DE102022200956A1

DE102022200956A1 - Abwärtswandler

Info

Publication number: DE102022200956A1
Application number: DE102022200956.8A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Inoue; Kosuke Inoue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2022-09-29
Also published as: JP7072698B1; CN115133774A; US20220311332A1; JP2022150735A

Abstract

Bereitgestellt wird ein Abwärtswandler, aufweisend: einen Abwärtstransformator, aufweisend eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule; einen Harzformkörper, welcher unter Verwendung eines nichtleitfähigen Harzes zusammen mit der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule einstückig geformt ist; und ein Gleichrichterelement, wobei der Harzformkörper eine Montagefläche aufweist, auf welcher das Gleichrichterelement zu montieren ist, wobei die sekundärseitige Spule einen ersten plattenförmigen Anschluss aufweist, wobei der erste plattenförmige Anschluss in der Montagefläche von dem Harzformkörper freiliegt, wobei auf der Montagefläche ein zweiter plattenförmiger Anschluss über einen Spalt parallel zu dem ersten plattenförmigen Anschluss vorgesehen ist, wobei das Gleichrichterelement durch Verlöten an sowohl den ersten plattenförmigen Anschluss als auch den zweiten plattenförmigen Anschluss gebondet ist und wobei das nichtleitfähige Harz einen Schmelzpunkt aufweist, welcher höher als ein Schmelzpunkt des Lots ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft einen Abwärtswandler, aufweisend einen Abwärtstransformator und einen Harzformkörper, welcher zusammen mit dem Abwärtstransformator einstückig geformt ist.
Beschreibung des Stands der Technik
In einem Plug-in-Hybridfahrzeug, einem Elektrofahrzeug oder anderen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird ein Abwärtswandler verwendet, um eine Spannung einer Hochvoltbatterie zu einer Niederspannung in einem 12-Volt-System herunterzutransformieren. In Patentliteratur 1 ist ein fahrzeuginterner DC/DC-Wandler beschrieben, aufweisend eine AC/DC-Umwandlungsmodulplatine. Die AC/DC-Umwandlungsmodulplatine weist auf einen Transformator, aufweisend eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule, Gleichrichterelemente eines Oberflächenmontagetyps und ein Metallsubstrat, auf welchem der Transformator und die Gleichrichterelemente montiert sind. Auf dem Metallsubstrat sind eine Vielzahl von Leitermustern ausgebildet, welche durch Zwischenliegen einer Isolierschicht von dem Metallsubstrat isoliert sind. Ein Endabschnitt der sekundärseitigen Spule und die Gleichrichterelemente sind jeweils mit jedwedem der Vielzahl von Leitermustern verlötet. Das Metallsubstrat ist auf eine Grundplatte zur Wärmeabstrahlung aufgeschraubt.
Liste der Bezugsnahmen
Patentliteratur
[PTL 1] JP 2007-221919 A
In dem oben beschriebenen fahrzeuginternen DC/DC-Wandler ist es denkbar, die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule mit einem unter Verwendung eines nichtleitfähigen Harzes geformten Harzformkörper zu integrieren, um dadurch die Anzahl an Montageschritten zu reduzieren. Im Allgemeinen weist das nichtleitfähige Harz jedoch einen Schmelzpunkt auf, welcher niedriger als ein Schmelzpunkt von Lot ist. Dementsprechend können in einem Schritt des Montierens der Gleichrichterelemente des Oberflächenmontagetyps normalerweise die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule, welche mit dem Harzformkörper integriert sind, nicht in einen Ofen gegeben werden. Folglich ist in dem fahrzeuginternen DC/DC-Wandler aus Patentliteratur 1 selbst dann, wenn die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule mit dem Harzformkörper integriert sind, ein Metallsubstrat zur Montage der Gleichrichterelemente durch Reflow-Löten erforderlich. Somit weist der fahrzeuginterne DC/DC-Wandler aus Patentliteratur 1 insofern ein Problem auf, als dass es schwierig ist, die Anzahl an Komponenten zu reduzieren.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese Offenbarung erfolgte, um das oben genannte Problem zu lösen, und eine Aufgabe davon besteht in der Bereitstellung eines Abwärtswandlers, mit welchem die Anzahl an Komponenten reduziert werden kann.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform dieser Offenbarung ist ein Abwärtswandler vorgesehen, aufweisend: einen Abwärtstransformator, aufweisend eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule; einen Harzformkörper, welcher unter Verwendung eines nichtleitfähigen Harzes zusammen mit der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule einstückig bzw. integral bzw. integriert geformt ist; und ein Gleichrichterelement, welches eingerichtet ist, um eine induzierte Spannung der sekundärseitigen Spule gleichzurichten, wobei das Gleichrichterelement ein Gleichrichterelement eines Oberflächenmontagetyps ist, wobei der Harzformkörper eine Montagefläche aufweist, auf welcher das Gleichrichterelement zu montieren ist, wobei die sekundärseitige Spule einen ersten plattenförmigen Anschluss aufweist, wobei der erste plattenförmige Anschluss in der Montagefläche von dem Harzformkörper freiliegt, wobei auf der Montagefläche ein zweiter plattenförmiger Anschluss über einen Spalt parallel zu dem ersten plattenförmigen Anschluss vorgesehen ist, wobei das Gleichrichterelement durch Verlöten unter Verwendung von Lot an sowohl den ersten plattenförmigen Anschluss als auch den zweiten plattenförmigen Anschluss gebondet ist und wobei das nichtleitfähige Harz einen Schmelzpunkt aufweist, welcher höher als ein Schmelzpunkt des Lots ist.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform dieser Offenbarung kann die Anzahl an Komponenten des Abwärtswandlers reduziert werden.
Figurenliste

1 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer Schaltungsausgestaltung eines Abwärtswandlers gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung.
2 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Hauptteils des Abwärtswandlers gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Hauptteils des Abwärtswandlers gemäß der ersten Ausführungsform.
4 ist eine Oberansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Hauptteils des Abwärtswandlers gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung einer Montagefläche eines Harzformkörpers in dem Abwärtswandler gemäß der ersten Ausführungsform.
6 ist eine Oberansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung des Abwärtswandlers gemäß der ersten Ausführungsform.
7 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung einer Montagefläche eines Harzformkörpers in einem Abwärtswandler gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Offenbarung.
8 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Hauptteils eines Abwärtswandlers gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Offenbarung.
9 ist eine Oberansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Hauptteils des Abwärtswandlers gemäß der dritten Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
Ein Abwärtswandler gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung wird beschrieben. 1 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer Schaltungsausgestaltung des Abwärtswandlers gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 1 veranschaulicht weist der Abwärtswandler eine Schaltkreiseinheit 10, einen Abwärtstransformator 20 und eine Vielzahl von Gleichrichterelementen 30a und 30b auf.
Die Schaltkreiseinheit 10 ist mit einem positiven Anschluss 11a und einem negativen Anschluss 11b verbunden. Der positive Anschluss 11a ist mit einer positiven Elektrode einer Hochvoltbatterie verbunden. Der negative Anschluss 11b ist mit einer negativen Elektrode der Hochvoltbatterie verbunden. Die Schaltkreiseinheit 10 weist vier Schaltelemente 12a, 12b, 12c und 12d auf. Jedes der Schaltelemente 12a, 12b, 12c und 12d wird durch eine Steuerschaltung (nicht dargestellt) gesteuert.
Das Schaltelement 12a und das Schaltelement 12b sind zwischen dem positiven Anschluss 11a und dem negativen Anschluss 11b zueinander in Reihe geschaltet. Das Schaltelement 12c und das Schaltelement 12d sind zwischen dem positiven Anschluss 11a und dem negativen Anschluss 11b zueinander in Reihe geschaltet. Das Schaltelement 12a und das Schaltelement 12b sowie das Schaltelement 12c und das Schaltelement 12d sind zueinander parallel geschaltet.
Der Abwärtstransformator 20 weist eine primärseitige Spule 21 und eine sekundärseitige Spule 22 auf. Ein Ende der primärseitigen Spule 21 ist mit einem Knoten 13a zwischen dem Schaltelement 12a und dem Schaltelement 12b verbunden. Das andere Ende der primärseitigen Spule 21 ist mit einem Knoten 13b zwischen dem Schaltelement 12c und dem Schaltelement 12d verbunden.
Die sekundärseitige Spule 22 weist eine erste Spule 22a und eine zweite Spule 22b auf. Ein Ende der ersten Spule 22a ist mit einer Anode des Gleichrichterelements 30a verbunden. Ein Ende der zweiten Spule 22b ist mit einer Anode des Gleichrichterelements 30b verbunden. Das andere Ende der ersten Spule 22a und das andere Ende der zweiten Spule 22b werden bei einem Bezugspotential gehalten.
Jedes des Gleichrichterelements 30a und des Gleichrichterelements 30b ist ein Element, welches eingerichtet ist, um eine induzierte Spannung der sekundärseitigen Spule 22 gleichzurichten. Das Gleichrichterelement 30a umfasst wie nachstehend beschrieben zwei Gleichrichterelemente 30a1 und 30a2 (in 1 nicht dargestellt), welche zueinander parallel geschaltet sind. Analog dazu umfasst das Gleichrichterelement 30b wie nachstehend beschrieben zwei Gleichrichterelemente 30b1 und 30b2 (in 1 nicht dargestellt), welche zueinander parallel geschaltet sind.
Eine Kathode des Gleichrichterelements 30a und eine Kathode des Gleichrichterelements 30b sind mit einem Ende einer Glättungsdrossel 31 verbunden. Das andere Ende der Glättungsdrossel 31 ist mit einem Ausgangsanschluss 33 verbunden und ist zudem mit einer Elektrode eines Glättungskondensators 32 verbunden. Die andere Elektrode des Glättungskondensators 32 wird bei dem Bezugspotential gehalten.
Als nächstes wird eine physische Ausgestaltung des Abwärtswandlers gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. 2 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Hauptteils des Abwärtswandlers gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Hauptteils des Abwärtswandlers gemäß der ersten Ausführungsform. 4 ist eine Oberansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Hauptteils des Abwärtswandlers gemäß der ersten Ausführungsform. 2 bis 4 zeigen hauptsächlich bei der in 1 veranschaulichten Schaltungsausgestaltung des Abwärtswandlers die primärseitige Spule 21 und die sekundärseitige Spule 22 des Abwärtstransformators 20 und die Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2. 5 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung einer Montagefläche eines Harzformkörpers in dem Abwärtswandler gemäß der ersten Ausführungsform. In 5 wird auf eine Veranschaulichung einer verfestigten Lotschicht verzichtet.
Wie in 2 bis 5 veranschaulicht weist der Abwärtswandler einen Harzformkörper 40 und die Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 auf. Der Harzformkörper 40 ist ausgebildet, um die primärseitige Spule 21 und die sekundärseitige Spule 22 des Abwärtstransformators 20 zu bedecken. Die primärseitige Spule 21 und die sekundärseitige Spule 22 des Abwärtstransformators 20 sind außer Teilen, an welchen die Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 zu montieren sind, mit dem Harzformkörper 40 bedeckt. Um die Umwandlungseffizienz des Abwärtswandlers zu erhöhen, ist es bevorzugt, dass sowohl das Material der primärseitigen Spule 21 als auch das Material der sekundärseitigen Spule 22 Kupfer sind.
Der Harzformkörper 40 ist unter Verwendung eines nichtleitfähigen Harzes zusammen mit der primärseitigen Spule 21 und der sekundärseitigen Spule 22 des Abwärtstransformators 20 einstückig geformt. Ferner ist der Harzformkörper 40 ebenso mit einem zweiten plattenförmigen Anschluss 42a, einem zweiten plattenförmigen Anschluss 42b und einer Vielzahl von Kragenabschnitten 46, welche allesamt nachstehend beschrieben sind, einstückig geformt. Das heißt, die primärseitige Spule 21, die sekundärseitige Spule 22, der zweite plattenförmige Anschluss 42a, der zweite plattenförmige Anschluss 42b und die Vielzahl von Kragenabschnitten 46 sind Einsatzkomponenten, welche in eine Form einzusetzen sind, wenn der Harzformkörper 40 geformt wird.
Ein Anschluss 24a auf der einen Endseite der primärseitigen Spule 21 steht von einem Teil des Harzformkörpers 40 vor. Ein Anschluss 24b auf der anderen Endseite der primärseitigen Spule 21 steht von einem anderen Teil des Harzformkörpers 40 vor. Sowohl der Anschluss 24a als auch der Anschluss 24b sind mit der in 1 veranschaulichten Schaltkreiseinheit 10 verbunden.
Der Harzformkörper 40 weist eine Montagefläche 41a und eine Montagefläche 41b auf. Das Gleichrichterelement 30a1 und das Gleichrichterelement 30a2 sind auf der Montagefläche 41a montiert. Das Gleichrichterelement 30b1 und das Gleichrichterelement 30b2 sind auf der Montagefläche 41b montiert. Jedes der Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 ist ein Gleichrichterelement eines Oberflächenmontagetyps.
Die sekundärseitige Spule 22 weist auf einen ersten plattenförmigen Anschluss 23a, welcher als Anschluss auf der einen Endseite der ersten Spule 22a dient, und einen ersten plattenförmigen Anschluss 23b, welcher als Anschluss auf der einen Endseite der zweiten Spule 22b dient. Der erste plattenförmige Anschluss 23a liegt in der Montagefläche 41a des Harzformkörpers 40 von dem Harzformkörper 40 frei. Der erste plattenförmige Anschluss 23a ist in einer flachen Plattenform entlang der Montagefläche 41a ausgebildet. Der erste plattenförmige Anschluss 23b liegt in der Montagefläche 41b des Harzformkörpers 40 von dem Harzformkörper 40 frei. Der erste plattenförmige Anschluss 23b ist in einer flachen Plattenform entlang der Montagefläche 41b ausgebildet.
Der zweite plattenförmige Anschluss 42a ist auf der Montagefläche 41a vorgesehen. Der zweite plattenförmige Anschluss 42a ist in einer flachen Plattenform entlang der Montagefläche 41a ausgebildet. Der zweite plattenförmige Anschluss 42a ist über einen Spalt 43a parallel zu dem ersten plattenförmigen Anschluss 23a angeordnet. Der zweite plattenförmige Anschluss 42b ist auf der Montagefläche 41b ausgebildet. Der zweite plattenförmige Anschluss 42b ist in einer flachen Plattenform entlang der Montagefläche 41b ausgebildet. Der zweite plattenförmige Anschluss 42b ist über einen Spalt 43b parallel zu dem ersten plattenförmigen Anschluss 23b angeordnet. Sowohl der zweite plattenförmige Anschluss 42a als auch der zweite plattenförmige Anschluss 42b sind mit dem einen Ende der in 1 veranschaulichten Glättungsdrossel 31 elektrisch verbunden.
Der zweite plattenförmige Anschluss 42a weist eine Vielzahl von Vorsprungsabschnitten 44 auf. In der ersten Ausführungsform sind in dem zweiten plattenförmigen Anschluss 42a drei Vorsprungsabschnitte 44 auf einer Bondfläche ausgebildet, welche an das Gleichrichterelement 30a1 zu bonden ist, und drei Vorsprungsabschnitte 44 sind ebenso auf einer Bondfläche ausgebildet, welche an das Gleichrichterelement 30a2 zu bonden ist. Jeder der Vorsprungsabschnitte 44 steht von einer Fläche des zweiten plattenförmigen Anschlusses 42a entlang einer normal zu der Fläche verlaufenden Richtung vor. Jeder der Vorsprungsabschnitte 44 ist leitfähig. Der zweite plattenförmige Anschluss 42a ist zumindest an den Vorsprungsabschnitten 44 an das Gleichrichterelement 30a1 und das Gleichrichterelement 30a2 gebondet.
Analog dazu weist der zweite plattenförmige Anschluss 42b eine Vielzahl von Vorsprungsabschnitten 44 auf. In der ersten Ausführungsform sind in dem zweiten plattenförmigen Anschluss 42b drei Vorsprungsabschnitte 44 auf einer Bondfläche ausgebildet, welche an das Gleichrichterelement 30b1 zu bonden ist, und drei Vorsprungsabschnitte 44 sind ebenso auf einer Bondfläche ausgebildet, welche an das Gleichrichterelement 30b2 zu bonden ist. Der zweite plattenförmige Anschluss 42b ist zumindest an den Vorsprungsabschnitten 44 an das Gleichrichterelement 30b1 und das Gleichrichterelement 30b2 gebondet.
Die Vorsprungsabschnitte 44 sind in jedem des zweiten plattenförmigen Anschlusses 42a und des zweiten plattenförmigen Anschlusses 42b ausgebildet. Somit kann, wenn Lot in einem Reflow-Schritt schmilzt, überschüssiges Lot in jedem des zweiten plattenförmigen Anschlusses 42a und des zweiten plattenförmigen Anschlusses 42b auf einer flachen Fläche außer den Vorsprungsabschnitten 44 angesammelt werden. Dementsprechend kann eine Dickenerhöhung der verfestigten Lotschicht unterbunden werden.
In der ersten Ausführungsform sind die Vorsprungsabschnitte 44 in jedem des zweiten plattenförmigen Anschlusses 42a und des zweiten plattenförmigen Anschlusses 42b ausgebildet, die Vorsprungsabschnitte können jedoch in jedem des ersten plattenförmigen Anschlusses 23a und des ersten plattenförmigen Anschlusses 23b ausgebildet sein.
Das Gleichrichterelement 30a1 und das Gleichrichterelement 30a2 sind auf der Montagefläche 41a montiert. Das Gleichrichterelement 30a1 ist durch Verlöten unter Verwendung von Lot über den Spalt 43a an sowohl den ersten plattenförmigen Anschluss 23a als auch den zweiten plattenförmigen Anschluss 42a gebondet. Ein Anodenanschluss 34 des Gleichrichterelements 30a1 ist durch Verlöten an den ersten plattenförmigen Anschluss 23a gebondet. Ein Kathodenanschluss 35 des Gleichrichterelements 30a1 ist durch Verlöten an den zweiten plattenförmigen Anschluss 42a gebondet. Analog dazu ist das Gleichrichterelement 30a2 durch Verlöten unter Verwendung von Lot über den Spalt 43a an sowohl den ersten plattenförmigen Anschluss 23a als auch den zweiten plattenförmigen Anschluss 42a gebondet.
Das Gleichrichterelement 30b1 und das Gleichrichterelement 30b2 sind auf der Montagefläche 41b montiert. Analog zu dem Gleichrichterelement 30a1 und dem Gleichrichterelement 30a2 ist jedes des Gleichrichterelements 30b1 und des Gleichrichterelements 30b2 durch Verlöten unter Verwendung von Lot über den Spalt 43b an sowohl den ersten plattenförmigen Anschluss 23b als auch den zweiten plattenförmigen Anschluss 42b gebondet.
Als das nichtleitfähige Harz, welches ein Material zum Bilden des Harzformkörpers 40 ist, wird ein Harz mit einem Schmelzpunkt verwendet, welcher höher als ein Schmelzpunkt von Lot ist. Als das Harz mit einem Schmelzpunkt, welcher höher als der Schmelzpunkt von Lot ist, ist Polyphenylensulfid (PPS), Flüssigkristallpolymer (FKP) oder dergleichen gegeben. Zum Beispiel weist, während bleifreies Lot einen Schmelzpunkt von ungefähr 220°C aufweist, PPS einen Schmelzpunkt von ungefähr 280°C auf und FKP weist einen Schmelzpunkt von ungefähr 280°C bis ungefähr 370°C auf.
Auf diese Weise kann in einem Schritt des Montierens der Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 der Harzformkörper 40 zusammen mit den Gleichrichterelementen 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 in einen Ofen gegeben werden. Folglich kann ein Reflow-Löten erfolgen, ohne ein Metallsubstrat oder dergleichen zur Montage der Gleichrichterelemente separat zu verwenden.
Der erste plattenförmige Anschluss 23a und der zweite plattenförmige Anschluss 42a können im Voraus einer Plattierung von Ni, Au, Ti oder dergleichen unterzogen werden. Auf diese Weise kann eine Bondfestigkeit durch das Verlöten erhöht werden. Wenn der erste plattenförmige Anschluss 23a und der zweite plattenförmige Anschluss 42a aus vorplattierten Materialien sind, ist es bevorzugt, eine Plattierung auszuwählen, welche einer Formtemperatur des Harzformkörpers 40 standhalten kann.
Es ist bevorzugt, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials zum Bilden der primärseitigen Spule 21 und der sekundärseitigen Spule 22 äquivalent zu einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des nichtleitfähigen Harzes ist. Wenn diese Wärmeausdehnungskoeffizienten äquivalent zueinander sind, kann selbst in einem Fall, in welchem die Temperaturen der primärseitigen Spule 21 und der sekundärseitigen Spule 22 ansteigen, verhindert werden, dass ein Abschälen oder Rissbildung des Harzformkörpers 40 auftritt.
6 ist eine Oberansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung des Abwärtswandlers gemäß der ersten Ausführungsform. 6 zeigt zusätzlich zu der in 4 veranschaulichten Ausgestaltung ein in dem Abwärtswandler enthaltenes Gehäuse 50. Eine Vielzahl von Befestigungsabschnitten 45 sind an dem Harzformkörper 40 ausgebildet. Die Vielzahl von Befestigungsabschnitten 45 sind vorgesehen, um den Harzformkörper 40 an dem Gehäuse 50 zur Aufnahme des Harzformkörpers 40 zu befestigen. Die rohrförmigen Metall-Kragenabschnitte 46 sind in den jeweiligen Befestigungsabschnitten 45 ausgebildet. Die Kragenabschnitte 46 sind mit dem Harzformkörper 40 einstückig ausgebildet.
Der Harzformkörper 40 ist durch Schrauben 51, welche in die jeweiligen Kragenabschnitte 46 eingesetzt sind, an dem Gehäuse 50 befestigt. Auf diese Weise kann eine Erschütterungsfestigkeit des Abwärtswandlers verbessert werden und daher kann selbst dann, wenn der Abwärtswandler an einem Automobil verbaut ist, der Abwärtswandler Erschütterungen des Automobils standhalten.
Das Gehäuse 50 fungiert zudem als Wärmeabstrahlungselement, welches eingerichtet ist, um Wärme an das Äußere des Abwärtswandlers abzustrahlen. In einem Zustand, in welchem der Harzformkörper 40 an dem Gehäuse 50 befestigt ist, liegt ein Bodenabschnitt des Harzformkörpers 40 dem Gehäuse 50 gegenüber. Ein Wärmeübertragungselement (nicht dargestellt) ist zwischen dem Bodenabschnitt des Harzformkörpers 40 und dem Gehäuse 50 vorgesehen. Auf diese Weise sind der Harzformkörper 40 und das Gehäuse 50 durch Zwischenliegen des Wärmeübertragungselements miteinander thermisch verbunden. In der primärseitigen Spule 21 und der sekundärseitigen Spule 22 erzeugte Wärme wandert mittels des Harzformkörpers 40 und des Wärmeübertragungselements zu dem Gehäuse 50 und wird effizient von dem Gehäuse 50 an das Äußere des Abwärtswandlers abgestrahlt.
In der ersten Ausführungsform sind die Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 mit hohen Wärmeerzeugungsausmaßen direkt an den ersten plattenförmigen Anschluss 23a oder den ersten plattenförmigen Anschluss 23b der sekundärseitigen Spule 22 gebondet. Dementsprechend wandert in den Gleichrichterelementen 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 erzeugte Wärme mittels der sekundärseitigen Spule 22, des Harzformkörpers 40 und des Wärmeübertragungselements zu dem Gehäuse 50 und wird von dem Gehäuse 50 an das Äußere des Abwärtswandlers abgestrahlt. Wie oben beschrieben sind Wärmeabstrahlungswege der Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 gleich einem Wärmeabstrahlungsweg der sekundärseitigen Spule 22.
Kühlrippen oder dergleichen können auf einer Wärmeabstrahlungsfläche des Gehäuses 50 vorgesehen sein. Wenn die Kühlrippen auf der Wärmeabstrahlungsfläche des Gehäuses 50 vorgesehen sind, wird die Wärmeabstrahlungseffizienz von dem Gehäuse 50 nach außen verbessert. Ein Verfahren zur Kühlung des Gehäuses 50 ist nicht auf Wasserkühlung beschränkt und kann Luftkühlung sein.
Wie oben beschrieben weist der Abwärtswandler gemäß der ersten Ausführungsform den Abwärtstransformator 20, den Harzformkörper 40 und die Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 auf. Der Abwärtstransformator 20 weist die primärseitige Spule 21 und die sekundärseitige Spule 22 auf. Der Harzformkörper 40 ist unter Verwendung des nichtleitfähigen Harzes zusammen mit der primärseitigen Spule 21 und der sekundärseitigen Spule 22 einstückig geformt. Jedes der Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 ist eingerichtet, um die induzierte Spannung der sekundärseitigen Spule 22 gleichzurichten. Jedes der Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 ist ein Gleichrichterelement eines Oberflächenmontagetyps. Der Harzformkörper 40 weist auf die Montagefläche 41a, auf welcher die Gleichrichterelemente 30a1 und 30a2 zu montieren sind, und die Montagefläche 41b, auf welcher die Gleichrichterelemente 30b1 und 30b2 zu montieren sind. Die sekundärseitige Spule 22 weist die ersten plattenförmigen Anschlüsse 23a und 23b auf. Der erste plattenförmige Anschluss 23a liegt in der Montagefläche 41a von dem Harzformkörper 40 frei. Der erste plattenförmige Anschluss 23b liegt in der Montagefläche 41b von dem Harzformkörper 40 frei. Auf der Montagefläche 41a ist der zweite plattenförmige Anschluss 42a über den Spalt 43a parallel zu dem ersten plattenförmigen Anschluss 23a vorgesehen. Auf der Montagefläche 41b ist der zweite plattenförmige Anschluss 42b über den Spalt 43b parallel zu dem ersten plattenförmigen Anschluss 23b vorgesehen. Jedes der Gleichrichterelemente 30a1 und 30a2 ist durch Verlöten unter Verwendung von Lot an sowohl den ersten plattenförmigen Anschluss 23a als auch den zweiten plattenförmigen Anschluss 42a gebondet. Jedes der Gleichrichterelemente 30b1 und 30b2 ist durch Verlöten unter Verwendung von Lot an sowohl den ersten plattenförmigen Anschluss 23b als auch den zweiten plattenförmigen Anschluss 42b gebondet. Das oben genannte nichtleitfähige Harz weist einen Schmelzpunkt auf, welcher höher als ein Schmelzpunkt des Lots ist.
Mit dieser Ausgestaltung können die Gleichrichterelemente 30a1 und 30a2 auf der Montagefläche 41a des Harzformkörpers 40 montiert sein und die Gleichrichterelemente 30b1 und 30b2 können auf der Montagefläche 41b des Harzformkörpers 40 montiert sein. Ferner kann in dem Schritt des Montierens der Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 der Harzformkörper 40 zusammen mit den Gleichrichterelementen 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 in einen Ofen gegeben werden. Auf diese Weise können die Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 durch Reflow-Löten montiert werden, selbst ohne ein Metallsubstrat zur Montage der Gleichrichterelemente 30a1, 30a2, 30b1 und 30b2 zu verwenden. Dementsprechend kann auf das in Patentliteratur 1 beschriebene Metallsubstrat verzichtet werden und daher kann die Anzahl an Komponenten des Abwärtswandlers reduziert werden.
In dem Abwärtswandler gemäß der ersten Ausführungsform weist jeder der zweiten plattenförmigen Anschlüsse 42a und 42b die Vorsprungsabschnitte 44 auf, welche an das Gleichrichterelement gebondet sind. Mit dieser Ausgestaltung kann in jedem der zweiten plattenförmigen Anschlüsse 42a und 42b überschüssiges Lot in einem Teil außer den Vorsprungsabschnitten 44 angesammelt werden. Folglich kann die Dickenerhöhung der verfestigten Lotschicht unterbunden werden. Jeder der ersten plattenförmigen Anschlüsse 23a und 23b kann die Vorsprungsabschnitte 44 aufweisen.
Der Abwärtswandler gemäß der ersten Ausführungsform weist ferner das Gehäuse 50 zur Aufnahme des Harzformkörpers 40 auf. Die rohrförmigen Metall-Kragenabschnitte 46 sind an dem Harzformkörper 40 ausgebildet. Der Harzformkörper 40 ist durch die Schrauben 51, welche in die jeweiligen Kragenabschnitte 46 eingesetzt sind, an dem Gehäuse 50 befestigt. Mit dieser Ausgestaltung kann die Erschütterungsfestigkeit des Abwärtswandlers verbessert werden.
In dem Abwärtswandler gemäß der ersten Ausführungsform ist das Wärmeübertragungselement zwischen dem Harzformkörper 40 und dem Gehäuse 50 vorgesehen. Mit dieser Ausgestaltung kann die in der primärseitigen Spule 21 und der sekundärseitigen Spule 22 erzeugte Wärme mittels des Harzformkörpers 40, des Wärmeübertragungselements und des Gehäuses 50 effizient nach außen abgestrahlt werden.
Zweite Ausführungsform
Ein Abwärtswandler gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Offenbarung wird beschrieben. 7 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung einer Montagefläche eines Harzformkörpers in dem Abwärtswandler gemäß der zweiten Ausführungsform. Komponenten mit denselben Funktionen und Wirkungsweisen wie denen der ersten Ausführungsform sind durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet und auf eine Beschreibung davon wird verzichtet.
In einem Fall, in welchem ein unvorhersehbarer starker Strom erzeugt wird und somit das Gleichrichterelement so beschädigt wird, dass es in einen Kurzschlusszustand versetzt wird, kann ein Außenmaterial des Gleichrichterelements brennen. In diesem Fall fließt der Strom kontinuierlich und daher kann das Brennen andauern, bis brennbare Komponenten sowohl des Gleichrichterelements als auch des Harzformkörpers verschwunden sind. Der Harzformkörper ist unter Verwendung eines flammhemmenden Materials gebildet, ist jedoch nicht immer unbrennbar. Dementsprechend kann, wenn der Harzformkörper so brennt, dass er zwischen dem ersten plattenförmigen Anschluss und dem zweiten plattenförmigen Anschluss verkohlt wird, mittels des verkohlten Harzformkörpers eine Leitung zwischen dem ersten plattenförmigen Anschluss und dem zweiten plattenförmigen Anschluss entstehen.
Wie in 7 veranschaulicht ist in dem Harzformkörper 40 in der zweiten Ausführungsform ein Hohlraumabschnitt 47 in der Montagefläche 41a ausgebildet, welche zwischen dem ersten plattenförmigen Anschluss 23a und dem zweiten plattenförmigen Anschluss 42a positioniert ist. Der Hohlraumabschnitt 47 durchläuft den Harzformkörper 40 in einer Dickenrichtung des Harzformkörpers 40. Es ist bevorzugt, dass der Hohlraumabschnitt 47 in dem gesamten Teil ausgebildet ist, welcher in Draufsicht der Montagefläche 41a zwischen dem ersten plattenförmigen Anschluss 23a und dem zweiten plattenförmigen Anschluss 42a sandwichartig angeordnet ist. Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist der Hohlraumabschnitt 47 analog dazu ebenso in der Montagefläche 41b ausgebildet, welche zwischen dem ersten plattenförmigen Anschluss 23b und dem zweiten plattenförmigen Anschluss 42b positioniert ist. Wenn die Festigkeit des Harzformkörpers 40 aufgrund der Bildung des Hohlraumabschnitts 47 verringert ist, kann der Hohlraumabschnitt 47 mit einem Harz gefüllt werden, welches eine höhere Flammhemmung als die des Materials zum Bilden des Harzformkörpers 40 aufweist.
Wie oben beschrieben ist in dem Abwärtswandler gemäß der zweiten Ausführungsform der Hohlraumabschnitt 47 in der Montagefläche 41a ausgebildet, welche zwischen dem ersten plattenförmigen Anschluss 23a und dem zweiten plattenförmigen Anschluss 42a positioniert ist. Analog dazu ist der Hohlraumabschnitt 47 in der Montagefläche 41b ausgebildet, welche zwischen dem ersten plattenförmigen Anschluss 23b und dem zweiten plattenförmigen Anschluss 42b positioniert ist.
Mit dieser Ausgestaltung kann selbst dann, wenn das Außenmaterial des Gleichrichterelements 30a1 oder des Gleichrichterelements 30a2 brennt, eine Leitung zwischen dem ersten plattenförmigen Anschluss 23a und dem zweiten plattenförmigen Anschluss 42a aufgrund des verkohlten Harzformkörpers 40 verhindert werden. Analog dazu kann selbst dann, wenn das Außenmaterial des Gleichrichterelements 30b1 oder des Gleichrichterelements 30b2 brennt, eine Leitung zwischen dem ersten plattenförmigen Anschluss 23b und dem zweiten plattenförmigen Anschluss 42b aufgrund des verkohlten Harzformkörpers 40 verhindert werden.
Dritte Ausführungsform
Ein Abwärtswandler gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Offenbarung wird beschrieben. 8 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Hauptteils des Abwärtswandlers gemäß der dritten Ausführungsform. 9 ist eine Oberansicht zur Veranschaulichung der Ausgestaltung des Hauptteils des Abwärtswandlers gemäß der dritten Ausführungsform. Komponenten mit denselben Funktionen und Wirkungsweisen wie denen der ersten oder zweiten Ausführungsform sind durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet und auf eine Beschreibung davon wird verzichtet.
Wie in 8 und 9 veranschaulicht weist der erste plattenförmige Anschluss 23a ausgesparte Abschnitte 48 auf. In dem ersten plattenförmigen Anschluss 23a ist ein ausgesparter Abschnitt 48 in jeder einer Bondfläche, welche an das Gleichrichterelement 30a1 zu bonden ist, und einer Bondfläche, welche an das Gleichrichterelement 30a2 zu bonden ist, ausgebildet. Der erste plattenförmige Anschluss 23b weist analog zu dem ersten plattenförmigen Anschluss 23a ausgesparte Abschnitte 48 auf.
Der zweite plattenförmige Anschluss 42a weist Nutabschnitte 49 auf. In dem zweiten plattenförmigen Anschluss 42a ist ein Nutabschnitt 49, welcher die drei Vorsprungsabschnitte 44 umgibt, in der Bondfläche ausgebildet, welche an das Gleichrichterelement 30a1 zu bonden ist. Ein analoger Nutabschnitt 49 ist ebenso in der Bondfläche ausgebildet, welche an das Gleichrichterelement 30a2 zu bonden ist. Der zweite plattenförmige Anschluss 42b weist analog zu dem zweiten plattenförmigen Anschluss 42a Nutabschnitte 49 auf.
In der dritten Ausführungsform sind die ausgesparten Abschnitte 48 in jedem der ersten plattenförmigen Anschlüsse 23a und 23b ausgebildet und daher kann das in dem Reflow-Schritt geschmolzene Lot in den ausgesparten Abschnitten 48 angesammelt werden. Auf diese Weise können eine Befeuchtung und Ausbreitung von Lot unterbunden werden. Folglich kann ein Wärmeabsacken von Lot zu jedem der Spalte 43a und 43b unterbunden werden.
Ferner sind in der dritten Ausführungsform die Nutabschnitte 49 in jedem der zweiten plattenförmigen Anschlüsse 42a und 42b ausgebildet. Dementsprechend kann das in dem Reflow-Schritt geschmolzene Lot veranlasst werden, in die Nutabschnitte 49 zu strömen, und die Ausbreitung von Lot über die Nutabschnitte 49 hinaus kann somit verhindert werden. Auf diese Weise können die Befeuchtung und Ausbreitung von Lot unterbunden werden und zudem kann ein Befeuchtungs- und Ausbreitungsbereich von Lot kontrolliert werden. Somit kann das Wärmeabsacken von Lot zu jedem der Spalte 43a und 43b unterbunden werden.
In der dritten Ausführungsform sind die ausgesparten Abschnitte 48 in jedem der ersten plattenförmigen Anschlüsse 23a und 23b ausgebildet, Nutabschnitte können jedoch in jedem der ersten plattenförmigen Anschlüsse 23a und 23b ausgebildet sein. Ferner sind in der dritten Ausführungsform die Nutabschnitte 49 in jedem der zweiten plattenförmigen Anschlüsse 42a und 42b ausgebildet, ausgesparte Abschnitte können jedoch in jedem der zweiten plattenförmigen Anschlüsse 42a und 42b ausgebildet sein.
Ein Lötstopplack kann auf einer Fläche jedes der ersten plattenförmigen Anschlüsse 23a und 23b und der zweiten plattenförmigen Anschlüsse 42a und 42b aufgebracht sein. Selbst wenn der Lötstopplack aufgebracht ist, können die Befeuchtung und Ausbreitung von Lot unterbunden werden.
Wie oben beschrieben weist in dem Abwärtswandler gemäß der dritten Ausführungsform der erste plattenförmige Anschluss 23a und/oder der zweite plattenförmige Anschluss 42a den ausgesparten Abschnitt 48 oder den Nutabschnitt 49 auf, welcher in der Bondfläche ausgebildet ist, welche an das Gleichrichterelement 30a1 oder 30a2 zu bonden ist. Ferner weist der erste plattenförmige Anschluss 23b und/oder der zweite plattenförmige Anschluss 42b den ausgesparten Abschnitt 48 oder den Nutabschnitt 49 auf, welcher in der Bondfläche ausgebildet ist, welche an das Gleichrichterelement 30b1 oder 30b2 zu bonden ist. Mit dieser Ausgestaltung können die Befeuchtung und Ausbreitung von Lot unterbunden werden und daher kann das Wärmeabsacken von Lot zu jedem des Spalts 43a und des Spalts 43b unterbunden werden.
Ausführungsbeispiele sind hier beschrieben, verschiedene Merkmale, Betriebsarten und Funktionen, welche in jeder Ausführungsform beschrieben sind, sind jedoch nicht nur auf die entsprechende Ausführungsform, sondern auch auf eine andere Ausführungsform allein oder in verschiedenen Kombinationen anwendbar.
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 2007221919 A [0003]

Claims

Abwärtswandler, aufweisend: einen Abwärtstransformator (20), aufweisend eine primärseitige Spule (21) und eine sekundärseitige Spule (22); einen Harzformkörper (40), welcher unter Verwendung eines nichtleitfähigen Harzes zusammen mit der primärseitigen Spule (21) und der sekundärseitigen Spule (22) einstückig geformt ist; und ein Gleichrichterelement (30a1, 30a2, 30b1, 30b2), welches eingerichtet ist, um eine induzierte Spannung der sekundärseitigen Spule (22) gleichzurichten, wobei das Gleichrichterelement (30a1, 30a2, 30b1, 30b2) ein Gleichrichterelement eines Oberflächenmontagetyps ist, wobei der Harzformkörper (40) eine Montagefläche (41a, 41b) aufweist, auf welcher das Gleichrichterelement (30a1, 30a2, 30b1, 30b2) zu montieren ist, wobei die sekundärseitige Spule (22) einen ersten plattenförmigen Anschluss (23a, 23b) aufweist, wobei der erste plattenförmige Anschluss (23a, 23b) in der Montagefläche (41a, 41b) von dem Harzformkörper (40) freiliegt, wobei auf der Montagefläche (41a, 41b) ein zweiter plattenförmiger Anschluss (42a, 42b) über einen Spalt (43b) parallel zu dem ersten plattenförmigen Anschluss (23a, 23b) vorgesehen ist, wobei das Gleichrichterelement (30a1, 30a2, 30b1, 30b2) durch Verlöten unter Verwendung von Lot an sowohl den ersten plattenförmigen Anschluss (23a, 23b) als auch den zweiten plattenförmigen Anschluss (42a, 42b) gebondet ist, und wobei das nichtleitfähige Harz einen Schmelzpunkt aufweist, welcher höher als ein Schmelzpunkt des Lots ist.
Abwärtswandler nach Anspruch 1, wobei der erste plattenförmige Anschluss (23a, 23b) und/oder der zweite plattenförmige Anschluss (42a, 42b) einen Vorsprungsabschnitt (44) aufweist, welcher an das Gleichrichterelement (30a1, 30a2, 30b1, 30b2) gebondet ist.
Abwärtswandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der Montagefläche (41a, 41b), welche zwischen dem ersten plattenförmigen Anschluss (23a, 23b) und dem zweiten plattenförmigen Anschluss (42a, 42b) positioniert ist, ein Hohlraumabschnitt (47) ausgebildet ist.
Abwärtswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend ein Gehäuse (50) zur Aufnahme des Harzformkörpers (40), wobei der Harzformkörper (40) einen daran ausgebildeten rohrförmigen Metall-Kragenabschnitt (46) aufweist, und wobei der Harzformkörper (40) durch eine Schraube (51), welche in den rohrförmigen Metall-Kragenabschnitt (46) eingesetzt ist, an dem Gehäuse (50) befestigt ist.
Abwärtswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend ein Gehäuse (50) zur Aufnahme des Harzformkörpers (40) , wobei ein Wärmeübertragungselement zwischen dem Harzformkörper (40) und dem Gehäuse (50) vorgesehen ist.
Abwärtswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste plattenförmige Anschluss (23a, 23b) und/oder der zweite plattenförmige Anschluss (42a, 42b) einen ausgesparten Abschnitt (48) oder einen Nutabschnitt (49) aufweist, welcher in einer Bondfläche ausgebildet ist, welche an das Gleichrichterelement (30a1, 30a2, 30b1, 30b2) zu bonden ist.