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JP2018143010A - Electronic circuit device - Google Patents

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JP2018143010A
JP2018143010A JP2017034127A JP2017034127A JP2018143010A JP 2018143010 A JP2018143010 A JP 2018143010A JP 2017034127 A JP2017034127 A JP 2017034127A JP 2017034127 A JP2017034127 A JP 2017034127A JP 2018143010 A JP2018143010 A JP 2018143010A
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JP
Japan
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circuit
switching element
housing
circuit board
wiring pattern
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Application number
JP2017034127A
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Japanese (ja)
Inventor
裕典 岡川
Hironori Okagawa
裕典 岡川
将義 廣田
Masayoshi Hirota
将義 廣田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】寄生インダクタンスの影響を極力低減可能な電子回路装置を提供する。【解決手段】レギュレータを構成するスイッチング素子11,12を含む複数の回路素子がマウントされ、各回路素子を電気的に接続する配線パターンWPg、WPsが配された回路基板3と、前記回路基板3を保持する金属製の筐体4と、を備えた電子回路装置であって、前記回路基板3の主面のうち前記筐体4と対向する主面3Aに、前記スイッチング素子11,12を含む回路素子がマウントされ、各回路素子を接続する配線パターンのうち接地側の配線パターンWPgの一部が前記筐体3で代替されている。【選択図】図3AAn electronic circuit device capable of reducing the influence of parasitic inductance as much as possible is provided. A circuit board 3 on which a plurality of circuit elements including switching elements 11 and 12 constituting a regulator are mounted and wiring patterns WPg and WPs for electrically connecting the circuit elements are arranged, and the circuit board 3 An electronic circuit device having a metal housing 4 for holding the switching element 11 and 12 on a main surface 3A of the main surface of the circuit board 3 facing the housing 4. A circuit element is mounted, and a part of the wiring pattern WPg on the ground side among the wiring patterns connecting the circuit elements is replaced with the housing 3. [Selection] Figure 3A

Description

本発明は、回路基板と回路基板を保持する筐体を備えた電子回路装置に関する。   The present invention relates to an electronic circuit device including a circuit board and a casing for holding the circuit board.

特許文献1には、簡単な構造で、電力回路を構成するバスバーを効率良く冷却することができる回路構成体が開示されている。当該回路構成体は、電力回路を構成する複数本のバスバーと、このバスバーを冷却するための放熱部材とを備え、この放熱部材は絶縁層がコーティングされたバスバー接着面を有し、このバスバー接着面上に前記複数本のバスバーが並べられた状態で当該バスバー接着面に各バスバーが直接接着されている。   Patent Document 1 discloses a circuit configuration body that can efficiently cool a bus bar that constitutes a power circuit with a simple structure. The circuit structure includes a plurality of bus bars constituting a power circuit and a heat radiating member for cooling the bus bar. The heat radiating member has a bus bar bonding surface coated with an insulating layer. Each bus bar is directly bonded to the bus bar bonding surface in a state where the plurality of bus bars are arranged on the surface.

そして、当該回路構成体は、例えば、複数枚のバスバー基板が積層された配電用回路と、配電用回路にブレーカ素子やスイッチ素子、さらには入力直流電圧を所望の出力電圧に電圧変換する直流レギュレータなどが組み込まれ、共通の車載電源から各電子ユニットに電力を分配する電気接続箱などに適用される。   The circuit structure includes, for example, a power distribution circuit in which a plurality of bus bar substrates are stacked, a circuit breaker element and a switch element in the power distribution circuit, and a DC regulator that converts an input DC voltage into a desired output voltage. And is applied to an electrical junction box that distributes power from a common in-vehicle power source to each electronic unit.

特許文献2には、電気自動車やプラグインハイブリッド車に搭載され、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池への電力変換または低電圧蓄電池から高電圧蓄電池への電力変換を行う電力変換装置(DCDCコンバータ)であって、電力変換装置外に配置される電子機器等へ混入するノイズの低減のために、電力変換回路の入力側に入力フィルタ回路、電力変換回路の出力側に出力フィルタ回路などのフィルタ回路が接続された電子装置が開示されている。回路基板から空間伝播する電磁ノイズの影響を抑え、寄生インダクタンスを低減したフィルタ回路を備え、十分にノイズ低減された電圧を出力することができる電子装置である。   Patent Document 2 discloses a power conversion device (DCDC converter) that is mounted on an electric vehicle or a plug-in hybrid vehicle and performs power conversion from a high voltage storage battery to a low voltage storage battery or power conversion from a low voltage storage battery to a high voltage storage battery. In order to reduce noise mixed in electronic equipment or the like arranged outside the power conversion device, a filter circuit such as an input filter circuit is provided on the input side of the power conversion circuit and an output filter circuit is provided on the output side of the power conversion circuit. A connected electronic device is disclosed. An electronic device that includes a filter circuit that suppresses the influence of electromagnetic noise propagating in space from a circuit board, reduces parasitic inductance, and can output a sufficiently noise-reduced voltage.

詳述すると、当該電子装置は、筐体と、筐体内に設けられた回路基板と、筐体に設けられた貫通孔を貫通し、回路基板の出力を外部に出力するまたは外部から回路基板に入力するための外部端子とを備え、フィルタコンデンサを有するフィルタ手段と、外部端子とフィルタ手段とを接続する第1の配線と、フィルタ手段よりも外部端子に近い位置で筐体に接続され、筐体とフィルタ手段とを接続する第2の配線と、を備えている。その結果、寄生インダクタンスや電磁誘導作用を低減して、フィルタ機能を確保することができる。   Specifically, the electronic device passes through a housing, a circuit board provided in the housing, and a through-hole provided in the housing, and outputs the output of the circuit board to the outside or from the outside to the circuit board. A filter means having a filter capacitor, a first wiring connecting the external terminal and the filter means, and a housing closer to the external terminal than the filter means. And a second wiring for connecting the body and the filter means. As a result, the parasitic inductance and the electromagnetic induction effect can be reduced, and the filter function can be ensured.

特開2003−164040号公報JP 2003-164040 A 特開2013−99057号公報JP 2013-99057 A

特許文献1,2に開示された直流レギュレータなどの電力変換装置は、高密度実装のために、細幅の配線パターンやビアを介して各層にマウントされた回路素子が電気的に接続される両面基板や多層基板が用いられている。   The power converters such as DC regulators disclosed in Patent Documents 1 and 2 are both surfaces on which circuit elements mounted on each layer are electrically connected via narrow wiring patterns and vias for high-density mounting. Substrates and multilayer substrates are used.

この様な回路基板では、信号線の配線パターンとグラウンド線の配線パターン、各配線間、ビア、マウントされる回路素子との間でL,C,Rの分布定数回路が三次元的に形成され、寄生容量や寄生インダクタンスが内在する。   In such a circuit board, L, C, and R distributed constant circuits are three-dimensionally formed between the wiring pattern of the signal lines and the wiring pattern of the ground lines, between each wiring, vias, and mounted circuit elements. Parasitic capacitance and parasitic inductance are inherent.

特に、寄生インダクタンスの値は、配線パターン幅に反比例し、配線長さに比例する傾向があり、回路基板の両面に形成された配線パターン同士を電気的に接続するためビアの内壁に形成される銅箔パターンは薄肉であるため、大きな値の寄生インダクタンスが発生する。   In particular, the value of the parasitic inductance is inversely proportional to the wiring pattern width and tends to be proportional to the wiring length, and is formed on the inner wall of the via to electrically connect the wiring patterns formed on both sides of the circuit board. Since the copper foil pattern is thin, a large parasitic inductance is generated.

この様な寄生インダクタンスの影響を受けて、電力変換装置に組み込まれる半導体スイッチング素子にはスイッチング時に大きなサージ電圧が印加される虞があるため、高耐圧の半導体スイッチング素子を用いる必要があり、その結果、オン抵抗が大きくなり導通損失が増えるという問題や、スイッチング時間が長くなって電力損失が大きくなるという問題があった。   Under the influence of such a parasitic inductance, there is a possibility that a large surge voltage is applied to the semiconductor switching element incorporated in the power conversion device at the time of switching. Therefore, it is necessary to use a semiconductor switching element having a high withstand voltage. There are problems that the on-resistance increases and conduction loss increases, and that the switching time becomes long and the power loss increases.

特許文献1に開示された回路構成体は、電力回路を構成する複数本のバスバーを放熱部材と接触させて冷却することが主目的であり、電力回路に生じる寄生インダクタンスによる弊害を解消するという観点で、さらなる改良の余地があった。   The main purpose of the circuit structure disclosed in Patent Document 1 is to cool a plurality of bus bars constituting a power circuit by bringing them into contact with a heat dissipating member, and to eliminate the adverse effects caused by the parasitic inductance generated in the power circuit. There was room for further improvement.

また、特許文献2に開示された電子装置は、フィルタ回路の配線に生じる寄生インダクタンスなどによるノイズの影響を低減することを目的としており、電力変換装置自体に生じる寄生インダクタンスの影響を低減するという観点で、同様にさらなる改良の余地があった。   In addition, the electronic device disclosed in Patent Document 2 is intended to reduce the influence of noise caused by parasitic inductance generated in the wiring of the filter circuit, and the viewpoint of reducing the influence of parasitic inductance generated in the power converter itself. There was room for further improvement as well.

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、寄生インダクタンスの影響を極力低減可能な電子回路装置を提供する点にある。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide an electronic circuit device that can reduce the influence of parasitic inductance as much as possible.

上述の目的を達成するため、本発明による電子回路装置は、直流レギュレータを構成するスイッチング素子を含む複数の回路素子がマウントされ、各回路素子を電気的に接続する配線パターンが配された回路基板と、前記回路基板を保持する金属製の筐体と、を備えた電子回路装置であって、前記回路基板の主面のうち前記筐体と対向する主面に、前記スイッチング素子を含む回路素子がマウントされ、各回路素子を接続する配線パターンのうち接地側の配線パターンの一部が前記筐体で代替されていることを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, an electronic circuit device according to the present invention is a circuit board on which a plurality of circuit elements including switching elements constituting a DC regulator are mounted and wiring patterns for electrically connecting the circuit elements are arranged. And a metal casing that holds the circuit board, wherein the circuit element includes the switching element on a main surface of the main surface of the circuit board that faces the casing. Is mounted, and a part of the wiring pattern on the ground side among the wiring patterns connecting the respective circuit elements is replaced with the housing.

本発明によれば、寄生インダクタンスの影響を極力低減可能な電子回路装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electronic circuit device which can reduce the influence of parasitic inductance as much as possible can be provided.

電子回路装置の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of an electronic circuit device. 直流レギュレータの回路図である。It is a circuit diagram of a DC regulator. 寄生インダクタンスが大きい場合のハイサイド側スイッチング素子のスイッチング波形の説明図である。It is explanatory drawing of the switching waveform of the high side switching element in case a parasitic inductance is large. 寄生インダクタンスが小さい場合のハイサイド側スイッチング素子のスイッチング波形の説明図である。It is explanatory drawing of the switching waveform of the high side side switching element in case a parasitic inductance is small. 本発明の電子回路装置の電流経路の説明図である。It is explanatory drawing of the current pathway of the electronic circuit apparatus of this invention. スイッチング素子の要部の等価回路の説明図である。It is explanatory drawing of the equivalent circuit of the principal part of a switching element. 別実施形態を示す電子回路装置の要部の説明図である。It is explanatory drawing of the principal part of the electronic circuit device which shows another embodiment. 従来の電子回路装置の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the conventional electronic circuit device. スイッチング素子の要部の等価回路の説明図である。It is explanatory drawing of the equivalent circuit of the principal part of a switching element.

[発明の実施形態の説明]
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
(1)本実施形態に係る電子回路装置は、直流レギュレータを構成するスイッチング素子を含む複数の回路素子がマウントされ、各回路素子を電気的に接続する配線パターンが配された回路基板と、回路基板を保持する金属製の筐体と、を備えた電子回路装置であって、回路基板の主面のうち筐体と対向する主面に、スイッチング素子を含む回路素子がマウントされ、各回路素子を接続する配線パターンのうち接地側の配線パターンの一部が筐体で代替されている。
[Description of Embodiment of the Invention]
First, the contents of the embodiment of the present invention will be listed and described.
(1) An electronic circuit device according to the present embodiment includes a circuit board on which a plurality of circuit elements including switching elements that constitute a DC regulator are mounted, and a wiring pattern that electrically connects each circuit element is disposed; An electronic circuit device comprising a metal casing for holding a substrate, wherein a circuit element including a switching element is mounted on a main surface of the main surface of the circuit board opposite to the casing, and each circuit element A part of the wiring pattern on the ground side of the wiring pattern for connecting is replaced with a housing.

回路基板の主面のうち筐体と対向する主面に、スイッチング素子を含む回路素子がマウントされ、各回路素子を電気的に接続する配線パターンのうち接地側の配線パターンの一部が筐体を介して電気的に接続される。つまり、筐体で代替される配線部位は、実質的に広いパターン幅で最短の長さに構成できるので、寄生インダクタンスが大きく低減する。なお、回路基板の主面のうち筐体と対向する主面に、スイッチング素子を含む回路素子がマウントされるので、ビアを介在しなくても対応する回路素子同士を電気的に接続することが可能になり、より効果的に寄生インダクタンスを低減できる。   A circuit element including a switching element is mounted on the main surface of the circuit board opposite to the housing, and a part of the wiring pattern on the ground side among the wiring patterns for electrically connecting the circuit elements is the housing. It is electrically connected via. In other words, since the wiring portion replaced by the housing can be configured to have the shortest length with a substantially wide pattern width, the parasitic inductance is greatly reduced. In addition, since the circuit element including the switching element is mounted on the main surface of the main surface of the circuit board that faces the housing, the corresponding circuit elements can be electrically connected without vias. This makes it possible to reduce the parasitic inductance more effectively.

(2)電子回路装置には、回路基板と筐体とをネジで締付固定する固定部が設けられ、固定部近傍で接地側の配線パターンと筐体を電気的に接続する接続部が設けられていることが好ましい。ネジで締付固定される固定部の近傍では、接地側の配線パターンと筐体との間で高い接触圧が確保でき、良好なオーミックコンタクトが実現できる。   (2) The electronic circuit device is provided with a fixing portion that fastens and fixes the circuit board and the housing with screws, and a connection portion that electrically connects the ground-side wiring pattern and the housing in the vicinity of the fixing portion. It is preferable that In the vicinity of the fixing portion that is fastened and fixed with screws, a high contact pressure can be secured between the ground-side wiring pattern and the housing, and a good ohmic contact can be realized.

(3)接続部のうち接地側の配線パターンと筐体の何れかに凸部が形成されていることがさらに好ましく、凸部を介して確実且つ良好なオーミックコンタクトが実現できる。   (3) It is more preferable that a convex portion is formed on either the ground side wiring pattern or the casing of the connecting portion, and a reliable and good ohmic contact can be realized through the convex portion.

(4)前記筐体に凹部が形成され、前記回路基板にマウントされた回路素子が前記凹部に収容されていることが好ましい。回路基板にマウントされた回路素子が筐体に形成された凹部に収容されることで、筐体に対して回路基板上の平坦な配線パターンを湾曲などの歪みが生じることなく正対させた状態で接触させることができ、さらには接地電位を安定させるとともに電磁シールド効果により耐ノイズ性能が向上するようになる。   (4) It is preferable that a recess is formed in the housing, and a circuit element mounted on the circuit board is accommodated in the recess. The circuit element mounted on the circuit board is accommodated in the recess formed in the casing, so that the flat wiring pattern on the circuit board is directly opposed to the casing without distortion such as bending. In addition, the ground potential can be stabilized and the noise resistance can be improved by the electromagnetic shielding effect.

(5)直流レギュレータは、ハイサイド側スイッチング素子及びローサイド側スイッチング素子の直列回路にコンデンサが並列接続された同期整流型降圧レギュレータであり、ローサイド側スイッチング素子とコンデンサの接地側の配線パターンが筐体で代替されていることが好ましい。   (5) The DC regulator is a synchronous rectification step-down regulator in which a capacitor is connected in parallel to a series circuit of a high-side switching element and a low-side switching element, and the wiring pattern on the ground side of the low-side switching element and the capacitor is a housing. It is preferable that it is replaced with.

同期整流型降圧レギュレータは非同期整流型降圧レギュレータに比べて電力損失を大幅に低減できるという良さがあるが、寄生インダクタンスの値が大きいと、スイッチング損失が発生したり、デッドタイムの確保が困難になったり、ハイサイド側スイッチング素子に大きなサージ電圧が印加されて破損を招いたりする虞がある。   Synchronous rectifier buck regulators have the advantage of significantly reducing power loss compared to asynchronous rectifier buck regulators, but large parasitic inductance values can cause switching losses and make it difficult to ensure dead time. Or a high surge voltage may be applied to the high-side switching element to cause damage.

そのような場合でも、ローサイド側スイッチング素子とコンデンサの接地側の配線パターン、つまりスイッチングループの一部が筐体で代替されることにより、寄生インダクタンスの値が大きく低減されるようになり、スイッチング損失が低減されるとともに容易にデッドタイムを確保することができ、さらにはオン抵抗が小さく導通損失の少ない低耐圧のスイッチング素子を用いることができるようになる。   Even in such a case, the wiring pattern of the low-side switching element and the capacitor on the ground side, that is, a part of the switching loop is replaced with the housing, so that the value of the parasitic inductance is greatly reduced, and the switching loss. Thus, a dead time can be easily secured, and a low-breakdown-voltage switching element with low on-resistance and low conduction loss can be used.

[発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施形態について更に具体的に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、添付の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および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the invention]
Next, the embodiment of the present invention will be described more specifically. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the attached claim, and is intended that all the changes within the meaning and range equivalent to the claim are included. .

図1には、同期整流型降圧レギュレータを採用した電子回路装置1の一例が示されている。
電子回路装置1は、車載用の電子回路装置1で、電圧変換回路を構成する回路基板3と、回路基板3を保持する金属製の筐体4、具体的にはアルミニウム製の筐体4を備えて構成されている。筐体4には、上述した回路基板3をネジ6で締付固定する固定部5が設けられ、筐体4そのものを車両のフレームなどに固定するネジ孔(図示されていない)が形成され、当該ネジ孔に螺合されるネジによって筐体4が車両のフレームに接地される。
FIG. 1 shows an example of an electronic circuit device 1 that employs a synchronous rectification step-down regulator.
The electronic circuit device 1 is a vehicle-mounted electronic circuit device 1 that includes a circuit board 3 that constitutes a voltage conversion circuit, and a metal casing 4 that holds the circuit board 3, specifically, an aluminum casing 4. It is prepared for. The housing 4 is provided with a fixing portion 5 that fastens and fixes the above-described circuit board 3 with screws 6, and is formed with screw holes (not shown) for fixing the housing 4 itself to a vehicle frame or the like. The housing 4 is grounded to the vehicle frame by screws screwed into the screw holes.

回路基板3は、例えばガラスエポキシ樹脂製の両面基板で構成され、一方の主面3Aに電圧変換回路の一例としての直流レギュレータ10を構成するスイッチング素子11,12を含む複数の回路素子がマウントされ、各回路素子を電気的に接続する配線パターンWPが配されている。配線パターンWPには信号用配線パターンWPsとグランド用配線パターンWPgが含まれる。   The circuit board 3 is composed of, for example, a glass epoxy resin double-sided board, and a plurality of circuit elements including switching elements 11 and 12 constituting a DC regulator 10 as an example of a voltage conversion circuit are mounted on one main surface 3A. A wiring pattern WP for electrically connecting each circuit element is arranged. The wiring pattern WP includes a signal wiring pattern WPs and a ground wiring pattern WPg.

図2Aに示すように、当該直流レギュレータ10は、リチウムイオン電池などのDC48Vの高圧の蓄電池の出力電圧を低圧のDC12Vに降圧して車載された各種の補機に給電し、或いは鉛蓄電池などの低圧の蓄電池を充電するために用いられる非絶縁の同期整流型降圧レギュレータである。   As shown in FIG. 2A, the DC regulator 10 supplies various auxiliary devices mounted on the vehicle by reducing the output voltage of a DC48V high-voltage storage battery such as a lithium ion battery to a low-voltage DC12V, or a lead storage battery or the like. It is a non-insulated synchronous rectification step-down regulator used for charging a low-voltage storage battery.

当該降圧レギュレータ10は、入力端子T1,T2間に接続された電圧安定化のための電解コンデンサC1と、電解コンデンサC1に並列接続されたバイパス用のコンデンサC2と、コンデンサC1,C2に並列接続されたスイッチング回路SCと、チョークコイルL1と平滑コンデンサC3とで構成されている。   The step-down regulator 10 is connected in parallel to the electrolytic capacitor C1 for voltage stabilization connected between the input terminals T1 and T2, the bypass capacitor C2 connected in parallel to the electrolytic capacitor C1, and the capacitors C1 and C2. The switching circuit SC is composed of a choke coil L1 and a smoothing capacitor C3.

スイッチング回路SCは、ハイサイド側スイッチング素子11とローサイド側スイッチング素子12の直列回路で構成され、スイッチング素子11,12の接続部N1と出力端子T3との間にチョークコイルL1が接続され、出力端子T3,T4間に平滑コンデンサC3が接続されている。スイッチング素子としてMOS−FETやIGBTが好適に用いられる。なお、符号ILは絶縁被覆層を示す。   The switching circuit SC is configured by a series circuit of a high-side switching element 11 and a low-side switching element 12, and a choke coil L1 is connected between the connection portion N1 of the switching elements 11 and 12 and the output terminal T3, and the output terminal A smoothing capacitor C3 is connected between T3 and T4. As the switching element, a MOS-FET or IGBT is preferably used. The symbol IL indicates an insulating coating layer.

ハイサイド側スイッチング素子11とローサイド側スイッチング素子12は、双方がオフする一定のデッドタイムを挟んで、交互にオンするようにゲート電圧が制御される。ハイサイド側スイッチング素子11がオンすると、入力端子T1からハイサイド側スイッチング素子11及びチョークコイルL1を介して平滑コンデンサC3が充電される。このとき、チョークコイルL1にエネルギーが蓄積される。   The gate voltage is controlled so that the high-side switching element 11 and the low-side switching element 12 are alternately turned on with a certain dead time when both are turned off. When the high-side switching element 11 is turned on, the smoothing capacitor C3 is charged from the input terminal T1 via the high-side switching element 11 and the choke coil L1. At this time, energy is accumulated in the choke coil L1.

その後、ハイサイド側スイッチング素子11がオフされ、デッドタイムを挟んでローサイド側スイッチング素子12がオンされると、チョークコイルL1に蓄積されたエネルギーが、ローサイド側スイッチング素子12を含む閉ループに沿って開放されて平滑コンデンサC3が充電される。   Thereafter, when the high-side switching element 11 is turned off and the low-side switching element 12 is turned on with a dead time interposed therebetween, the energy accumulated in the choke coil L1 is released along a closed loop including the low-side switching element 12. Thus, the smoothing capacitor C3 is charged.

ハイサイド側スイッチング素子11とローサイド側スイッチング素子12のスイッチング周期を調整することにより、出力端子T3,T4間に所望の直流電圧が出力されるようになる。図には示されていないが、降圧レギュレータ10には、出力端子T3,T4間の電圧をモニタしてハイサイド側スイッチング素子11とローサイド側スイッチング素子12のゲート電圧を制御する制御回路がさらに設けられている。   By adjusting the switching cycle of the high-side switching element 11 and the low-side switching element 12, a desired DC voltage is output between the output terminals T3 and T4. Although not shown in the figure, the step-down regulator 10 is further provided with a control circuit that monitors the voltage between the output terminals T3 and T4 and controls the gate voltages of the high-side switching element 11 and the low-side switching element 12. It has been.

図5Aには、従来の電子回路装置1の構成が示されている。図2Aに示す破線で囲まれた領域の回路部分に対応し、回路基板3の主面のうち筐体4とは反対の主面3BにコンデンサC2がマウントされ、筐体4と対向する主面3Aにハイサイド側スイッチング素子11とローサイド側スイッチング素子12がマウントされている。   FIG. 5A shows a configuration of a conventional electronic circuit device 1. 2A, the capacitor C2 is mounted on the main surface 3B of the main surface of the circuit board 3 opposite to the housing 4 and corresponds to the circuit portion in the area surrounded by the broken line shown in FIG. A high-side switching element 11 and a low-side switching element 12 are mounted on 3A.

コンデンサC2の一端が配線パターンWP1、ビアV1を経由してハイサイド側スイッチング素子11のドレイン端子に接続され、コンデンサC2の他端が配線パターンWP2、ビアV2を経由してローサイド側スイッチング素子12のソース端子に接続され、さらにハイサイド側スイッチング素子11のソース端子とローサイド側スイッチング素子12のドレイン端子が配線パターンWP3で接続されている。図中、破線の矢印で示すループは電流の流れを示している。なお、本実施形態では、ビアとの用語をスルーホールも含む概念として用いている。   One end of the capacitor C2 is connected to the drain terminal of the high-side switching element 11 via the wiring pattern WP1 and via V1, and the other end of the capacitor C2 is connected to the drain terminal of the low-side switching element 12 via the wiring pattern WP2 and via V2. Further, the source terminal of the high-side switching element 11 and the drain terminal of the low-side switching element 12 are connected by the wiring pattern WP3. In the figure, a loop indicated by a broken-line arrow indicates a current flow. In the present embodiment, the term “via” is used as a concept including a through hole.

そのため、図5Bに示すように、配線パターンWP1,WP2,WP3及びビアV1,V2には大きな寄生インダクタンスL(WP1),L(WP2),L(WP3),L(V1),L(V2)が発生している。図中、インダクタンスL(WP1),L(WP2),L(WP3),L(V1),L(V2)を示す図形の大きさは、寄生インダクタンスの大きさを模しており、大きな図形は寄生インダクタンスの値が大きく、小さな図形は寄生インダクタンスの値が小さいことを示している。   Therefore, as shown in FIG. 5B, large parasitic inductances L (WP1), L (WP2), L (WP3), L (V1), L (V2) are present in the wiring patterns WP1, WP2, WP3 and the vias V1, V2. Has occurred. In the figure, the size of the figure showing the inductances L (WP1), L (WP2), L (WP3), L (V1), and L (V2) imitates the size of the parasitic inductance. The value of the parasitic inductance is large, and a small figure indicates that the value of the parasitic inductance is small.

図2Bには、図5Aに示す電子回路装置1のハイサイド側スイッチング素子11の両端の電圧波形Vh及び電流波形Ihが示されている。時刻t0でハイサイド側スイッチング素子11がオン状態からオフ状態へ移行すると、ハイサイド側スイッチング素子11のドレインに大きなサージ電圧が印加され、またドレイン電流の立下りが緩やかになっていることが確認される。   FIG. 2B shows a voltage waveform Vh and a current waveform Ih across the high-side switching element 11 of the electronic circuit device 1 shown in FIG. 5A. When the high-side switching element 11 shifts from the on state to the off state at time t0, it is confirmed that a large surge voltage is applied to the drain of the high-side switching element 11 and that the drain current falls slowly. Is done.

この様な大きなサージ電圧により素子が破損しないように、ハイサイド側スイッチング素子11には耐圧の大きな高価なスイッチング素子を採用する必要がある。また、ハイサイド側スイッチング素子11のオン状態からオフ状態への移行時に流れる電流が発熱ロスにつながるために、ローサイド側スイッチング素子に替えてダイオードを用いる非同期整流型降圧レギュレータよりも電力損失が少ないという利点が損なわれるという問題がある。   In order to prevent the element from being damaged by such a large surge voltage, it is necessary to employ an expensive switching element having a large withstand voltage as the high-side switching element 11. In addition, since the current that flows when the high-side switching element 11 transitions from the on-state to the off-state leads to heat loss, the power loss is less than that of an asynchronous rectification step-down regulator that uses a diode instead of the low-side switching element. There is a problem that the advantage is impaired.

図3Aに示すように、本発明による電子回路装置1では、回路基板3の主面のうち筐体4と対向する主面3Aに、スイッチング素子を含む回路素子、つまりハイサイド側スイッチング素子11及びローサイド側スイッチング素子12とコンデンサC2がマウントされ、それら回路素子11,12、C2を接続する配線パターンのうち接地側の配線パターンWPgの一部が筐体4で代替されている。   As shown in FIG. 3A, in the electronic circuit device 1 according to the present invention, a circuit element including a switching element, that is, a high-side switching element 11 and a main surface 3A facing the casing 4 among the main surfaces of the circuit board 3 The low-side switching element 12 and the capacitor C2 are mounted, and a part of the ground-side wiring pattern WPg among the wiring patterns connecting the circuit elements 11, 12, and C2 is replaced by the housing 4.

具体的には、回路基板3と筐体4とをネジ6で締付固定する固定部5が設けられ、固定部5近傍で接地側の配線パターンWPgと筐体4を電気的に接続する接続部7(図中、破線の円で囲まれた領域)が設けられている。   Specifically, a fixing portion 5 is provided to fasten and fix the circuit board 3 and the housing 4 with screws 6, and a connection for electrically connecting the ground-side wiring pattern WPg and the housing 4 in the vicinity of the fixing portion 5. A portion 7 (a region surrounded by a broken-line circle in the drawing) is provided.

ネジ6で締付固定することにより、回路基板3に形成された接地側の配線パターンWPgと筐体4との間に良好なオーミックコンタクトが得られる。なお、図中、符号ILは絶縁被覆層である。   By tightening and fixing with the screws 6, a good ohmic contact is obtained between the ground-side wiring pattern WPg formed on the circuit board 3 and the housing 4. In the figure, the symbol IL is an insulating coating layer.

さらに、筐体4に凹部4Aが形成され、回路基板3にマウントされた回路素子C2,11,12などが当該凹部4Aに収容されている。その結果、筐体4に対して回路基板3上の平坦な配線パターンを湾曲などの歪みが生じることなく正対させた状態で接触させることができ、さらには接地電位を安定させるとともに電磁シールド効果により耐ノイズ性能が向上するようになる。   Furthermore, a recess 4A is formed in the housing 4, and circuit elements C2, 11, 12 and the like mounted on the circuit board 3 are accommodated in the recess 4A. As a result, the flat wiring pattern on the circuit board 3 can be brought into contact with the housing 4 in a state of being directly opposed without distortion such as bending, and the ground potential can be stabilized and the electromagnetic shielding effect can be obtained. As a result, the noise resistance performance is improved.

図3Bには、このような電子回路装置1の寄生インダクタンスの特性が、従来の電子回路装置1に対する寄生インダクタンスの特性(図5B参照。)と対比できるように示されている。図3Bに示されているように、従来のビアに対応する寄生インダクタンスL(V1),L(V2)が無くなり、配線パターンWP2に対応する寄生インダクタンスL(WP2)が極めて小さくなる。寄生インダクタンスL(WP2)に対応する配線パターンWP2が筐体4で代替されるためである。   FIG. 3B shows the parasitic inductance characteristic of the electronic circuit device 1 so that it can be compared with the parasitic inductance characteristic of the conventional electronic circuit device 1 (see FIG. 5B). As shown in FIG. 3B, the parasitic inductances L (V1) and L (V2) corresponding to the conventional via are eliminated, and the parasitic inductance L (WP2) corresponding to the wiring pattern WP2 is extremely small. This is because the case 4 replaces the wiring pattern WP2 corresponding to the parasitic inductance L (WP2).

図2Cには、図3Aに示す電子回路装置1に備えたハイサイド側スイッチング素子11のスイッチング特性が示されている。時刻t0でハイサイド側スイッチング素子11がオン状態からオフ状態へ移行すると、ハイサイド側スイッチング素子11のドレインには大きなサージ電圧が印加されることなく、またドレイン電流の立下りが速やかになっていることが確認される。つまり、スイッチング損失が大きく低減されるとともに、オン抵抗が小さいという利点のある低耐圧のスイッチング素子であっても十分に機能することが分かる。   FIG. 2C shows the switching characteristics of the high-side switching element 11 provided in the electronic circuit device 1 shown in FIG. 3A. When the high-side switching element 11 shifts from the on state to the off state at time t0, a large surge voltage is not applied to the drain of the high-side switching element 11 and the drain current falls quickly. It is confirmed that That is, it can be seen that even a low withstand voltage switching element that has the advantage that the switching loss is greatly reduced and the on-resistance is small functions sufficiently.

回路基板3の主面3Aには、図2Aに示す電解コンデンサC1,チョークコイルL1,平滑コンデンサC3がマウントされ、さらに、出力端子T3,T4間の電圧をモニタする電圧検知回路や、ハイサイド側スイッチング素子11とローサイド側スイッチング素子12のゲート電圧を制御する制御回路や、スイッチング素子11,12を駆動するドライバ回路などがマウントされている。   The electrolytic capacitor C1, the choke coil L1, and the smoothing capacitor C3 shown in FIG. 2A are mounted on the main surface 3A of the circuit board 3, and further, a voltage detection circuit that monitors the voltage between the output terminals T3 and T4, A control circuit that controls the gate voltage of the switching element 11 and the low-side switching element 12, a driver circuit that drives the switching elements 11 and 12, and the like are mounted.

なお、回路基板3の主面3Bには、コンデンサC2やスイッチング素子11,12以外の直流レギュレータに必要な他の回路素子がマウントされていてもよい。例えば、上述したドライバ回路を除いて、電圧検知回路や制御回路が主面3Bにマウントされていてもよい。この場合、ビアを介して主面3A側にマウントされた回路素子と電気的に接続すればよい。回路基板3の主面3Aにマウントする回路素子の数を制限することにより、筐体4に形成される凹部4Aの形状がシンプルになり、そのための凹部4Aの加工工程が簡素化できるようになる。   Note that other circuit elements necessary for the DC regulator other than the capacitor C2 and the switching elements 11 and 12 may be mounted on the main surface 3B of the circuit board 3. For example, a voltage detection circuit and a control circuit may be mounted on the main surface 3B except for the driver circuit described above. In this case, what is necessary is just to electrically connect with the circuit element mounted in the main surface 3A side via the via | veer. By limiting the number of circuit elements to be mounted on the main surface 3A of the circuit board 3, the shape of the recess 4A formed in the housing 4 is simplified, and the processing step of the recess 4A for that purpose can be simplified. .

図4には、本発明による電子回路装置1の別実施形態が示されている。
本実施形態では、接地側の配線パターンWPgと筐体4を電気的に接続する接続部7のうち筐体4の表面に凸部8が形成され(図4上段参照。)、ネジ6で回路基板3が筐体4に締付固定されることにより、凸部8と配線パターンWPgとの間により確実なオーミックコンタクトが得られるようになる(図4下段参照。)。
FIG. 4 shows another embodiment of the electronic circuit device 1 according to the present invention.
In the present embodiment, a convex portion 8 is formed on the surface of the housing 4 among the connection portions 7 that electrically connect the ground-side wiring pattern WPg and the housing 4 (see the upper part of FIG. As the substrate 3 is fastened and fixed to the housing 4, a more reliable ohmic contact can be obtained between the convex portion 8 and the wiring pattern WPg (see the lower part of FIG. 4).

なお、筐体4の表面に凸部8を形成するのに替えて、配線パターンWPg側、つまり回路基板3側に凸部8を形成してもよい。さらには、凸部として機能する任意の導電性スペーサを介在させてもよい。またさらには、接地側の配線パターンWPgと筐体4の双方に凸部8を形成してもよい。   Instead of forming the protrusions 8 on the surface of the housing 4, the protrusions 8 may be formed on the wiring pattern WPg side, that is, on the circuit board 3 side. Furthermore, you may interpose the arbitrary conductive spacers which function as a convex part. Furthermore, the convex portions 8 may be formed on both the ground-side wiring pattern WPg and the housing 4.

上述した実施形態では、直流レギュレータが同期整流型降圧レギュレータである場合を説明したが、本発明が適用可能な直流レギュレータは、非絶縁型の同期整流型降圧レギュレータに限らず、非同期整流型降圧レギュレータ、昇圧レギュレータ、昇降圧レギュレータにも適用可能であり、絶縁型の降圧レギュレータ、昇圧レギュレータ、昇降圧レギュレータにも適用可能であることはいうまでもない。   In the above-described embodiments, the case where the DC regulator is a synchronous rectification step-down regulator has been described. However, the DC regulator to which the present invention can be applied is not limited to a non-isolated synchronous rectification step-down regulator, but is an asynchronous rectification step-down regulator. Needless to say, the present invention can be applied to a boost regulator and a buck-boost regulator, and can also be applied to an isolated buck regulator, a boost regulator, and a buck-boost regulator.

本発明は、直流レギュレータ以外に、スイッチング素子を用いる任意のレギュレータ回路に適用可能であり、例えばフルブリッジのインバータ回路、ハーフブリッジのインバータ回路にも広く応用できる。   The present invention can be applied to any regulator circuit using a switching element in addition to a DC regulator, and can be widely applied to, for example, a full-bridge inverter circuit and a half-bridge inverter circuit.

上述した実施形態では、アルミニウム製の筐体を説明したが、筐体を構成する金属はアルミニウム製に限るものではなく、銅などの良導電性の金属であればよい。また、回路基板3の構成材料もガラスエポキシ樹脂製に限るものではなく、適宜公知の素材を用いればよい。   In the above-described embodiments, the case made of aluminum has been described. However, the metal constituting the case is not limited to aluminum, and may be a highly conductive metal such as copper. Further, the constituent material of the circuit board 3 is not limited to glass epoxy resin, and a known material may be used as appropriate.

以上説明した実施形態は、本発明が適用される電子回路装置の一例に過ぎず、各部の具体的な回路構成、回路基板の配線パターンの構成は、本発明による作用効果が奏される範囲で適宜変更設計することも可能であることはいうまでもない。   The embodiment described above is merely an example of an electronic circuit device to which the present invention is applied, and the specific circuit configuration of each part and the configuration of the wiring pattern of the circuit board are within the scope where the effects of the present invention are exhibited. Needless to say, the design can be changed as appropriate.

本発明の電子回路装置は、寄生インダクタンスの影響を低減する必要のある様々な用途の電子回路装置に適用することができる。   The electronic circuit device of the present invention can be applied to electronic circuit devices for various uses that need to reduce the influence of parasitic inductance.

1:電子回路装置
3:回路基板
4:筐体
5:固定部
6:ネジ
7:接続部
8:凸部
10:直流レギュレータ(降圧レギュレータ)
11:ハイサイド側スイッチング素子
12:ローサイド側スイッチング素子
C1:電解コンデンサ
C2:コンデンサ
C3:平滑コンデンサ
L1:チョークコイル

1: Electronic circuit device 3: Circuit board 4: Housing 5: Fixing part 6: Screw 7: Connection part 8: Convex part 10: DC regulator (step-down regulator)
11: High-side switching element 12: Low-side switching element C1: Electrolytic capacitor C2: Capacitor C3: Smoothing capacitor L1: Choke coil

Claims (5)

レギュレータを構成するスイッチング素子を含む複数の回路素子がマウントされ、各回路素子を電気的に接続する配線パターンが配された回路基板と、前記回路基板を保持する金属製の筐体と、を備えた電子回路装置であって、
前記回路基板の主面のうち前記筐体と対向する主面に、前記スイッチング素子を含む回路素子がマウントされ、各回路素子を接続する配線パターンのうち接地側の配線パターンの一部が前記筐体で代替されている、電子回路装置。
A circuit board on which a plurality of circuit elements including a switching element constituting a regulator are mounted and a wiring pattern for electrically connecting each circuit element is provided, and a metal casing that holds the circuit board. Electronic circuit device,
A circuit element including the switching element is mounted on a main surface of the main surface of the circuit board facing the housing, and a part of the ground-side wiring pattern among the wiring patterns connecting the circuit elements is the housing. Electronic circuit devices that are replaced by the body.
前記回路基板と前記筐体とをネジで締付固定する固定部が設けられ、前記固定部近傍で前記接地側の配線パターンと前記筐体を電気的に接続する接続部が設けられている、請求項1に記載の電子回路装置。   A fixing portion for fastening and fixing the circuit board and the housing with screws is provided, and a connection portion for electrically connecting the ground-side wiring pattern and the housing in the vicinity of the fixing portion is provided. The electronic circuit device according to claim 1. 前記接続部のうち前記接地側の配線パターンと前記筐体の何れかに凸部が形成されている、請求項2に記載の電子回路装置。   The electronic circuit device according to claim 2, wherein a convex portion is formed on either the wiring pattern on the ground side of the connection portion or the housing. 前記筐体に凹部が形成され、前記回路基板にマウントされた回路素子が前記凹部に収容されている、請求項1から3の何れか1項に記載の電子回路装置。   4. The electronic circuit device according to claim 1, wherein a concave portion is formed in the housing, and a circuit element mounted on the circuit board is accommodated in the concave portion. 5. 前記レギュレータは、ハイサイド側スイッチング素子及びローサイド側スイッチング素子の直列回路にコンデンサが並列接続された同期整流型降圧レギュレータであり、前記ローサイド側スイッチング素子と前記コンデンサの接地側の配線パターンが前記筐体で代替されている、請求項1から4の何れか1項に記載の電子回路装置。

The regulator is a synchronous rectification step-down regulator in which a capacitor is connected in parallel to a series circuit of a high-side switching element and a low-side switching element, and a wiring pattern on the ground side of the low-side switching element and the capacitor is the housing The electronic circuit device according to claim 1, wherein the electronic circuit device is replaced by any one of claims 1 to 4.

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