JP5980287B2 - 絶縁型ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents

Description

この発明は、スイッチング素子、トランス、整流素子、平滑コイル、及び平滑コンデンサを最小構成とする絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータに関するものである。

従来のハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、及び電気自動車には、モータジェネレータを駆動する高電圧バッテリとの絶縁を確保しつつ、この高電圧バッテリの電圧を１４Ｖ系の低電圧に変換し、ヘッドライト、パワーウィンドウ他の補機に電力を供給する絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが搭載されている。この絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、モータジェネレータを駆動するインバータと同様、コスト低減と車両への搭載性向上を目的とし、小型化(パワー密度向上)が強く求められている。
例えば特許文献１では、スイッチング素子と他の電子部品を基板の同一の実装面に実装しつつ、スイッチング素子と対向する冷却器を突出させ、デッドスペースを縮小する構造が開示されている。

特開２０１３−３４２７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている構造では、以下のような課題がある。
（１）スイッチング素子を含むプリント基板は、トランス、平滑コイル等を始めとする主部品とは異なる実装領域に実装されるため、全体の実装面積が大きくなってしまう。
（２）インサートバスバーで、１次側回路(高電圧側)の配線を結線しているため、プリント基板で配線するのに比べ、コスト高となってしまう。
この発明は、かかる課題を解決し、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化(パワー密度向上)を図りつつ、プリント基板の耐振性を確保した絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを目的とする。

この発明に係わる絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング素子、トランス、整流素子、平滑コイル、及び平滑コンデンサを最少の部品構成とする主部品が搭載されたベースと、前記スイッチング素子と前記トランスの1次巻線とを接続する主回路配線、及び前記スイッチング素子を駆動する駆動信号配線の少なくともいずれかの配線が実装されたプリント基板とにより構成された絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記主部品が搭載されたベースと前記プリント基板との間には、金属製ケースが設けられ、且つ前記プリント基板は、前記金属製ケースに設けたボスによって固定されているものである。

この発明の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータによれば、プリント基板を固定するボスを、主回路とプリント基板との間に設けた金属製ケースに設けることで、主回路を実装する床面積を拡大せずに、プリント基板を実装できる。

この発明の実施の形態１における絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの主回路構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１における主回路とプリント基板の実装構造を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態２における磁性部品(トランス、または平滑コイル)の固定構造を示す要部断面図である。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１及び図２に基づいて実施の形態１における絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを説明する。
図１において、１は入力された直流電力をスイッチングしトランスの一次巻線に電力を供給するスイッチング素子、２はスイッチング素子１がスイッチング動作して供給した電力を、一次巻線、二次巻線の巻き数比に応じて電圧を変化させるトランス、３はトランス２の二次巻線に伝達された交流電力を整流する整流素子、４は整流素子３で整流された交流電力を平滑化する平滑リアクトル、５は同じく整流素子３で整流された交流電力を平滑化する平滑コンデンサで、これらの部品によって主部品の最小部品を構成している。

なお、この実施の形態１では、一次側主回路をフルブリッジ方式、二次側主回路をセンタータップ方式としているが、この限りではない。
また、スイッチング素子１をパワーＭＯＳＦＥＴ、整流素子３をダイオードとして記載しているが、この限りではなく、整流素子３をパワーＭＯＳＦＥＴとし、同期整流方式としてもよい。また、一次側主回路に共振コイルを追加してもかまわない。

次に図２を用いて、図１におけるスイッチング素子１からトランス２への配線構造を説明する。
１１はプリント基板で、このプリント基板１１には、スイッチング素子１、トランス２の1次巻線を接続する主回路配線、及びスイッチング素子１を駆動する駆動信号配線の少なくともいずれかが実装されている。１２はプリント基板１１を実装する金属製ケースで、この金属製ケース１２には、プリント基板１１との接触面積を確保するための接触面積確保用の耐振リブ１２ａ、後述のスイッチング素子のリード部１５ａを挿通する貫通長孔１２ｂ、及びプリント基板１１をネジ（図示せず）で固定するための固定用のボス１２ｃなどが設けられている。ただし、図2のプリント基板にスイッチング素子を駆動するための駆動回路を配置してもよく、この限りでない。

１３は、詳細は後述するがスイッチング素子のリード部１５ａと金属製ケース１２との絶縁を確保しつつ、***部１３ａによってスイッチング素子のリード部１５ａを案内し且つ挿入を容易にする機能を有する樹脂製ガイド、１４は図１のスイッチング素子１に相当するスイッチング素子１５を冷却するとともに、このスイッチング素子１５及びその他の主部品を搭載するベース、１６はスイッチング素子背面のヒートスプレッダ（図示せず）とベース１４との絶縁を確保する絶縁シートである。
なお、詳細説明は割愛するが、金属製ケース１２とベース１４は、ネジ等で締結されており、リジッド基板に固定されているものとする。
なおまた、Ｓ１はボス１２ｃの背丈、Ｓ２は樹脂製ガイドの***部１３ａの背丈、Ｓ３は耐振リブ１２ａの板厚であり、３者は略同一寸法である。

続いて、図２に示した実施の形態１の構造上の特徴について説明する。
図２において、プリント基板１１は、上述のように金属製ケース１２のボス１２ｃに対しネジ（図示せず）により固定されている。また、接触面積確保用の耐振リブ１２ａは、プリント基板１１と接触するように設けられている。

プリント基板１１の最上層には、図示しない電子部品が実装されているが、この電子部品は、すべてスルーホールを不要とする表面実装部品が適用されている。また、プリント基板１１の最下層と、ボス１２ｃ及び耐振リブ１２ａとが接触する接触部分には、配線パターンを設けない領域を設け、すなわち配線パターンが存在しない構成を採用している。
このように、プリント基板１１の最下層において、接触面積確保用の耐振リブ１２ａ及びボス１２ｃと接触する最下層部分には、配線パターンを設けないことにしたので、プリント基板１１と金属製ケース１２との絶縁を確保するための絶縁部材が不要となり、且つ接触面積確保用の耐振リブ１２ａの形状を、プリント基板１１の配線パターンと独立して設計できる。

また、プリント基板１１を固定するボス１２ｃを、主回路とプリント基板１１との間に設けた金属製ケース１２に設けることで、主回路を実装する床面積を拡大せずに、プリント基板１１を実装できる。
また、金属製ケース１２に接触面積確保用の耐振リブ１２ａを設けることで、耐振性を確保するためのボス数を最小限に留め、プリント基板の面積拡大を抑制しつつ、プリント基板１１の耐振性を確保できる。

樹脂製ガイド１３は、金属製ケース１２の貫通長孔１２ｂに嵌挿される***部１３ａを有し、また、この***部１３ａには、夫々スイッチング素子のリード部１５ａを挿通且つ案内する貫通小孔１３ｂを有している。この貫通小孔１３ｂによって、樹脂製ガイド１３は、金属製ケース１２を組み立てる際、貫通長孔１２ｂに対するスイッチング素子のリード部１５ａの挿入を容易にするガイドの役目を担い且つリード部１５ａを効率よく貫通させる共にスイッチング素子のリード部１５ａと金属製ケース１２との絶縁を確保する役目も担っている。
また、樹脂製ガイド１３の本体（樹脂製ガイド本体１３ｃ）は、金属製ケース１２に対し重合接着状態で組み付けられている。

さらに、プリント基板１１と耐振リブ１２ａとの接触部分には、接着材を塗布し、プリント基板１１と耐振リブ１２ａを接着材で固定することにより、プリント基板１１の耐振性がより向上する。なお、この接着材は、熱硬化性のものでよいが、これに限定されるものではない。

実施の形態２．
図３に基づいて実施の形態２における絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを説明する。
なお、図３は磁性部品(トランス、または平滑コイル)のコアを固定する場合の説明である。
実施の形態１では、金属製ケース１２にプリント基板１１を固定し、この金属製ケース１２に耐振性を確保するための役割を担わせたが、この金属製ケース１２の下面に、スイッチング素子、トランス、整流素子、平滑コイルなどの主部品の内少なくとも１つを固定するためのバネ部材２２を取り付け、このバネ部材２２によって主部品の１つを金属製ケース１２に実装するようにしてもよい。
すなわち、図３において、２１はトランス２又は平滑コイル４のコア、２２はこのコア２１を固定するバネ部材、２３はこのバネ部材２２を金属製ケース１２の下面に装着するためのネジである。

この図３では、トランス２又は平滑コイル４のコアを、バネ部材２２で金属製ケース１２に取り付ける場合を例示したが、上述のようにバネ部材２２は、スイッチング素子、トランス、整流素子、平滑コイルの少なくとも１つを固定するための部材として、この金属製ケース１２に実装されるものである。
また、バネ部材２２は，ＳＵＳ（不銹鋼）等の材料が一般的だが、この限りでない。
また、バネ部材２２を金属製ケース１２に装着する方法は、ネジ締結以外の方法でもよく、この限りでない。

以上のように、金属製ケース１２にバネ部材２２を設け、このバネ部材２２により、スイッチング素子、トランス、整流素子、平滑コイルの少なくとも１つを固定することにしたので、従来、ベース１４側に設けていたバネ部材固定用のボスの設置が不要となり、主部品が実装されるベース１４における主回路の実装面積の拡大を抑制できる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：スイッチング素子(パワーＭＯＳＦＥＴ)、 ２：トランス、
３：整流素子 (ダイオード)、
４：平滑コイル、 ５：平滑コンデンサ、 １１：プリント基板、
１２：金属製ケース、 １２ａ：耐振リブ、 １２ｂ：貫通長孔、 １２ｃ：ボス、
１３：樹脂製ガイド、 １３ａ：***部、 １３ｂ：貫通小孔、
１３ｃ：樹脂製ガイド本体、 １４：ベース、
１５：スイッチング素子(パワーＭＯＳＦＥＴ)、
１５ａ：リード部、 １６：絶縁シート、 ２１：コア、 ２２：バネ部材、
２３：ネジ。

Claims (6)

1. スイッチング素子、トランス、整流素子、平滑コイル、及び平滑コンデンサを最少の部品構成とする主部品が搭載されたベースと、前記スイッチング素子と前記トランスの1次巻線とを接続する主回路配線、及び前記スイッチング素子を駆動する駆動信号配線の少なくともいずれかの配線が実装されたプリント基板とによって構成された絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
   前記ベースと前記プリント基板間には金属製ケースが設けられ、且つこの金属製ケースにはボスが設けられ、このボスによって前記プリント基板が前記金属製ケースに固定されていることを特徴とする絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 前記金属製ケースには、前記プリント基板の下層部と面接触する耐振リブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
3. 前記プリント基板の上層部には、表面実装部品で構成された電子部品が実装され、且つ前記ボス及び前記耐振リブが接触する前記プリント基板の下層部の接触部には、前記電子部品の配線パターンを配置しない構成としたことを特徴とする請求項２に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
4. 前記プリント基板の下層部と前記耐振リブとが接触する接触面間には、固定用接着剤を介在させたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
5. 前記金属製ケースには、前記スイッチング素子のリード部を前記プリント基板に向かって貫通させる貫通長孔が設けられると共にこの貫通長孔には、前記リード部を挿通、案内する絶縁樹脂製ガイドが配設されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
6. 前記金属製ケースには、バネ部材が設けられ、且つこのバネ部材を介し前記主部品の少なくとも１部品が前記金属製ケースと前記ベース間に固定されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。