DE102018212081A1

DE102018212081A1 - DC-DC Wandler

Info

Publication number: DE102018212081A1
Application number: DE102018212081.1A
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa WATARU; Minoru Kubota
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2019-01-24
Also published as: US20190029140A1; JP2019022357A; CN109286319A

Abstract

DC-DC Wandler, der ein Substrat, an dem ein Kühlkörper angebracht ist, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, die mit entsprechend verschiedenen Gleichstrom Energieversorgungssystemen verbunden sind, einen Schaltungsteil, der auf dem Substrat ausgebildet ist und der eine DC-DC Spannungswandlung durchführt, eine erste Busleiste als ein Strompfad zwischen dem ersten Anschluss und dem Schaltungsteil, und eine zweite Busleiste als ein Strompfad zwischen den zweiten Anschluss und dem Schaltungsteil einschließt.

Description

Querverweis zur verwandten Anmeldung
Die Priorität Anmeldung, die japanische Patentanmeldung Nr. 2017-139636 , auf der diese Patentanmeldung basiert, ist hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen DC-DC Wandler einschließlich eines Kühlkörpers.
Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren wurden Automobile und ähnliches mit zwei Stromversorgungssystemen mit unterschiedlichen Spannungen montiert. Beispielsweise wurde zusätzlich zu einem konventionellen 12 V Stromversorgungssystem ein 48 V Stromversorgungssystem montiert.
Im Fall, dass die zwei Stromversorgungssysteme mit unterschiedlichen Spannungen montiert sind, kann, wenn Energie zwischen den zwei Stromversorgungssystemen gegenseitig übertragen werden kann, eines der zwei Stromversorgungssysteme die Energieversorgung des anderen der zwei Stromversorgungssysteme kompensieren, wenn beispielsweise das andere der zwei Stromversorgungssysteme ausfällt. Es ist auch möglich, eine Batterie von einem der 2 Stromversorgungssysteme durch eine Batterie des anderen der Stromversorgungssysteme aufzuladen. Deshalb wird vorgeschlagen, einen bidirektionalen DC-DC Wandler zu verwenden, um die gegenseitige Übertragung von Energie durchzuführen (beispielsweise in Bezugnahme auf die Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-226199 ).
Zusammenfassung der Erfindung
5 zeigt einen bidirektionalen DC-DC Wandler 300, der in einem Automobil und ähnlichem verwendet wird. Wie gezeigt wird ist der DC-DC Wandler 300 auf einem Substrat 310 angeordnet und schließt in derselben Ebene einen ersten Anschluss 321, einen zweiten Anschluss 322, einen Masseanschluss 323, eine erste Stromleitung 331, eine zweite Stromleitung 332 und einen Schaltungsteil 338 ein. Das Substrat 310 ist mit einem Kühlkörper 340 ausgestattet, welcher über ein thermisches Schnittstellenmaterial (TIM, thermal interface material) 341 als ein wärmeleitfähiges Material an einer Oberfläche des Substrats 310 angebracht, die auf einer dem Schaltungsteil gegenüberliegenden Seite liegt.
Der erste Anschluss 321 ist mit einem ersten Stromversorgungssystem verbunden und der zweite Anschluss 322 ist mit einem zweiten Stromversorgungssystem verbunden. Die erste Stromleitung 331 ist ein Strompfad zwischen dem ersten Anschluss 321 und dem Schaltungsteil 338, und die zweite Stromleitung 332 ist ein Strompfad zwischen dem zweiten Anschluss 322 und dem Schaltungsteil 338. Die erste Stromleitung 331 und die zweite Stromleitung 332 werden für große Ströme verwendet und sind mit Kupferfolie auf dem Substrat 310 verlegt. Der Masseanschluss 323 wird gemeinsam für das erste Stromversorgungssystem und das zweite Stromversorgungssystem verwendet.
Da der DC-DC Wandler 300 in dem Automobil verwendet wird und selbiges große Ströme verarbeitet, erzeugen die erste Stromleitung 331, die zweite Stromleitung 332 und der Schaltungsteil 338 beim Betrieb des DC-DC-Wandlers 300 Wärme, die eine Temperaturerhöhung des gesamten Substrats 310 verursacht. Um dies anzusprechen, wird der Kühlkörper 340, der über das TIM 341 angebracht ist, zur Wärmeabführung bereitgestellt. Da jedoch die Temperaturerhöhung die Stabilität und Lebensdauer der Schaltung beeinflussen kann, gibt es eine Notwendigkeit für eine weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Wärmeabführung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Leistungsfähigkeit der Wärmeabführung in einem DC-DC Wandler zu verbessern.
Um die oben angegebene Aufgabe zu erfüllen umfasst ein DC-DC Wandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Substrat, an welchem ein Kühlkörper angebracht ist, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, die entsprechend mit unterschiedlichen DC Stromversorgungssystemen verbunden sind, einen Schaltungsteil, der auf dem Substrat ausgebildet ist und der die DC-DC Spannung Wandlung durchführt, eine erste Busleiste als ein Strompfad zwischen dem ersten Anschluss und dem Schaltungsteil und eine zweite Busleiste als ein Strompfad zwischen dem zweiten Anschluss und dem Schaltungsteil. Gemäß dieser Ausführungsform kann Wärme nicht nur von dem Kühlkörper, sondern auch von der ersten Busleiste und der zweiten Busleiste abgeführt werden, wodurch die Leistungsfähigkeit der Wärmeabführung des DC-DC-Wandlers verbessert wird.
Weiterhin werden gemäß dem DC-DC Wandler dieser Ausführungsform die erste Busleiste und die zweite Busleiste aus einer Metallplatte mit einer rechteckigen Form gebildet und in einer stehenden Position und mit einer langen Seite der Busleisten auf der Substratseite positioniert an einer Schaltungsteilbildungsseite des Substrats, auf der der Schaltungsteil ausgebildet ist, angebracht. Folglich kann die Wärme mit hoher Effizienz abgeleitet werden, da die beiden großen Plattenoberflächen der ersten Busleiste unter zweiten Busleiste über dem Substrat freilegen. Weiterhin kann die Fläche des Substrats reduziert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Leistungsfähigkeit der Wärmeableitung in den DC-DC Wandler verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines DC-DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die den DC-DC Wandler aus der Sicht der ersten Anschluss Seite zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht, geschnitten entlang der Linie A-A des DC-DC-Wandlers in den 1 und 2;
4 ist eine Darstellung zum Vergleich einer Größe eines konventionellen DC-DC-Wandlers mit dem DC-DC Wandler der vorliegenden Erfindung; und
5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration des konventionellen DC-DC-Wandlers veranschaulicht.

Ausführliche Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung
Das Folgende wird eine beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erklären. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines DC-DC-Wandlers 100 gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht. Der DC-DC Wandler 100 führt eine bidirektionale Übertragung von Energie zwischen einem ersten Gleichstrom-Energieversorgung System und einem zweiten Gleichstrom-Energieversorgung System durch. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf einen unidirektionalen DC-DC Wandler angewendet werden. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Hochsetz-DC-DC Wandler (boost DC-DC converter) oder einen Abwärts-DC-DC Wandler (buck DC-DC converter) angewendet werden oder kann auch auf einen isolierten DC-DC Wandler angewendet werden.
Wie in 1 gezeigt wird, ist der DC-DC Wandler 100 auf einem Substrat 110 angeordnet und umfasst einen ersten Anschluss 121, einen zweiten Anschluss 122, einen Masseanschluss 123 und einen Schaltungsteil 138, die in derselben Ebene angeordnet sind. Der erste Anschluss 121 und der zweite Anschluss 122 sind externe Anschlüsse, die mit einem ersten Stromversorgungssystem bzw. einem zweiten Stromversorgungssystem verbunden sind.
Der Schaltungsteil 138 führt die DC-DC Spannungwandlung durch. Der Schaltungsteil 138 kann irgendein Spannungswandler System verwenden. Zum Beispiel können ein Spannungsreglersystem (linear regulator), ein Zerhacker-Schaltkreissystem (chopper circuit), ein Schaltreglersystem (switching regulator) und Ähnliches verwendet werden.
Ein Kühlkörper 140 ist über ein thermisches Schnittstellenmaterial (PIM, thermal interface material) 141 als wärmeleitfähiges Material auf einer Oberfläche des Substrats 110 auf der, der Schaltungsteil bildenden Oberfläche gegenüberliegenden Seite (d.h. der Oberfläche des Substrats, auf der der Schaltungsteil ausgebildet ist) angebracht. Das thermische Schnittstellenmaterial 141 kann Silizium, Graphit, Gummi, thermisch leitfähige Schmiermittel, Metall und Ähnliches sein. Der Kühlkörper 140 kann aus einem Metallmaterial mit geringem thermischen Widerstand sein, und es wird bevorzugt, dass der Kühlkörper eine Feinstruktur aufweist, so dass er eine große Oberfläche hat. Ein Ventilator kann an dem Kühlkörper angebracht sein, um den Wärme ab für Effekt zu verbessern.
In dieser Ausführungsform wird eine erste Busleiste 131 als ein Strompfad zwischen dem ersten Anschluss 121 und dem Schaltungsteil 138 und eine zweite Busleiste als ein Strompfad zwischen dem zweiten Anschluss 122 und dem Schaltungsteil 138 bereitgestellt.
Die erste Busleiste 131 und die zweite Busleiste 132 sind beide aus einer langen, dünnen rechteckförmigen Metallplatte gebildet und werden an der Schaltungsteil bildenden Oberfläche des Substrats 110 in einer stehenden Position und mit der langen Seite der Bus leisten nach unten positioniert (d.h. der langen Seite benachbart zur Seite des Substrats 110) angebracht. So sind beide großen Plattenflächen der entsprechenden ersten und zweiten Busleiste über dem Substrat 110 freiliegend. Da sich weiterhin die erste und die zweite Busleiste in einer stehenden Position befinden, kann die Anbringungsfläche auf dem Substrat 110 klein sein.
Die Befestigung der ersten Busleiste 131 und der zweiten Busleiste 132 an dem Substrat 110 kann durchgeführt werden, indem eine Vielzahl von Beinen an jeder Busleiste an ihrer langen Seite an einer Seite der Metallplatte gebildet werden und indem die Beine in Löcher eingepasst werden, die auf dem Substrat 110 ausgebildet sind, wie in 2 gezeigt wird. 2 ist eine, von der Seite des ersten Anschlusses 121 aus gesehene perspektivische Ansicht.
3 ist eine Querschnittsansicht, geschnitten entlang der Linie A-A des DC-DC-Wandlers 100 der 1 und 2.wie gezeigt ist, wird die Wärme, die von dem Schaltungsteil 138 erzeugt wird, zum Substrat 110 und VIA-Löcher 111 geleitet und zum Kühlkörper 140 über das TIM 141 geleitet und abgeführt.
Weiterhin wird in dieser Ausführungsform die Wärme, die von dem Schaltungsteil 138 erzeugt wird, auf von der ersten Busleiste 131 unter zweiten Busleiste 132, die über das Substrat 110 verbunden sind, abgeleitet. Wie oben beschrieben wurde, da sowohl die großen Plattenflächen der ersten Busleiste 131 unter zweiten Busleiste 132 über dem Substrat 110 freiliegend, kann die Wärme mit hoher Effizienz abgeleitet werden. Weiterhin kann die erste Busleiste 131 und die zweite Busleiste 132 Wärme ableiten, die von ihr selbst erzeugt wird.
Wie oben beschrieben wurde wird gemäß dem DC-DC Wandler 100 dieser Ausführungsform die Wärme nicht nur von dem Kühlkörper 140 auf der gegenüberliegenden Seite des Schaltungsteil 138 effizient abgeleitet, sondern auch von der ersten Busleiste 131 unter zweiten Busleiste 132, die auf derselben Seite wieder Schaltungsteil 138 bereitgestellt sind. Folglich kann die Leistungsfähigkeit der Wärmeableitung verbessert werden.
Der DC-DC Wandler 100 dieser Ausführungsform verwendet als Strompfade die erste Busleiste 131 und die zweite Busleiste 132 mit ihren Metallplatten entstehender Position anstelle der konventionellen ersten Stromleitung 331 und der zweiten Stromleitung 332, die mit Kupferfolie verlegt werden. Folglich kann gemäß dieser Ausführungsform, wie in 4 gezeigt wird, die Fläche des Schaltungsteil 138 dieselbe bleiben wie der konventionelle Schaltungsteil 338, jedoch kann die Größe des Substrats 110 verringert werden, was einen weiteren vorteilhaften Effekt bereitstellt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann die Masseleitung unter Verwendung der Metallplatte der Busleiste ausgebildet sein. Weiterhin kann eine Rippe (fin) auf der Metallplatte ausgebildet sein, die die erste Busleiste 131 und die zweite Busleiste 132 bilden, oder die Metallplatten der Bus leisten können gefaltet sein.
Bezugszeichenliste

100: DC-DC Wandler
110: Substrat
111: VIA Loch
121: erster Anschluss
122: zweiter Anschluss
123: Masseanschluss
131: erste Busleiste
132: zweite Busleiste
138: Schaltungsteil
140: Kühlkörper
141: thermisches Schnittstellenmaterial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017139636 [0001]
JP 2016226199 [0004]

Claims

DC-DC Wandler, umfassend: ein Substrat, an dem ein Kühlkörper angebracht ist; einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, die mit entsprechend verschiedenen Gleichstrom Energieversorgungssystemen verbunden sind; einen Schaltungsteil, der auf dem Substrat ausgebildet ist und der eine DC-DC Spannungswandlung durchführt; eine erste Busleiste als ein Strompfad zwischen dem ersten Anschluss und dem Schaltungsteil; und eine zweite Busleiste als ein Strompfad zwischen den zweiten Anschluss und dem Schaltungsteil.
DC-DC Wandler nach Anspruch 1, wobei die erste Busleiste und die zweite Busleiste aus einer Metallplatte mit einer rechteckigen Form gebildet sind, und wobei die erste Busleiste und die zweite Busleiste in einer stehenden Position und mit einer langen Seite der Busleisten auf der Substratseite positioniert an einer Schaltungsteilbildungsseite des Substrats, auf der der Schaltungsteil ausgebildet ist, angebracht.