CN108432113A - Dc/dc转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够减小平面尺寸且能够提高散热性能的DC/DC转换器。DC/DC转换器(10)具备散热器(12)、被配置于散热器(12)的上方的功率模块(14)、被配置于功率模块(14)的上方的电路基板(16)和被装配于电路基板(16)的扼流线圈(18)。在此，功率模块(14)通过形成有开口部(OP1)的金属板(22)被安装于散热器(12)。电路基板(16)被底座(12b及24)保持，以使得扼流线圈(18)向下方突出且在俯视下与开口部(OP1)重叠。散热片(26)被配置于扼流线圈(18)的下方，以使得与扼流线圈(18)以及金属板(22)分别接触。

Description

DC/DC转换器
技术领域
本发明涉及DC/DC转换器，尤其涉及具备散热器、配置于散热器的上方的功率模块、配置于功率模块的上方的基板和装配于基板的电感器元件的DC/DC转换器。
背景技术
在专利文献1中公开了这种转换器的一个例子。根据该文献，功率模块、变压器以及扼流线圈经由导热性高的硅脂膏而配置于冷却块的载置面。装配有电容器、控制电路的布线基板与功率模块一体成型，通过在布线基板侧突出的连接端子而连接，并且被螺钉固定于从冷却块的载置面突出的支柱。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2005-143215号公报(图2、第0019段)
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1中，由于扼流线圈在俯视下被配置于避开功率模块的位置，因此存在平面尺寸大型化这样的课题。
在此，如果将扼流线圈配置于功率模块的上方，则可谋求平面尺寸的小型化。但是，在这种构造中，由于扼流线圈成为远离冷却块地配置的构造，因此产生散热性能(特别是释放由扼流线圈发生的热的性能)降低这样的课题。
因而，本发明的主要目的在于，提供一种能够减小平面尺寸且能够提高散热性能的DC/DC转换器。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的DC/DC转换器具备：散热器；功率模块，被配置于散热器的上方；基板，被配置于功率模块的上方；和电感器元件，被装配于基板，其中，所述DC/DC转换器还具备：金属制的安装构件，将功率模块安装于散热器；保持构件，保持基板，以使得电感器元件向下方突出、且在俯视下与功率模块重叠；和树脂构件，被配置于电感器元件的下方，以使得与电感器元件以及安装构件分别接触。
被装配于基板的电感器元件在俯视下与功率模块重叠。由此，能够抑制DC/DC转换器的平面尺寸。此外，树脂构件与被装配于基板的电感器元件接触，并且与将功率模块安装于散热器的金属制的安装构件接触。由电感器元件产生的热经由树脂构件以及安装构件而传递到散热器。由此，能够提高散热性能。
优选的是，安装构件包括金属板，该金属板具有在上下方向上开口的开口部并将功率模块按压到散热器，树脂构件被配置在金属板与功率模块之间，电感器元件通过开口部而与树脂构件接触。
通过金属板将功率模块按压到散热器，由此能够确保从功率模块向散热器的散热性能。此外，树脂构件介于功率模块与电感器元件之间，功率模块与电感器元件不直接接触，从而可减轻功率模块、电感器元件损伤的顾虑。此外，在金属板形成在上下方向上开口的开口部，使电感器元件经由开口部而与树脂构件接触，从而可谋求DC/DC转换器的低矮化。
优选的是，安装构件包括将功率模块按压到散热器的平坦的金属板，树脂构件被配置在金属板与电感器元件之间，在安装构件与功率模块之间配置有追加的树脂构件。通过采用平坦的金属板，从而提高散热性能。
发明效果
根据本发明，能够减小平面尺寸且能够提高散热性能。
本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点根据参照附图进行的以下的实施例的详细说明而更加明确。
附图说明
图1为表示将本实施例的DC/DC转换器分解并进行了斜视的状态的分解立体图。
图2为表示从侧方观察本实施例的DC/DC转换器的状态的侧视图。
图3为表示扼流线圈以及电解电容器被装配于电路基板的状态的俯视图。
在图4中，(A)为表示在散热器上载置功率模块以及底座的工序的图解图，(B)为表示将底座以及功率模块安装于散热器并且在功率模块的上表面粘附散热片的工序的图解图。
在图5中，(A)为表示在功率模块上安装金属板的工序的图解图，(B)为表示将装配有扼流线圈以及电解电容器的电路基板载置在散热器上的工序的图解图。
图6为表示将电路基板安装于散热器的工序的图解图。
在图7中，(A)为表示图6所示的A-A′剖面的图解图，(B)为表示图6所示的B-B′剖面的图解图。
图8为表示图1所示的DC/DC转换器的等效电路的电路图。
图9为表示将其他实施例的DC/DC转换器分解并进行了斜视的状态的分解立体图。
图10为表示从上方对图9所示的DC/DC转换器进行了透视的状态的图解图。
在图11中，(A)为表示图10所示的C-C′剖面的图解图，(B)为表示图10所示的D-D′剖面的图解图。
具体实施方式
[实施例1]
参照图1以及图2，本实施例的DC/DC转换器10具备散热器12、配置于散热器12的上方的功率模块14、配置于功率模块14的上方的电路基板(基板)16、装配于电路基板16的多个扼流线圈(电感器元件)18以及多个电解电容器20。在从上方观察时，散热器12以及电路基板16各自的轮廓描绘出共同尺寸的长方形。
在本实施例中，在该长方形的短边以及长边分别分配X轴以及Y轴，在与该长方形正交的方向分配Z轴。此时，X轴方向的负侧以及正侧分别与左侧以及右侧对应，Y轴方向的负侧以及正侧分别与前侧以及后侧对应，Z轴方向的正侧以及负侧分别与上侧以及下侧对应。以下，以如此分配得到的XYZ轴为基准，来说明构成DC/DC转换器10的构件的构造、互相的位置关系。
散热器12由在上表面设置有凹部CC1的长方形的金属板12a、在金属板12a的上表面一体成型的金属制的五个底座12b以及两个底座12c、和在金属板12a的下表面一体成型的金属制的多个翘片(Fin)12d构成。
详细地来说，凹部CC1设置于比上表面中央稍微靠前侧的位置。从上方观察时，凹部CC1的轮廓描绘出长方形，其长边以及短边分别在左右方向以及前后方向上延伸。此外，凹部CC1的深度是构成功率模块14的模块主体14a(详细将后述)能够定位的程度的深度即可。进而，在凹部CC1的底面涂敷润滑脂28。
此外，五个底座12b中的四个分别被设置于金属板12a的上表面的四角，剩余的一个被设置于金属板12a的上表面的后端部且左右方向上的中央的位置。不过，被设置于后方的两个角部的两个底座12b比其他三个底座12b小。在如此设置的五个底座12b的上表面形成在上下方向上延伸的孔(用黑圆圈表示)，在孔的内周面切出内螺纹。
两个底座12c均形成为带状，从上方观察分别被设置于凹部CC1的左侧以及右侧。各个底座12c的长度与描绘出凹部CC1的轮廓的长方形的短边的长度一致，底座12c的两端与该长方形的短边的两端对准。此外，各个底座12c的上表面的高度成为比在凹部CC1搭载有功率模块14时的模块主体14a的上表面高的位置。
关于凹部CC1的左侧的底座12c，其右侧面被设为与凹部CC1的左内侧面齐平。关于凹部CC1的右侧的底座12c，其左侧面被设为与凹部CC1的右内侧面齐平。进而，关于任一个底座12c，均在其上表面的长度方向两端形成在上下方向上延伸的孔(用黑圆圈表示)，并在孔的内周面切出内螺纹。
另外，在上下方向上延伸的孔(用黑圆圈表示)，在设置于前端部的两个底座12b之间的两个位置追加形成，进而在设置于左后端部的底座12b的右侧、设置于右后端部的底座12b的左侧、设置于后端部的左右中央的底座12b的左侧以及右侧各追加形成一个。在这些孔的内周面也切出内螺纹。
多个翘片12d在金属板12a的下表面在左右方向上等间隔地配置，并在前后方向上延伸。各个翘片12d的长度与描绘出金属板12a的轮廓的长边的长度一致，各个翘片12d的长度方向两端与该长边的两端对准。
进一步参照图4的(A)，在金属板12a的上表面的后端部载置有两个底座24。详细地来说，一个底座24被载置于在左后端部设置的底座12b与在后端部的左右中央设置的底座12b之间，另一个底座24被载置于在后端部的左右中央设置的底座12b与在右后端部设置的底座12b之间。
各个底座24具有在左侧以及右侧分别突出的两个腿，在两个腿分别形成在上下方向上贯通的贯通孔(用黑圆圈表示)。如此形成的贯通孔在将底座24载置于金属板12a的上表面时，与在金属板12a的上表面的后端部形成的贯通孔重叠。
功率模块14由用树脂模制的模块主体14a、和从模块主体14a突出的多个引线14b构成。
详细地来说，模块主体14a形成为长方体状，其上表面或者下表面呈长方形。该长方形的长边的长度比凹部CC1的长边的长度稍短，该长方形的短边的长度比凹部CC1的短边的长度稍短。
多个引线14b的一部分从模块主体14a的前侧面向前方突出，多个引线14b的另一部分从模块主体14a的后侧面向后方突出。突出的高度位置是比前侧面的高度方向中央稍微靠上侧的位置。此外，在从前侧面突出的多个引线14b中的两个，分别形成用黑圆圈表示的两个贯通孔。进而，不具有贯通孔的剩余的引线14d在向前方或者后方突出之后向上方向弯曲，并在上方向上延伸。
如果使功率模块14与凹部CC1嵌合，则具有贯通孔的两个引线14b被配置于在金属板12a的上表面的前端部形成的两个孔上。此外，形成于引线14b的贯通孔与在金属板12a的上表面的前方形成的孔重叠。
如图4的(B)所示，四个螺钉构件(在外周面形成外螺纹，材料为金属)30被拧入设置于两个底座24的合计四个贯通孔，进而被拧入在金属板12a的上表面的后端部形成的合计四个孔。其结果，底座24被固定于金属板12a。此外，两个螺钉构件(在外周面形成外螺纹，材料为金属)32被拧入形成于引线14b的两个贯通孔，进而被拧入在金属板12a的上表面的前端部形成的两个孔。其结果，具有贯通孔的两个引线14b被固定于金属板12a。
在模块主体14a的上表面粘附有长方形的散热片(树脂构件)26。详细地来说，散热片26的长边以及短边的长度与模块主体14a的上表面所形成的长方形的长边以及短边的长度一致。散热片26被粘附于模块主体14a的上表面，以使得其轮廓与模块主体14a的上表面的轮廓重叠。
在功率模块14与凹部CC1嵌合、并且散热片26粘附于模块主体14a的上表面之后，金属板22被安装于底座12c。详细地来说，金属板22的轮廓描绘出长方形，其长边的长度与从左侧的底座12c的左侧面起到右侧的底座12c的右侧面为止的距离一致。此外，该长方形的短边的长度与底座12c的长度一致。
在金属板22的中央，形成在上下方向上开口的开口部OP1。开口部OP1也呈长方形，其长边在左右方向上延伸，另一方面，其短边在前后方向上延伸。在金属板22的上表面的四角形成到达金属板22的下表面为止的贯通孔(用黑圆圈表示)，在贯通孔的内周面切出内螺纹。
如图5的(A)所示，金属板22被载置于两个底座12c，以使得其左侧面相对于左侧的底座12c的左侧面而变得齐平，其右侧面相对于右侧的底座12c的右侧面而变得齐平。如果从上方观察，则形成于金属板22的四个贯通孔与形成于两个底座12c的合计四个孔分别重叠。四个螺钉构件(在外周面形成外螺纹，材料为金属)34被拧入形成于金属板22的四个贯通孔，进而被拧入形成于两个底座12c的合计四个孔。其结果，金属板22被固定于底座12c。功率模块14通过如此固定的金属板22而被按压到散热器12。
返回到图1，在电路基板16的上表面的端部形成到达电路基板16的下表面为止的七个贯通孔(用黑圆圈表示)。其中，四个贯通孔形成于四角，三个贯通孔如在左右并排那样形成于后端部。
此外，在电路基板16的上表面的前侧形成两个贯通孔HL1，在电路基板16的上表面的大致中央形成多个贯通孔HL2。进而，在电路基板16的下表面形成电路图案PT1～PT3。四个扼流线圈18以及六个电解电容器20被装配于形成这种构造的电路基板16的下表面。
参照图5的(B)，如果使电路基板16的上表面或者下表面的四角与金属板12a的上表面或者下表面的四角对准，则扼流线圈18被配置于从上方观察时与开口部OP1重叠的位置，电解电容器20被配置于从上方观察时模块主体14a的后侧面与底座12b或者24之间的位置。
此外，形成于电路基板16的端部的七个贯通孔分别与形成于五个底座12b以及两个底座24的合计七个孔重叠。进而，在电路基板16的上表面形成的贯通孔HL1或者HL2与向上方弯曲的引线14b的前端重叠。
如图6所示，五个螺钉构件(在外周面形成外螺纹，材料为金属)36以及两个螺钉构件(在外周面形成外螺纹，材料为金属)38被拧入形成于电路基板16的七个贯通孔，进而被拧入形成于五个底座12b以及两个底座24的合计七个孔。其结果，电路基板16被固定于散热器12，引线14b通过贯通孔HL1或者HL2而向电路基板16的上方突出。
图6所示的A-A′剖面形成图7的(A)所示的构造，图6所示的B-B′剖面形成图7的(B)所示的构造。
底座12b以及24的高度被调整为在将电路基板16固定于散热器12时在扼流线圈18的下端面与模块主体14a的上表面之间形成空隙的高度。此外，散热片26的自然状态下的厚度被调整为超过该空隙的高度的厚度。因此，在将电路基板16固定于散热器12的状态下，散热片26被扼流线圈18持续地按压。
由扼流线圈18产生的热在被传递到如此按压的散热片26之后，经由模块主体14a以及散热器12(严格来说是金属板12a以及翘片12d)而被释放到外部，并且经由金属板22以及散热器12(严格来说是底座12c、金属板12a以及翘片12d)而被释放到外部。
另外，由模块主体14a产生的热经由金属板12a而从翘片12d释放。
在图8中示出形成这种构造的DC/DC转换器10的等效电路。在图8中，电感器L1通过扼流线圈18来实现，电容器C1以及C2通过电解电容器20来实现。此外，控制电路CTR1以及场效应型的晶体管TR1、TR2被设置于模块主体14a内。
据此，输入端子Tin与电容器C1以及C2各自的一端和晶体管TR2的漏极连接。晶体管TR2的源极与晶体管TR1的漏极以及电感器L1的一端连接。接地端子Tgnd与电容器C1的另一端以及晶体管TR1的源极连接。输出端子Tout与电容器C2的另一端以及电感器L1的另一端连接。晶体管TR1以及TR2的栅极与控制电路CTR1连接。
输入端子Tin被施加48V的直流电压，晶体管TR1以及TR2通过控制电路CTR1而被导通/截止。其结果，12V的直流电压从输出端子Tout被输出。如此可实现非绝缘型且降压型的DC/DC转换器10。
根据以上的说明可知，DC/DC转换器10具备散热器12、配置于散热器12的上方的功率模块14、配置于功率模块14的上方的电路基板16和装配于电路基板16的扼流线圈18。在此，功率模块14通过金属板22被安装于散热器12。更详细地来说，金属板22具有在上下方向上开口的开口部OP1，将功率模块14按压到散热器12。
电路基板16被底座12b、24以及螺钉构件36、38保持，以使得扼流线圈18向下方突出、且在俯视下与功率模块14以及开口部OP1重叠。散热片26被配置于扼流线圈18的下方，以使得与扼流线圈18以及金属板22分别接触。更详细地来说，散热片26被配置于金属板22与功率模块14之间，扼流线圈18通过开口部OP1而与散热片26接触。
装配于电路基板16的扼流线圈18在俯视下与功率模块14重叠。由此，能够抑制DC/DC转换器10的平面尺寸。此外，散热片26与装配于电路基板16的扼流线圈18接触，并且与将功率模块14安装于散热器12的金属板22接触。如上述那样，由扼流线圈18产生的热从散热片26经由模块主体14a、金属板22而传递到散热器12，之后被释放到外部。由此，能够提高散热性能。
进而，由于功率模块14被金属板22按压到散热器12，因此能够确保从功率模块14向散热器12的散热性能。此外，由于散热片26介于功率模块14与扼流线圈18之间，功率模块14与扼流线圈18不直接接触，因此能够减轻功率模块14、扼流线圈18损伤的顾虑。此外，由于在金属板22形成在上下方向上开口的开口部OP1，扼流线圈18通过开口部OP1而与散热片26接触，因此能够实现DC/DC转换器10的低矮化。
[实施例2]
参照图9以及图10，其他实施例的DC/DC转换器10′的构造除了采用不具有开口部OP1的平坦的金属板22′来代替金属板22，采用两片散热片26a以及26b来代替散热片26的点之外，与上述的DC/DC转换器10的构造相同。因此，尽量省略关于同样构造的重复的说明。
与金属板22同样，金属板22′的轮廓描绘出长方形，其长边的长度与从左侧的底座12c的左侧面起到右侧的底座12c的右侧面为止的距离一致。此外，该长方形的短边的长度与底座12c的长度一致。在金属板22′的上表面的四角形成到达金属板22′的下表面为止的贯通孔(用黑圆圈表示)，在贯通孔的内周面切出内螺纹。功率模块14通过这种金属板22′而被按压到散热器12。
散热片26a以及26b各自的形状与散热片26的形状一致。详细地来说，散热片26a、26b的长边以及短边的长度与模块主体14a的上表面所形成的长方形的长边以及短边的长度一致。散热片26a被粘附于金属板22′的上表面中央，散热片26b被粘附于金属板22′的下表面中央。此时，散热片26a、26b的长边在左右方向上延伸，散热片26a、26b的短边在前后方向上延伸。
图10所示的C-C′剖面形成图11的(A)所示的构造，图10所示的D-D′剖面形成图11的(B)所示的构造。
底座12b、24的高度以及金属板22′的厚度被调整为使得在将电路基板16固定于散热器12时在扼流线圈18的下端面与金属板22′的上表面之间形成空隙。此外，散热片26a的自然状态下的厚度被调整为超过该空隙的高度的厚度。因此，在将电路基板16固定于散热器12的状态下，散热片26a被扼流线圈18持续地按压。
由扼流线圈18产生的热在被传递到如此按压的散热片26a之后，经由金属板22′、散热片26b、模块主体14a以及散热器12(严格来说是金属板12a以及翘片12d)而被释放到外部，并且经由金属板22′以及散热器12(严格来说是底座12c、金属板12a以及翘片12d)而被释放到外部。不过，由于树脂-金属间的热电阻的不同，由扼流线圈18产生的热大部分经由后者的散热路径而被释放到外部。
另外，由模块主体14a产生的热经由金属板12a而从翘片12d被释放，并且经由散热片26b、金属板22′而被释放到散热器12。
在本实施例中，采用平坦的金属板22′，散热片26a被配置在扼流线圈18与金属板22′之间。金属板22′的上表面以及下表面的面积比金属板22的上表面以及下表面的面积大对应未形成开口部OP1的量。因此，与采用金属板22的DC/DC转换器10相比，能够提高散热性能。
另外，在上述的实施例中，假设了非绝缘型的DC/DC转换器10或者10′，但本发明也能适用于绝缘型的DC/DC转换器。在该情况下，作为电感器元件而假设变压器。此外，开关元件被设置于功率模块。
另外，上述的多个实施例的结构能够在不矛盾的范围中适当组合是不言而喻的。
附图标记说明：
10、10′…DC/DC转换器；
12…散热器；
12a…金属板；
12b…底座(保持构件的一部分)；
12c…底座；
14…功率模块；
14a…模块主体；
14b…引线；
16…电路基板(基板)；
18…扼流线圈(电感器元件)；
22、22′…金属板(安装构件)；
24…底座(保持构件的一部分)；
26、26a…散热片(树脂构件)；
26b…散热片(追加的树脂构件)；
28…润滑脂；
36、38…螺钉构件(保持构件的另一部分)；
OP1…开口部。

Claims (3)

1.一种DC/DC转换器，具备：
散热器；
功率模块，被配置于所述散热器的上方；
基板，被配置于所述功率模块的上方；和
电感器元件，被装配于所述基板，
其中，所述DC/DC转换器还具备：
金属制的安装构件，将所述功率模块安装于所述散热器；
保持构件，保持所述基板，以使得所述电感器元件向下方突出、且在俯视下与所述功率模块重叠；和
树脂构件，被配置于所述电感器元件的下方，以使得与所述电感器元件以及所述安装构件分别接触。
2.根据权利要求1所述的DC/DC转换器，其中，
所述安装构件包括：金属板，具有在上下方向上开口的开口部，并将所述功率模块按压到所述散热器，
所述树脂构件被配置在所述金属板与所述功率模块之间，
所述电感器元件通过所述开口部而与所述树脂构件接触。
3.根据权利要求1所述的DC/DC转换器，其中，
所述安装构件包括：平坦的金属板，将所述功率模块按压到所述散热器，
所述树脂构件被配置在所述金属板与所述电感器元件之间，
在所述安装构件与所述功率模块之间配置有追加的树脂构件。
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