１０１のねじ穴に螺合することにより回路基板１０２は金属突起１０１に締結されている。
【００２２】
回路基板１０２の上面には入力側平滑コンデンサ５やサーミスタ１０５の他、上述した種々の回路素子が実装されている。
１０６は、回路基板１０２の上面（実装面）に形成された接地導体パターン、１０７は、回路基板１０２の下面（反実装面）に形成された放熱用導体パターンであって、入力側平滑コンデンサ５の角形ケース１０３の側面は接地導体パターン１０６に密着している。入力側平滑コンデンサ５は、回路基板１０２の実装面と平行に一対の端子（図示せず）をもち、その低位側の端子は図示しないブスバー（接地ラインＬ）を通じて、他の回路部品３、４２、６の低位端に接続されるとともに、金属プレート１００にも接続されている。なお、入力側平滑コンデンサ５の上記角形ケース１０３は、入力側平滑コンデンサ５の内部にて上記低位側の端子に接続されている。
【００２３】
接地導体パターン１０６はねじ１０４の頭部に密着し、放熱用導体パターン１０７は金属突起１０１の頂面と回路基板１０２とに挟まれてねじ１０４の締結により、金属突起１０１に強く密着している。
サーミスタ１０５の一対の端子１０８は回路基板１０２の導体パターンに接続されており、サーミスタ１０５の外表面は、ねじ１０４の近傍に位置して、特にねじ１０４を挟んで入力側平滑コンデンサ５と反対側に位置して接地導体パターン１０７の上に固着されている。
【００２４】
上述したこの実施例の作用効果を以下に説明する。
この実施例では、ねじ１０４で回路基板１０２を金属突起１０１の頂面に締結することにより、接地導体パターン１０６はねじ１０４を通じて良好に金属突起１０１に密着することになるので、入力側平滑コンデンサ５の熱は、接地導体パターン１０６、ねじ１０４、金属突起１０１を順次通じて、良好なヒートシンク性能及び放熱機能をもつ金属プレート１００に放散される。また、入力側平滑コンデンサ５の低位側の電極は、接地導体パターン１０６、ねじ１０４、金属突起１０１を通じて金属プレート１００に良好に接地される。
【００２５】
また、冷却空気流や放射により冷却される放熱用導体パターン１０７はねじ１０４、接地導体パターン１０６を通じて良好に入力側平滑コンデンサ５を冷却する。
更に、サーミスタ１０５は、接地導体パターン１０６やねじ１０４を通じて金属プレート１００の温度を良好に検出することができる。なお、サーミスタ１０５は放熱用導体パターン１０６に接して設けてもよい。
【００２６】
（変形態様）
上述の実施例では図示しなかったが、発熱部品の低位側の端子や内部で接地されるケースに接続される金属突起１０１は、発熱部品の端子に接続されない金属突起（図示せず）よりも大きく形成されている。
このようにすれば、金属突起１０１の熱抵抗を低減できるので一層有効である。
【００２７】
また、同様に、大発熱の発熱部品の接地端子が接続される接地導体パターン１０６、１０７に接続される螺子穴付き金属突起１０１は、小発熱の発熱部品（図示せず）の接地端子が接続される接地導体パターン（図示せず）に接続される螺子穴付き金属突起よりも大きくしているので、高温となりやすい大発熱部品の熱の放散性が向上する。
【００２８】
【実施例２】
本発明の電子回路装置の他の実施例を図４を参照して説明する。ただし、実施例１と主要機能が共通する構成要素には同一符号を付すものとする。
１００は金属プレート、１０１、１０１ａは金属プレート１００の上面から突出する複数の金属突起（２個のみ図示）、１０２は回路基板、５ａは２端子タイプの発熱部品、１０４はねじ、１０５はサーミスタである。
【００２９】
この実施例は、図３に示す実施例１において、入力側平滑コンデンサ５を発熱部品５ａに変更した点のみが主要な変更点であるので、変更点だけを以下に説明する。
発熱部品５ａは一対の端子５ｂ、５ｃをもち、端子５ｂ、５ｃは、回路基板１０２の孔に挿入されて、回路基板１０２の裏側の導体パターン１０７、１０７ａに個別にはんだ付けされている。
【００３０】
金属突起１０１ａはねじ孔をもたず、ねじにより回路基板１０２に締結されていないが、ねじにより締結することも可能である。金属突起１０１ａの頂面は薄い絶縁フィルム１０９を通じて導体パターン１０７ａに密着している。
このようにすれば、以下の作用効果を奏することができる。
裏側の導体パターン１０７は端子５ｂと金属突起１０１とを接続して、端子５ｂを接地するとともに発熱部品５ａの放熱も行う。更に、発熱部品５は、端子５ｃ、導体パターン１０７ａ、絶縁フィルム１０９、金属突起１０１ａを通じて電気絶縁可能に金属プレート１００に放熱する。
【００３１】
なお、裏側の導体パターン１０７、１０７ａは発熱部品５ａの端子５ｂ、５ｃを回路基板１０２に溶融はんだ槽を用いて固定する際、同時に作成されることができる。
【００３２】
【実施例３】
本発明の電子回路装置の他の実施例を図５を参照して説明する。ただし、実施例１と主要機能が共通する構成要素には同一符号を付すものとする。
この実施例は、図３に示す実施例１の装置構造において、螺子穴なし金属突起１０１ｂ、螺子穴付き金属突起１０１ｃ、ビアホール導体１１０〜１１２を増設し、表側接地導体パターン１０６及び裏側接地導体パターン１０７を延設したものである。ただし、この実施例では、ねじ１０４が挿通される回路基板２の孔の表面にも導体パターン１０６，１０７にも導体層が形成されている。
【００３３】
このようにすれば、ビアホール導体１１０〜１１２を設けることにより、入力側平滑コンデンサ５の直下に金属突起１０１、１０１ｂ、１０１ｃを設けることにより、一層の冷却性向上を実現することができる。
【００３４】
【実施例４】
本発明の電子回路装置の他の実施例を図６を参照して説明する。ただし、実施例３と主要機能が共通する構成要素には同一符号を付すものとする。
この実施例は、図５に示す実施例３の装置構造において、螺子穴付き金属突起１０１、１０１ｃを省略したものである。回路基板１０２は図示しない部位で図示しない金属突起１０１にねじにより締結されている。
【００３５】
この実施例によれば、入力側平滑コンデンサ５の内部接地された金属ケースは表側接地導体パターン１０６、複数のビアホール導体１１０〜１１４、裏側接地導体パターン１０７、金属突起１０１ｂを通じて極めて良好に金属プレート１００に放熱されることができる。
なお、上記各実施例では発熱部品である入力側平滑コンデンサ５は回路基板１０２の反金属プレート側に実装したが、回路基板１０２の金属プレート側に実装してもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子回路装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１に示す電子回路装置のＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図３】図１、図２に示す電子回路装置の入力側平滑コンデンサ５近傍の装置断面図である。
【図４】実施例２の電子回路装置の発熱部品近傍の装置断面図である。
【図５】実施例３の電子回路装置の発熱部品近傍の装置断面図である。
【図６】実施例４の電子回路装置の発熱部品近傍の装置断面図である。
【符号の説明】
５は入力側平滑コンデンサ（発熱部品）、１００は金属プレート、１０１は金属突起（螺子穴付き金属突起）、１０２は回路基板、１０４はねじ、１０５はサーミスタ（温度検出素子）、１０６は表側接地導体パターン、１０７は裏側の接地導体パターン

Claims

接地端子を有する発熱部品を含む回路部品、
表側接地導体パターンを実装面に、裏側接地導体パターンを反実装面に有して前記発熱部品が前記実装面又は反実装面に固定される回路基板、
前記回路基板の前記反実装面に所定間隔を隔てて面しつつ前記反実装面と平行に延在して前記回路基板を固定する金属プレート、
前記金属プレートから前記回路基板の前記反実装面へ向けて突設される螺子穴付き金属突起、
前記回路基板に設けられた貫通孔を通じて前記螺子穴付き金属突起の前記螺子穴に螺合して前記回路基板を前記金属プレートに固定するねじ、及び、
外表面が前記ねじの近傍に位置して前記接地導体パターンに密着し、一対の端子が前記回路基板の導体パターンに接続される金属プレート温度検出用の温度検出素子と、
を備え、
前記温度検出素子が密着する前記接地導体パターンは、前記ねじの頭部又は前記金属突起の頂面に密着していることを特徴とする電子回路装置。
請求項１記載の電子回路装置において、
前記温度検出素子は、前記温度検出素子と前記発熱部品との間の熱抵抗よりも、前記温度検出素子と前記金属プレートとの間の熱抵抗が小さい位置に配置されることを特徴とする電子回路装置。