JP2016119394A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部品の放熱を向上させることができる電源装置を提供する。【解決手段】電源装置は、ＦＥＴ１０、ダイオード１４、トランス１３及びコイル１５などの、１又は複数の発熱部品を実装した基板３１と、基板３１を固定する固定部材２０と、固定部材２０に取付けられ、基板３１を覆う蓋部４０とを備える。蓋部４０は、固定部材２０に取付けることができる。蓋部４０は、発熱部品を押圧する押圧部４１を有する。すなわち、押圧部４１は、蓋部４０を固定部材２０に取付けた場合、基板３１に実装された発熱部品、あるいは筐体２０に取付けられた発熱部品を押圧する。これにより、各発熱部品は、熱伝導的に蓋部３１と接触する。【選択図】図２

Description

本発明は、１又は複数の発熱部品を備える電源装置に関する。

ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電源装置は、回路基板、回路基板に実装されるＦＥＴ及びダイオード等のスイッチング素子等の発熱部品、あるいはトランス又はチョークコイル等の発熱部品を有する。電源装置の信頼性を向上させるためには、このような発熱部品の放熱対策が重要である。

例えば、配線基板に実装された発熱部品を含んで構成されるコンポーネントキャリアと、コンポーネントキャリアに熱伝達可能に取り付けられるヒートシンク、ヒートシンクを表面に露出させて配線基板及びコンポーネントキャリアを収容するケースとを備える車両用電子制御装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００５−２５１８６１号公報

しかし、特許文献１の装置にあっては、ケースは、ヒートシンクを露出させるための開口部を有しているだけであり、発熱部品の放熱対策にはほとんど寄与していない。一方、回路基板に実装された発熱部品の放熱対策にケースを用いることも考えられるが、発熱部品の形状や大きさは種々存在するため、一部の発熱部品をケースで放熱することができたとしても、形状や大きさの異なる他の発熱部品の放熱対策には不十分である。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発熱部品の放熱を向上させることができる電源装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態に係る電源装置は、１又は複数の発熱部品を実装した基板と、該基板を固定する固定部材と、該固定部材に取付けられ、前記基板を覆う蓋部とを備える電源装置であって、前記蓋部は、前記発熱部品を押圧する押圧部を有する。

本発明によれば、発熱部品の放熱を向上させることができる。

本実施の形態の電源装置の回路構成の一例を示す説明図である。 本実施の形態の電源装置の構造の第１実施例を示す要部断面図である。 本実施の形態の電源装置の構造の第２実施例を示す要部断面図である。 本実施の形態の電源装置の押圧部付近の第３実施例の要部断面図である。 本実施の形態の電源装置の押圧部付近の第４実施例の要部断面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
（１）本発明の実施の形態に係る電源装置は、１又は複数の発熱部品を実装した基板と、該基板を固定する固定部材と、該固定部材に取付けられ、前記基板を覆う蓋部とを備える電源装置であって、前記蓋部は、前記発熱部品を押圧する押圧部を有する。

電源装置は、１又は複数の発熱部品を実装した基板と、基板を固定する固定部材と、固定部材に取付けられ、基板を覆う蓋部とを備える。発熱部品は、例えば、ＦＥＴ又はダイオード等のスイッチング素子、あるいはトランス又はチョークコイル等の部品である。蓋部は、発熱部品を押圧する押圧部を有する。例えば、蓋部を固定部材に取付けた場合、蓋部の押圧部は、基板に実装された発熱部品を押圧する。押圧部は、例えば、発熱部品の基板面からの高さ寸法に応じて、発熱部品の上側と当接するようにした凹部又は凸部とすることができる。これにより、１又は複数の発熱部品は、形状や大きさ（特に基板面からの高さ寸法）に関わらず、押圧部を介して蓋部に熱伝導的に接触することになるので、蓋部（特に蓋部全体）を用いて発熱部品からの熱を外部へ放出することができ、発熱部品の放熱を向上させることができる。

（２）本発明の実施の形態に係る電源装置は、前記発熱部品と押圧部とは離隔してあり、前記発熱部品と前記押圧部との間に弾性を有する絶縁シートを備え、該絶縁シートの厚みは、前記発熱部品及び前記押圧部の離隔寸法より大きい。

発熱部品と押圧部とは離隔してあり、発熱部品と押圧部との間に弾性を有する絶縁シートを備える。そして、絶縁シートの厚みは、発熱部品及び押圧部の離隔寸法より大きい。発熱部品及び押圧部の離隔寸法より厚みが厚い絶縁シートを、発熱部品と押圧部との間に装着した場合、弾性を有する絶縁シートは、発熱部品及び押圧部で押圧される。これにより、発熱部品と蓋部との間の接触圧力を増加させることができ、熱抵抗を小さくして放熱効果をさらに向上させることができる。

（３）本発明の実施の形態に係る電源装置は、前記押圧部は、前記絶縁シートの大きさと略同寸法の凹部を有し、前記絶縁シートを前記凹部に配置してある。

押圧部は、絶縁シートの大きさと略同寸法の凹部を有し、絶縁シートを凹部に配置してある。これにより、発熱部品に対応する位置（押圧部の位置）に絶縁シートを配置すべく絶縁シートの位置決めをすることができ、絶縁シートの位置がずれることを防止することができる。

（４）本発明の実施の形態に係る電源装置は、前記蓋部は、金属製であり、前記発熱部品と押圧部とは離隔してあり、前記発熱部品と前記押圧部との間に電磁シールド部を備える。

蓋部は、金属製であり、発熱部品と押圧部とは離隔してあり、発熱部品と押圧部との間に電磁シールド部を備える。これにより、電磁シールド部は、押圧部を介して蓋部に電気的に接触するので、蓋部全体をシールドとして用いることができ、例えば、スイッチング素子等から発生するノイズが外部へ漏洩することを低減することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の電源装置１００の回路構成の一例を示す説明図である。以下、本実施の形態の電源装置１００として、ＤＣ／ＤＣコンバータを例に挙げて説明するが、本実施の形態は、ＤＣ／ＤＣコンバータに限定されるものではなく、発熱部品を有するものであれば、他の電源装置、あるいは電気機器又は電子装置にも適用することができる。すなわち、本実施の形態の電源装置には、発熱部品を有する電気機器、電子装置も含まれる。

図１において、符号１は入力端子を示し、符号２は出力端子を示す。電源装置１００は、入力端子１に入力される比較的高圧の直流電圧を比較的低圧の直流電圧に変換し、出力端子２から出力する。

電源装置１００は、キャパシタ１１、４つのＦＥＴ１０、ＦＥＴ１０のスイッチングを制御する制御部１２、トランス１３、２つのダイオード１４、コイル（チョークコイルとも称する）１５、キャパシタ１６などを備える。各ＦＥＴ１０、各ダイオード１４、トランス１３及びコイル１５などが発熱部品である。また、トランス１３の入力側を一次側と称し、出力側を二次側と称する。トランス１３は、入力側と出力側とが電気的に絶縁されており、一次側と二次側とを電気的に絶縁する。

制御部１２が所要のスイッチング周波数で各ＦＥＴ１０のオン／オフを制御することにより、トランス１３の一次側の巻線には、交流が発生する。トランス１３により降圧された交流は、ダイオード１４で整流され、コイル１５及びキャパシタ１６により平滑されて出力端子２を介して直流が出力される。

図２は本実施の形態の電源装置１００の構造の第１実施例を示す要部断面図である。図２において、符号２０は、固定部材としての金属製の筐体２０である。なお、筐体２０は、所要の強度を確保できる場合には、放熱特性を有する合成樹脂、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂などを用いてもよい。筐体２０の両端部には、それぞれ不図示の絶縁部を介して入力端子１、出力端子２を設けてある。

基板３１には、発熱部品としてのＦＥＴ１０及びダイオード１４などを実装してある。また、基板３１には、比較的発熱量が少ない他の電子部品３１１を実装してある。基板３１の実装面と反対側の面にはバスバー３２を配置してある。バスバー３２は、例えば、金属製であり、ＦＥＴ１０及びダイオード１４の金属製のケースが取り付けられている。バスバー３２と筐体２０との間には、絶縁シート３３を介在してある。なお、ＦＥＴ１０、ダイオード１４を基板３１上に固定する場合には、バスバー３２を省略してもよい。基板３１、バスバー３２及び絶縁シート３３は筐体２０に固定してある。

筐体２０の表面には、トランス１３、コイル１５を装着してある。なお、トランス１３、コイル１５を基板３１上に実装するようにしてもよい。

１
蓋部としてのカバー４０は、金属製であり、基板３１、トランス１３、コイル１５、入力端子１、出力端子２などを覆うことができる。なお、カバー４０は、放熱特性を有する合成樹脂、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂などを用いてもよい。カバー４０は、螺子５１を締め付けることにより筐体２０に取付けることができる。カバー４０の筐体２０への取付け方法は、螺子５１に限定されるものではなく、カバー４０を筐体２０に嵌め込むようにしてもよく、嵌合させるようにしてもよい。

カバー４０は、ＦＥＴ１０、ダイオード１４、トランス１３及びコイル１５などの発熱部品を押圧する押圧部４１を有する。例えば、カバー４０を筐体２０に取付けた場合、押圧部４１は、基板３１に実装されたＦＥＴ１０及びダイオード１４、筐体２０に取付けられたトランス１３及びコイル１５を押圧する。

図２に示すように、押圧部４１は、例えば、発熱部品の基板３１の実装面からの高さ寸法、あるいは発熱部品の筐体２０の表面からの高さ寸法に応じて、発熱部品の上側と当接するようにした凹部又は凸部とすることができる。すなわち、カバー４０は、表面及び内面が平坦ではなく、例えば、カバー４０の内面は、発熱部品の実装位置に対応する位置に、発熱部品の高さ寸法に応じて発熱部品に当接するように厚みを調整した凸部を形成してある。また、カバー４０の厚みを略所定の厚みとする場合には、カバー４０の凸部に対応する表面箇所は凹部にしてある。

これにより、１又は複数の発熱部品は、形状や大きさ（特に基板面からの高さ寸法）に関わらず、押圧部４１を介してカバー４０に熱伝導的に接触することになるので、カバー４０（特にカバー４０全体）を用いて発熱部品からの熱を外部へ放出することができ、発熱部品の放熱を向上させることができる。

押圧部４１とＦＥＴ１０、ダイオード１４、トランス１３及びコイル１５との間には、それぞれ絶縁シート３５、３７、３６、３８を装着してある。

図３は本実施の形態の電源装置１００の構造の第２実施例を示す要部断面図である。図２に示す第１実施例との違いは、押圧部４１とＦＥＴ１０とを締め付ける螺子５２、押圧部４１とダイオード１４とを締め付ける螺子５２、押圧部４１とトランス１３とを締め付ける螺子５２、押圧部４１とコイル１５とを締め付ける螺子５２を具備する点である。螺子５２により、押圧部４１と発熱部品とを締め付けることができるので、押圧部４１と発熱部品との間の接触圧力を増加させて熱抵抗を小さくすることができ、放熱効果をさらに向上させることができる。

図４は本実施の形態の電源装置１００の押圧部４１付近の第３実施例の要部断面図である。図４に示すように、発熱部品としてのＦＥＴ１０と押圧部４１とは適長だけ離隔（符号ｄで示す寸法）してあり、ＦＥＴ１０と押圧部４１との間に弾性を有する絶縁シート３５を備える。そして、絶縁シート３５の厚み（符号ｔで示す寸法）は、ＦＥＴ１０及び押圧部４１の離隔寸法ｄより大きい。ＦＥＴ１０及び押圧部４１の離隔寸法ｄより厚みが厚い絶縁シート３５を、ＦＥＴ１０と押圧部４１との間に装着した場合、弾性を有する絶縁シート３５は、ＦＥＴ１０及び押圧部４１で押圧される。これにより、ＦＥＴ１０とカバー４０との間の接触圧力を増加させることができ、熱抵抗を小さくして放熱効果をさらに向上させることができる。

なお、図４では、ＦＥＴ１０と押圧部４１との間の絶縁シート３５について説明したが、図２及び図３で示す、他の絶縁シート３６、３７、３８も同様である。これにより、トランス１３、ダイオード１４及びコイル１５それぞれとカバー４０との間の接触圧力を増加させることができ、熱抵抗を小さくして放熱効果をさらに向上させることができる。

図５は本実施の形態の電源装置１００の押圧部４１付近の第４実施例の要部断面図である。図５に示すように、押圧部４１は、絶縁シート３５の大きさと略同寸法の凹部４２を有し、絶縁シート３５を凹部４２に配置してある。これにより、発熱部品に対応する位置（押圧部４１の位置）に絶縁シート３５を配置すべく絶縁シート３５の位置決めをすることができ、絶縁シート３５の位置がずれることを防止することができる。

なお、絶縁シート３５の形状（平面視の形状）は、発熱部品の基板３１面へ射影形状と略同寸法及び略同形状とすることができ、凹部４２の平面視の形状も絶縁シート３５の形状に合わせることができる。

上述の実施の形態では、発熱部品と押圧部４１との間に絶縁シート３５〜３８を装着する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、カバー４０を金属製とし、発熱部品（ＦＥＴ１０、トランス１３、ダイオード１４、コイル１５など）と押圧部４１とは離隔してあり、発熱部品と押圧部４１との間に電磁シールド部を備える。電磁シールド部は、例えば、導電シートとすることができる。

これにより、電磁シールド部は、押圧部４１を介してカバー４０に電気的に接触するので、カバー４０全体をシールドとして用いることができ、例えば、スイッチング素子等から発生するノイズが外部へ漏洩することを低減することができる。

上述のように、本実施の形態によれば、発熱部品の放熱経路として、筐体２０だけでなく、カバー４０も放熱経路とすることができるので、放熱効果を向上させることができ、電源装置全体の小型化を図ることができる。また、基板３１又は筐体２０に装着される発熱部品の高さ寸法が異なる場合であっても、押圧部４１を備えることにより、所要の発熱部品とカバー４０とを熱伝導的に接触させることができ、所要の発熱部品すべての放熱対策をカバー４０で実現することができる。また、各発熱部品はカバー４０と熱伝導的に接触させることにより、放熱面積を大きくすることができる。

以上に開示された実施の形態及び実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態及び実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての修正や変形を含むものと意図される。

１ 入力端子
２ 出力端子
１０ ＦＥＴ（発熱部品）
１１、１６ キャパシタ
１２ 制御部
１３ トランス（発熱部品）
１４ ダイオード（発熱部品）
１５ コイル（発熱部品）
２０ 筐体（固定部材）
３１ 基板
３２ バスバー
３３ 絶縁シート
３５、３６、３７、３８ 絶縁シート
４０ カバー（蓋部）
４１ 押圧部
４２ 凹部

Claims (4)

1. １又は複数の発熱部品を実装した基板と、該基板を固定する固定部材と、該固定部材に取付けられ、前記基板を覆う蓋部とを備える電源装置であって、
   前記蓋部は、
   前記発熱部品を押圧する押圧部を有する電源装置。
2. 前記発熱部品と押圧部とは離隔してあり、
   前記発熱部品と前記押圧部との間に弾性を有する絶縁シートを備え、
   該絶縁シートの厚みは、前記発熱部品及び前記押圧部の離隔寸法より大きい請求項１に記載の電源装置。
3. 前記押圧部は、
   前記絶縁シートの大きさと略同寸法の凹部を有し、
   前記絶縁シートを前記凹部に配置してある請求項２に記載の電源装置。
4. 前記蓋部は、金属製であり、
   前記発熱部品と押圧部とは離隔してあり、
   前記発熱部品と前記押圧部との間に電磁シールド部を備える請求項１に記載の電源装置。
   

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