JP2002176193A - Insulating mounting module - Google Patents

Insulating mounting module

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JP2002176193A
JP2002176193A JP2000373024A JP2000373024A JP2002176193A JP 2002176193 A JP2002176193 A JP 2002176193A JP 2000373024 A JP2000373024 A JP 2000373024A JP 2000373024 A JP2000373024 A JP 2000373024A JP 2002176193 A JP2002176193 A JP 2002176193A
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JP
Japan
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power generation
light emitting
power
pairs
emitting element
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JP2000373024A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Watanabe
洋 渡辺
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an insulation mounting module in which low power genera tion efficiency and low optical output of a photovoltaic element can be complemented and a required power can be obtained while reducing the overall size. SOLUTION: The insulation mounting module comprises first and second multilayer printed boards 31 and 32 wherein the first multilayer printed board 31 is provided with recesses 33 for mounting a plurality of light emitting elements 21 constituting power generation pairs 2 and the second multilayer printed board 32 is provided with recesses 34 for mounting a plurality of photovoltaic elements 22 constituting the power generation pairs 2. The multilayer printed boards 31 and 32 are bonded through adhesive such that the recesses 33 and 34 face each other.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路のうち電
気的絶縁が必要な直流(DC)電源回路の構成と実装を
改良した絶縁型実装モジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated mounting module having an improved configuration and mounting of a direct current (DC) power supply circuit requiring electrical insulation among electronic circuits.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の絶縁型DC電源は、多くの実例が
あるが、その殆どはトランスを用いたスイッチング電源
である。
2. Description of the Related Art Although there are many examples of conventional isolated DC power supplies, most of them are switching power supplies using transformers.

【0003】図6は従来技術の一例で簡易的な半波整流
型の絶縁型レギュレータを示している。これは、トラン
ス11、スイッチング素子12、発振器13、スナバ回
路14、整流用ダイオード15、転流用ダイオード1
6、平滑用フィルタのインダクタ17、平滑用フィルタ
のキャパシタ18から構成されている。
FIG. 6 shows a simple half-wave rectification type insulated regulator as an example of the prior art. This includes a transformer 11, a switching element 12, an oscillator 13, a snubber circuit 14, a rectifying diode 15, and a commutating diode 1.
6. Smoothing filter inductor 17 and smoothing filter capacitor 18.

【0004】トランス11は、1次側端子に印加された
電圧Vinを、スイッチング素子(トランジスタ等)12
によりオン/オフして2次側に変圧した出力電圧を得
る。発振器13はスイッチング素子12を駆動するため
のものである。
A transformer 11 converts a voltage Vin applied to a primary terminal into a switching element (transistor or the like) 12.
To obtain an output voltage transformed to the secondary side. The oscillator 13 is for driving the switching element 12.

【0005】またスナバ回路14は、スイッチングに伴
うサージからスイッチング素子12を保護するためのも
のである。トランス11の2次側には1次側と2次側の
巻線比に比例した電圧が発生する。整流用ダイオード1
5によって半波整流されたトランスの11の2次側電圧
は、インダクタ17、キャパシタ18で構成されるフィ
ルタによってリップルが除去されて平滑化され、絶縁型
レギュレータの出力電圧Voutとして出力される。転流
用ダイオード16は、整流用ダイオード15が導通時に
インダクタ17に蓄えられたエネルギーを、整流用ダイ
オード15が遮断時に転流させる機能を持つものであ
る。
[0005] The snubber circuit 14 protects the switching element 12 from a surge caused by switching. A voltage proportional to the turns ratio between the primary side and the secondary side is generated on the secondary side of the transformer 11. Rectifier diode 1
The secondary side voltage of the transformer 11 half-wave rectified by 5 is smoothed by removing a ripple by a filter including an inductor 17 and a capacitor 18, and is output as an output voltage Vout of an isolated regulator. The commutation diode 16 has a function of commutating the energy stored in the inductor 17 when the rectifier diode 15 conducts, when the rectifier diode 15 cuts off.

【0006】以上述べた従来の絶縁型レギュレータで
は、トランス11として鉄芯11aに、一次巻線及び二
次巻線11bをそれぞれ巻いたものを使用しているため
容積が必要であり、質量密度も高いため、過酷な環境下
では固定方法に特別な対策が必要である。また、スイッ
チングの高調波による放射ノイズや伝導ノイズが大き
く、その対策としてフィルタ等多くの追加部品を要す
る。特に、ノイズ感受性の高い機器には、使用すること
が困難である。
[0006] In the above-mentioned conventional insulated regulator, the transformer 11 is formed by winding the primary winding and the secondary winding 11b around the iron core 11a. Due to the high cost, special measures are required for the fixing method in harsh environments. Also, radiation noise and conduction noise due to switching harmonics are large, and many additional parts such as filters are required as countermeasures. In particular, it is difficult to use it for a device having high noise sensitivity.

【0007】このようなことから、雑音対策やグランド
レベルの変位の影響を回避するために、回路間の電気的
アイソレーションを行う場合、近年直流/直流コンバー
タによる絶縁独立電源、フォトカプラ、及びアイソレー
ションアンプ等の絶縁タイプの部品をプリント基板表面
上に2次元実装するように構成されたものがある。
In view of the above, in the case where electrical isolation between circuits is performed in order to reduce noise and avoid the influence of ground level displacement, recently, an isolated independent power supply using a DC / DC converter, a photocoupler, and an isolator have been proposed. Some are configured to two-dimensionally mount an insulation type component such as a configuration amplifier on the surface of a printed circuit board.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように各絶縁型独
立電源、フォトカプラ等の部品をプリント基板表面上に
2次元実装すると、広い実装面積が必要となり、装置が
大型化する。
As described above, when components such as an isolated type independent power supply and a photocoupler are two-dimensionally mounted on the surface of a printed circuit board, a large mounting area is required and the device becomes large.

【0009】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、従来の技術の問題点である、光起電力素子
の発電効率は低く、また発光素子の光出力は小さい点を
補うことができ、所要の電力を得ることができ、更に全
体の小形化が図れる絶縁型実装モジュールを提供するこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and compensates for the problems of the prior art, that is, the power generation efficiency of the photovoltaic element is low and the light output of the light emitting element is small. It is an object of the present invention to provide an insulated mounting module that can obtain required electric power and can be downsized as a whole.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項1に対応する発明は、発光素子と、この発光
素子からの光を入力して起電力を得る光起電力素子とを
対向配置させてなる発電ペアを、同一基板上に複数個搭
載し、前記発電ペアのうちのいくつかを直列接続してな
る発電ペア直列回路を、複数組構成し、該発電ペア直列
回路を並列接続したことを特徴とする絶縁型実装モジュ
ールである。
According to a first aspect of the present invention, a light emitting device and a photovoltaic device that receives light from the light emitting device to obtain an electromotive force are provided. A plurality of power generating pairs arranged are mounted on the same substrate, and a plurality of power generating pair serial circuits are formed by connecting some of the power generating pairs in series, and the power generating pair serial circuits are connected in parallel. An insulation-type mounting module characterized by the following.

【0011】前記目的を達成するため、請求項2に対応
する発明は、第1及び第2の多層プリント基板からな
り、該第1の多層プリント基板は前記発電ペアを構成す
る発光素子を複数個収納搭載させるための窪みを形成し
たものであり、該第2の多層プリント基板は前記発電ペ
アを構成する光起電力素子を複数個収納搭載させるため
の窪みを形成したものであり、前記第1及び第2の多層
プリント基板の窪みが対向するように両者を結合させた
ことを特徴とする請求項1に記載の絶縁型実装モジュー
ルである。
In order to achieve the above object, an invention according to claim 2 comprises a first and a second multilayer printed circuit board, wherein the first multilayer printed circuit board includes a plurality of light emitting elements constituting the power generation pair. The second multilayer printed circuit board is provided with a recess for accommodating a plurality of photovoltaic elements constituting the power generation pair, and the first multilayer printed circuit board is provided with a recess for accommodating a plurality of photovoltaic elements. 2. The insulated mounting module according to claim 1, wherein the two are coupled such that the depressions of the second multilayer printed board face each other. 3.

【0012】前記目的を達成するため、請求項3に対応
する発明は、複数の絶縁型電源からなり、各絶縁型電源
は、面発光素子と、この面発光素子からの光を入力して
起電力を得る光起電力素子アレイとを対向配置させてな
る発電ペアを、同一基板上に複数個搭載し、前記発電ペ
アのうちのいくつかを直列接続してなる発電ペア直列回
路を、複数組構成し、該発電ペア直列回路を並列接続し
たものであり、前記各絶縁型電源を所定方向へ3次元的
に組み合わせ、外部による配線でその電圧、電流容量お
よび独立電源の数を変更できるようにしたことを特徴と
する絶縁型電源モジュールである。
In order to achieve the above object, a third aspect of the present invention comprises a plurality of insulated power supplies, each of which is provided with a surface light emitting element and a light input from the surface light emitting element. A plurality of power generation pairs each having a photovoltaic element array for obtaining electric power disposed opposite to each other are mounted on the same substrate, and a plurality of power generation pair series circuits formed by connecting some of the power generation pairs in series are provided. The insulated power supplies are connected in parallel in a predetermined direction so that the voltage, current capacity and the number of independent power supplies can be changed by external wiring. An insulated power supply module characterized in that:

【0013】前記目的を達成するため、請求項4に対応
する発明は、発光素子と、この発光素子からの光を入力
して起電力を得る光起電力素子とを対向配置させてなる
発電ペアを、同一基板上に複数個搭載し、前記発電ペア
のうちのいくつかを直列接続してなる発電ペア直列回路
を、複数組構成し、該発電ペア直列回路を並列接続した
ものであって、該発電ペア直列回路のうち、1次側入力
電源をパルス幅変調信号によりスイッチングし、インダ
クタとダイオードからなる回路で回生するように構成し
たことを特徴とする絶縁型電源モジュールである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a power generation pair comprising a light emitting element and a photovoltaic element which receives light from the light emitting element and obtains an electromotive force. Are mounted on the same substrate, a plurality of power generation pair series circuits formed by connecting some of the power generation pairs in series, a plurality of sets are configured, and the power generation pair series circuits are connected in parallel, An isolated power supply module characterized in that the primary input power supply of the power generation pair series circuit is switched by a pulse width modulation signal and regenerated by a circuit including an inductor and a diode.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1は、本発明に係る絶縁型実装モジュー
ルの第1の実施形態を示す回路図である。この絶縁型実
装モジュールは、発光素子21と、この発光素子21か
らの光を入力して起電力を得る光起電力素子22とを対
向配置させてなる発電ペア2を、同一基板上に複数個搭
載し、前記発電ペア2のうちのいくつかを直列接続して
なる発電ペア直列回路を、複数組構成し、該発電ペア直
列回路を並列接続したものである。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the insulated mounting module according to the present invention. This insulated mounting module includes a plurality of power generation pairs 2 in which a light emitting element 21 and a photovoltaic element 22 that receives light from the light emitting element 21 to obtain an electromotive force are arranged on the same substrate. A plurality of power generation pair series circuits, each of which includes a plurality of power generation pairs 2 connected in series, are configured, and the power generation pair series circuits are connected in parallel.

【0016】その具体的構成は、発光ダイオード、半導
体レーザ等からなる発光素子21、フォトダイオード等
からなる光起電力素子(いわゆる太陽電池)22、電流
制限用抵抗23、キャパシタ24、漏れ電流制限用ダイ
オード25、トランジスタ等からなるスイッチングデバ
イス26からなっている。
The specific configuration is as follows: a light emitting element 21 composed of a light emitting diode, a semiconductor laser or the like; a photovoltaic element (so-called solar cell) 22 composed of a photodiode or the like; a current limiting resistor 23; a capacitor 24; The switching device 26 includes a diode 25 and a transistor.

【0017】発光素子21は、光起電力素子22に対向
させ、発光素子21からの光を光起電力素子22が受光
して発電する。光起電力素子22の発電効率は低く、ま
た発光素子21の光出力は小さいため、出力電圧を得る
ためには、発光素子21と光起電力素子22からなる発
電ペア2を直列に、そして電流容量を得るためにそれら
をまた並列に複数個接続して所要電力を得るようにした
ものである。電流制限用抵抗23は発光素子21に流れ
る電流を制限するためのものである。
The light emitting element 21 is opposed to the photovoltaic element 22, and the light from the light emitting element 21 is received by the photovoltaic element 22 to generate power. Since the power generation efficiency of the photovoltaic element 22 is low and the light output of the light emitting element 21 is small, in order to obtain an output voltage, the power generation pair 2 composed of the light emitting element 21 and the photovoltaic element 22 is connected in series, In order to obtain the capacity, a plurality of them are connected in parallel to obtain the required power. The current limiting resistor 23 is for limiting the current flowing through the light emitting element 21.

【0018】キャパシタ24は出力安定と瞬時電力供給
用のバイパスコンデンサを兼ねたキャパシタである。平
滑用ダイオード25はスイッチングデバイス26がオフ
の時、太陽電池22の漏れによりキャパシタ24の電荷
が減少することを防止する。
The capacitor 24 is a capacitor that also serves as a bypass capacitor for stabilizing the output and for supplying instantaneous power. The smoothing diode 25 prevents the charge of the capacitor 24 from decreasing due to leakage of the solar cell 22 when the switching device 26 is off.

【0019】1次側は2次側の負荷における消費電力に
関わらず、一定の電力を消費するため、電力効率を上げ
るためには、2次側の負荷消費電力に対応してスイッチ
ングデバイス26をオン/オフして1次側の供給電力を
必要最小限に抑える。
Since the primary side consumes constant power irrespective of the power consumption of the secondary load, in order to increase the power efficiency, the switching device 26 is set in accordance with the secondary side load power consumption. The power supply to the primary side is turned on / off to minimize necessary power.

【0020】図2は本発明に関わる第1の実施形態にお
ける実装状態を説明するための図であり、図2(a)は
分解斜視図(分離鳥瞰図)、図2(b)は分離断面図、
図2(c)は組立後断面図を示している。この絶縁型実
装モジュールは、第1の多層プリント基板31及び第2
の多層プリント基板32からなり、該第1の多層プリン
ト基板31は発電ペア2を構成する発光素子21を複数
個収納固着させるための窪み(ペアチップの形状に合わ
せてカットした窪み)33を形成したものであり、該第
2の多層プリント基板32は発電ペア2を構成する光起
電力素子22を複数個収納固着させるための窪み(ペア
チップの形状に合わせてカットした窪み)34を形成し
たものであり、第1の多層プリント基板31及び第2の
多層プリント基板32の窪み33、34が対向するよう
に多層プリント基板31、32同士を、例えば図示しな
い接着剤により貼り付けにより接合したものである。
FIGS. 2A and 2B are views for explaining a mounting state in the first embodiment according to the present invention. FIG. 2A is an exploded perspective view (separated bird's-eye view), and FIG. ,
FIG. 2C shows a sectional view after assembly. This insulated mounting module comprises a first multilayer printed circuit board 31 and a second
The first multilayer printed circuit board 31 has a recess (a recess cut in accordance with the shape of a pair chip) 33 for accommodating and fixing a plurality of light emitting elements 21 constituting the power generation pair 2. The second multilayer printed circuit board 32 is formed with a depression (a depression cut in accordance with the shape of the paired chip) 34 for accommodating and fixing a plurality of photovoltaic elements 22 constituting the power generation pair 2. The multilayer printed circuit boards 31 and 32 are bonded to each other by, for example, an adhesive (not shown) so that the depressions 33 and 34 of the first multilayer printed board 31 and the second multilayer printed board 32 face each other. .

【0021】以下、これについて図面を参照して説明す
るが、発光素子21、光起電力素子22、電流制限用抵
抗23、キャパシタ24、漏れ電流制限用ダイオード2
5、スイッチングデバイス26までは、図1の各構成要
素にそれぞれ対応した実装を示している。
The light emitting element 21, the photovoltaic element 22, the current limiting resistor 23, the capacitor 24, and the leakage current limiting diode 2 will be described below with reference to the drawings.
5 and the switching device 26 show implementations corresponding to the respective components of FIG.

【0022】多層プリント基板31、32は、これらの
各構成要素21〜26を実装し、配線するためのであ
る。多層プリント基板31の表層及び第2層〜第4層程
度を発光素子21が収納固着されるように窪み33が形
成されている。多層プリント基板32の表層及び第2層
〜第4層程度を光起電力素子22を複数個収納固着させ
るための窪み34が形成されている。
The multilayer printed circuit boards 31 and 32 are for mounting and wiring these components 21 to 26. The depression 33 is formed so that the surface layer and the second to fourth layers of the multilayer printed board 31 are housed and fixed in the light emitting element 21. A recess 34 for accommodating and fixing a plurality of photovoltaic elements 22 to the surface layer and about the second to fourth layers of the multilayer printed board 32 is formed.

【0023】ペアチップへの電力の供給はペアチップの
アノード側の面をプリント基板の内層配線へ導電性接着
剤により接着か半田付けされている。またカソード側
は、ワイヤボンディング28により、やはり内層のパタ
ーンへ接続されている。このような構造を1枚のプリン
ト基板上に複数個2次元的に配列し、それぞれの発光素
子間の電気的接続もプリント基板の印刷パターンにより
実現される。
Power is supplied to the paired chip by bonding or soldering the anode-side surface of the paired chip to the inner layer wiring of the printed circuit board with a conductive adhesive. The cathode side is also connected to the inner layer pattern by wire bonding 28. A plurality of such structures are two-dimensionally arranged on one printed circuit board, and the electrical connection between the respective light emitting elements is also realized by the printed pattern of the printed circuit board.

【0024】1次側の抵抗23と1次電源供給用のスイ
ッチングデバイス26は、発光素子側のプリント基板表
面(図2では裏面)に実装される。2次側のキャパシタ
24とダイオード25であり、太陽電池側のプリント基
板表面に実装される。
The primary side resistor 23 and the primary power supply switching device 26 are mounted on the surface of the printed circuit board on the light emitting element side (the back side in FIG. 2). The secondary-side capacitor 24 and the diode 25 are mounted on the surface of the printed circuit board on the solar cell side.

【0025】以上述べた第1の実施形態によれば、次の
ような作用効果が得られる。発光素子21−光起電力素
子22からなる発電ペア2を複数個直列に接続し、これ
により得られる発電ペア直列回路を複数組を並列に接続
したので、光起電力素子22の発電効率は低く、また発
光素子21の光出力は小さい点を補うことができ、所要
の電力を得ることができる。
According to the first embodiment described above, the following operational effects can be obtained. Since a plurality of power generation pairs 2 including the light emitting element 21 and the photovoltaic element 22 are connected in series, and a plurality of power generation pair series circuits obtained thereby are connected in parallel, the power generation efficiency of the photovoltaic element 22 is low. In addition, the light output of the light emitting element 21 can compensate for a small point, and required power can be obtained.

【0026】従来の発光素子及び太陽電池のエネルギー
効率では本電源で実現できる単位面積当たりの出力電力
は非常に小さいため、数多くの発電ペア(発光素子+光
起電力素子)を必要とする。例えば、発光素子1個の出
力が10mWで、光起電力素子の変換効率が10%であ
ると、1Wの出力を得るためには1000個のペアが必
要となる。それを単に市販のデバイス(LEDランプや
LD)と太陽電池パネルにより実現すると非常に大型化
する。しかし図2に示す実装方式にすることにより、必
要部品の殆どはプリント基板内部に3次元実装されるた
め、本電源に要するスペースが大幅に縮小できる。
The output power per unit area achievable with the present power supply is very small in the energy efficiency of the conventional light emitting element and solar cell, so that many power generation pairs (light emitting element + photovoltaic element) are required. For example, if the output of one light emitting element is 10 mW and the conversion efficiency of the photovoltaic element is 10%, 1000 pairs are required to obtain an output of 1 W. If it is simply realized by using a commercially available device (LED lamp or LD) and a solar cell panel, the size becomes very large. However, by employing the mounting method shown in FIG. 2, most of the necessary components are three-dimensionally mounted inside the printed circuit board, so that the space required for the power supply can be significantly reduced.

【0027】また、1次側と2次側は光により空間でエ
ネルギーが伝達されているため、電気的には高い絶縁性
を有している。さらにスイッチングデバイス26による
スイッチング動作を制限(またはONのまま)すれば、
2次側出力は極めて低ノイズに抑えることが可能であ
る。
Since the primary side and the secondary side transmit energy in space by light, they have high electrical insulation. If the switching operation by the switching device 26 is further restricted (or remains ON),
The output on the secondary side can be suppressed to extremely low noise.

【0028】発光素子21を1枚の半導体チップに複数
の発光素子21を1次元または2次元的に配列させた発
光素子アレイにすると、集積度が増加し、電源の単位面
積当たりの発電出力を向上させることができるとともに
製造上の工数を削減することができる1次側は2次側の
負荷における消費電力に関わらず、一定の電力を消費す
るため、電力効率を上げるためには、2次側の負荷消費
電力に対応してスイッチングデバイス26をオン/オフ
することにより、1次側の供給電力を必要最小限に抑え
ることができる。平滑用ダイオード25でスイッチング
デバイス26がオフの時、受光素子22のもれによりキ
ャパシタ24の電荷が減少することを防止することがで
きる。
When the light-emitting elements 21 are formed into a light-emitting element array in which a plurality of light-emitting elements 21 are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on one semiconductor chip, the degree of integration is increased and the power output per unit area of the power supply is reduced. The primary side, which can improve and reduce the number of manufacturing steps, consumes constant power regardless of the power consumption of the secondary side load. By turning on / off the switching device 26 in accordance with the load power consumption on the primary side, the supply power on the primary side can be minimized. When the switching device 26 is turned off by the smoothing diode 25, it is possible to prevent the charge of the capacitor 24 from decreasing due to leakage of the light receiving element 22.

【0029】なお、以上述べた面発光型の発光ダイオー
ド(LED)またはレーザダイオード(LD)のペアチ
ップは、1枚の半導体チップに複数の発光素子を1次元
または2次元的に配列させた発光素子アレイでもよい。
The above-described pair chip of the surface emitting type light emitting diode (LED) or laser diode (LD) is a light emitting element in which a plurality of light emitting elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on one semiconductor chip. It may be an array.

【0030】図3は、本発明に関わる第2の実施形態を
説明するための回路図であり、図4は図3の回路図に対
応する実装状態を説明するための図である。前述した第
1の実施形態では1段で形成された絶縁型電源であった
が、第2の実施形態では3次元的に独立した絶縁型電源
48、49、50を組み合わせて1個(1枚)の多層プ
リント基板に形成する電源回路を示している。
FIG. 3 is a circuit diagram for explaining a second embodiment according to the present invention, and FIG. 4 is a diagram for explaining a mounting state corresponding to the circuit diagram of FIG. In the above-described first embodiment, the insulated power supply is formed in one stage. However, in the second embodiment, one (one sheet) is obtained by combining three-dimensionally independent insulated power supplies 48, 49, and 50. 2) shows a power supply circuit formed on the multilayer printed circuit board.

【0031】各絶縁型電源48、49、50は、面発光
素子と、この面発光素子からの光を入力して起電力を得
る光起電力素子アレイとを対向配置させてなる発電ペア
を、同一基板上に複数個搭載し、前記発電ペアのうちの
いくつかを直列接続してなる発電ペア直列回路を、複数
組構成し、該発電ペア直列回路を並列接続したものであ
り、前記各絶縁型電源48、49、50を所定方向例え
ば縦方向へ3次元的に組み合わせ、外部による配線でそ
の電圧、電流容量および独立電源の数を変更できるよう
にしたものである。各絶縁型電源48、49、50は、
それぞれ面発光素子41、光起電力素子アレイ(いわゆ
る太陽電池)42、面発光素子41への電流制限抵抗4
3、出力安定用キャパシタ44からなり、かつ共通の出
力安定用キャパシタ45及び漏れ電流制限用ダイオード
46並びに共通のスイッチング素子(トランジスタ等)
47からなっている。
Each of the insulated power supplies 48, 49, and 50 includes a power generation pair in which a surface light-emitting element and a photovoltaic element array that receives light from the surface light-emitting element to obtain an electromotive force are opposed to each other. A plurality of power generation pair series circuits are mounted on the same substrate, and some of the power generation pairs are connected in series to form a plurality of sets, and the power generation pair series circuits are connected in parallel. The mold power supplies 48, 49, and 50 are three-dimensionally combined in a predetermined direction, for example, in a vertical direction, and the voltage, current capacity, and number of independent power supplies can be changed by external wiring. Each of the insulated power supplies 48, 49, 50
A surface light emitting element 41, a photovoltaic element array (so-called solar cell) 42, and a current limiting resistor 4 for the surface light emitting element 41, respectively.
3. Consisting of an output stabilizing capacitor 44, a common output stabilizing capacitor 45, a leakage current limiting diode 46, and a common switching element (eg, a transistor)
It consists of 47.

【0032】面発光素子41は、各層に2次元的に配列
されている。スイッチング素子47は1次側電流のオン
/オフを行うためのものである。
The surface light emitting elements 41 are two-dimensionally arranged in each layer. The switching element 47 is for turning on / off the primary current.

【0033】多層プリント基板51は面発光素子41〜
スイッチング素子47までの構成品を搭載させるための
ものである。また、ワイヤボンディング52は面発光素
子41及び光起電力素子アレイ42を接続するためのも
のであり、配線53は電源48〜50の入出力を接続す
るためのものである。
The multilayer printed circuit board 51 includes surface light emitting devices 41 to 41.
This is for mounting components up to the switching element 47. The wire bonding 52 is for connecting the surface light emitting element 41 and the photovoltaic element array 42, and the wiring 53 is for connecting input and output of the power supplies 48 to 50.

【0034】以上述べた第2の実施形態は、図3におけ
る電源48〜50の各々の構成は第1の実施形態と同じ
であり、これを図4に示す様に複数段、プリント基板の
厚さ方向に接続して3次元的に接続して実現したもので
ある。各ブロックの接続は接着により行われる。また図
5に示されるように各ブロック間の電気的接続はプリン
ト基板の配線と外部での配線53によって可能となる。
これらの外部配線はコネクタを用いたハーネスの形態で
も可能である。
In the second embodiment described above, each of the power supplies 48 to 50 in FIG. 3 has the same configuration as that of the first embodiment, and as shown in FIG. It is realized by connecting in three directions and connecting three-dimensionally. The connection of each block is performed by bonding. Also, as shown in FIG. 5, electrical connection between the blocks can be made by wiring on the printed circuit board and wiring 53 outside.
These external wirings can be in the form of a harness using a connector.

【0035】このように第2の実施形態は、第1の実施
形態を2次元的に構成された電源を3次元的に組み合わ
せることにより、プリント基板厚の増大のみで、面積を
増加することなく電源の電圧や容量を増加できる。プリ
ント基板厚や半導体チップは薄いため、組み合わせによ
る厚さの増加は僅かである。
As described above, in the second embodiment, the three-dimensional combination of the two-dimensionally configured power supplies in the first embodiment enables the area of the printed circuit board to be increased without increasing the area only by increasing the thickness of the printed circuit board. Power supply voltage and capacity can be increased. Since the thickness of the printed circuit board and the semiconductor chip are thin, the increase in thickness due to the combination is small.

【0036】各絶縁型電源48〜50の各電源出力を直
列に配線すれば電源電圧を、並列に配線すれば電流容量
をそれぞれ増加することができる。また出力同士の配線
を行わない場合は、複数の(図5なら3種)の独立した
電源を形成できる。並列接続により電流容量を増加でき
ることから、1段当たりの占有面積を減少させることも
可能となる。電源の1次側部品(電流制限抵抗43及び
スイッチング素子47)は組あがった基板の裏面に、2
次側部品は表面にそれぞれ実装される。これらの配線も
プリント基板のパターン及び外部配線53となる。
The power supply voltage can be increased by wiring the power outputs of the insulated power supplies 48 to 50 in series, and the current capacity can be increased by wiring in parallel. Further, when the wiring between the outputs is not performed, a plurality of (three types in FIG. 5) independent power supplies can be formed. Since the current capacity can be increased by the parallel connection, the occupied area per stage can be reduced. The primary components of the power supply (current limiting resistor 43 and switching element 47) are mounted on the back of the assembled board.
The secondary components are mounted on the respective surfaces. These wirings also become patterns on the printed circuit board and external wirings 53.

【0037】図5は本発明に関わる第3の実施形態を説
明するための回路図である。第3の実施形態では、入力
はPWM(Pulse Width Modulation)によるパルス入力
である。これは、図5に示すように、面発光型発光ダイ
オードまたはレーザダイオード群61、光起電力素子群
(いわゆる太陽電池)62、リップル除去用キャパシタ
63、平滑化用ダイオード64、PWM用スイッチング
素子(トランジスタ等)65、インダクタ66、電流回
生用ダイオード67から構成されている。
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a third embodiment according to the present invention. In the third embodiment, the input is a pulse input by PWM (Pulse Width Modulation). As shown in FIG. 5, this includes a surface-emitting type light emitting diode or laser diode group 61, a photovoltaic element group (so-called solar cell) 62, a ripple removing capacitor 63, a smoothing diode 64, and a PWM switching element ( Transistor 65), an inductor 66, and a current regeneration diode 67.

【0038】インダクタ66はエネルギーを保持するた
めのものである。
The inductor 66 is for retaining energy.

【0039】図5において、発電原理は第1の実施形態
と同じである。しかし、第1の実施形態の入力電流を制
限するための電流制限用抵抗23を省きし、入力電源V
inをスイッチング素子65で定周期でチョッピング
し、インダクタ67とダイオード68により回生させる
ことによりレーザダイオード群61へ電力を供給する。
供給される電力は、スイッチング素子65を駆動する矩
形波信号のデューティー比によって決定される。ダイオ
ード64は1次側の電流低下に伴う2次側の電圧低下を
防止し、キャパシタ63により2次側出力の脈動を軽減
する。
In FIG. 5, the power generation principle is the same as in the first embodiment. However, the current limiting resistor 23 for limiting the input current of the first embodiment is omitted, and the input power V
Power is supplied to the laser diode group 61 by chopping in at a constant period by the switching element 65 and regenerating by the inductor 67 and the diode 68.
The supplied power is determined by the duty ratio of the rectangular wave signal for driving the switching element 65. The diode 64 prevents the voltage drop on the secondary side due to the current drop on the primary side, and the capacitor 63 reduces the pulsation of the output on the secondary side.

【0040】この第3の実施形態の場合の具体的な実装
方法は、第1の実施形態(図2)及び第2の実施形態
(図4)と全く同様である。
The specific mounting method in the third embodiment is exactly the same as the first embodiment (FIG. 2) and the second embodiment (FIG. 4).

【0041】第1の実施形態であると、1次側への供給
電力のうち多くが電流制限用抵抗で消費され、効率が悪
い。これに対し、図5に示した第3の実施形態では、ス
イッチング素子がオンのとき発光素子電力が供給される
が、スイッチング素子65がオフでもインダクタ66の
エネルギーがダイオード67を介してレーザダイオード
群61へ供給される。スイッチング素子65への駆動信
号のデューティー比を増加させれば、スイッチング素子
65の出力光量が増大し、2次側で得られる出力も増大
する。1次側で消費される電力はスイッチング素子6
5、回生ダイオード67、及びインダクタ66に含まれ
る微少な抵抗成分での消費のみとなり、入力電圧とレー
ザダイオード群61の両端電圧との差が大きいとき、電
力効率化に効果がある。ただしスイッチングを行ってい
るため、第1の実施形態に比べ、電磁妨害の点で不利に
なる。
In the first embodiment, most of the power supplied to the primary side is consumed by the current limiting resistor, resulting in poor efficiency. On the other hand, in the third embodiment shown in FIG. 5, when the switching element is turned on, the light emitting element power is supplied. However, even when the switching element 65 is turned off, the energy of the inductor 66 is transferred to the laser diode group via the diode 67. 61. If the duty ratio of the drive signal to the switching element 65 is increased, the output light quantity of the switching element 65 is increased, and the output obtained on the secondary side is also increased. The power consumed on the primary side is the switching element 6
5, only the small resistance components included in the regenerative diode 67 and the inductor 66 are consumed, and when the difference between the input voltage and the voltage between both ends of the laser diode group 61 is large, power efficiency is improved. However, since switching is performed, it is disadvantageous in terms of electromagnetic interference as compared with the first embodiment.

【0042】なお、本願発明は、上記各実施形態に限定
されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しな
い範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記
実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示さ
れる複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種
々の発明が抽出される。例えば、実施形態に示される全
構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が
解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも1
つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果
(の少なくとも1つ)が得られる場合には、この構成要
件が削除された構成が発明として抽出され得る。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified in the implementation stage without departing from the gist of the invention. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions are extracted by appropriate combinations of a plurality of disclosed constituent features. For example, even if some components are deleted from all the components shown in the embodiments, at least one of the problems described in the problem to be solved by the invention is described.
In the case where one of them can be solved and the effect (at least one of the effects) described in the section of the effect of the invention is obtained, a configuration from which this component is deleted can be extracted as the invention.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、次のような作用効果が
得られる絶縁型実装モジュールを提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide an insulated mounting module having the following functions and effects.

【0044】請求項1に対応する発明によれば、発光素
子−光起電力素子からなる発電ペアを複数個直列に接続
し、これにより得られる発電ペア直列回路を複数組を並
列に接続したので、光起電力素子の発電効率は低く、ま
た発光素子の光出力は小さい点を補うことができ、所要
の電力を得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of power generating pairs each composed of a light emitting element and a photovoltaic element are connected in series, and a plurality of power generating pair series circuits obtained thereby are connected in parallel. In addition, the power generation efficiency of the photovoltaic element is low, and the light output of the light emitting element is small, so that required power can be obtained.

【0045】請求項2に対応する発明によれば、必要部
品の殆どはプリント基板内部に3次元実装されるため、
本電源に要するスペースが大幅に縮小できる。
According to the invention corresponding to claim 2, most of the necessary components are three-dimensionally mounted inside the printed circuit board.
The space required for this power supply can be significantly reduced.

【0046】請求項3に対応する発明によれば、請求項
1に記載の構成を2次元的に構成された電源を3次元的
に組み合わせることにより、プリント基板厚の増大のみ
で、面積を増加することなく電源の電圧や容量を増加で
き、この場合はプリント基板厚や半導体チップは薄いた
め、組み合わせによる厚さの増加は僅かである。
According to the third aspect of the present invention, by combining the two-dimensionally configured power supply in the three-dimensional configuration with the configuration described in the first aspect, the area can be increased only by increasing the thickness of the printed circuit board. In this case, the thickness of the printed circuit board and the semiconductor chip are thin, so that the increase in the thickness due to the combination is small.

【0047】請求項4に対応する発明によれば、発電ペ
ア直列回路のうち、1次側入力電源をパルス幅変調信号
によりスイッチングし、インダクタとダイオードからな
る回路で回生するように構成したことにより、発光素子
への電力供給の効率化を図ることができる。
According to the invention corresponding to claim 4, the primary side input power supply in the power generation pair series circuit is switched by the pulse width modulation signal, and is regenerated by the circuit including the inductor and the diode. In addition, efficiency of power supply to the light emitting element can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係る絶縁型実装モジ
ュールの回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram of an insulated mounting module according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施形態における実装状態を説明するた
めの図。
FIG. 2 is a view for explaining a mounting state in the embodiment of FIG. 1;

【図3】本発明の第2の実施形態に係る絶縁型実装モジ
ュールの回路図。
FIG. 3 is a circuit diagram of an insulated mounting module according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3の実施形態における実装状態を説明するた
めの図。
FIG. 4 is a view for explaining a mounting state in the embodiment of FIG. 3;

【図5】本発明の第3の実施形態に係る絶縁型実装モジ
ュールの回路図。
FIG. 5 is a circuit diagram of an insulated mounting module according to a third embodiment of the present invention.

【図6】従来の絶縁型DC電源の一例である絶縁型レギ
ュレータを説明するための回路図。
FIG. 6 is a circuit diagram for explaining an insulation regulator that is an example of a conventional insulation DC power supply.

【符号の説明】 2…発電ペア 21…発光素子 22…光起電力素子(いわゆる太陽電池) 23…電流制限用抵抗 24…キャパシタ 25…漏れ電流制限用ダイオード 26…スイッチングデバイス 31…第1の多層プリント基板 32…第2の多層プリント基板 33、34…窪み 41…面発光素子 42…光起電力素子アレイ(いわゆる太陽電池) 43…電流制限抵抗 44、45…出力安定用キャパシタ 46…漏れ電流制限用ダイオード 47…スイッチング素子 48、49、50…絶縁型電源 51…多層プリント基板 52…ワイヤボンディング 53…配線 61…面発光型発光ダイオードまたはレーザダイオード
群 62…光起電力素子群(いわゆる太陽電池) 63…リップル除去用キャパシタ63 64…平滑化用ダイオード 65…PWM用スイッチング素子(トランジスタ等) 66…インダクタ 67…電流回生用ダイオード
[Description of Signs] 2 ... Power generation pair 21 ... Light emitting element 22 ... Photovoltaic element (so-called solar cell) 23 ... Current limiting resistor 24 ... Capacitor 25 ... Leakage current limiting diode 26 ... Switching device 31 ... First multilayer Printed circuit board 32 ... Second multilayer printed circuit board 33, 34 ... Depression 41 ... Surface emitting element 42 ... Photovoltaic element array (so-called solar cell) 43 ... Current limiting resistor 44, 45 ... Output stabilizing capacitor 46 ... Leakage current limiting Diode for use 47 ... Switching element 48, 49, 50 ... Insulated power supply 51 ... Multilayer printed circuit board 52 ... Wire bonding 53 ... Wiring 61 ... Surface emitting type light emitting diode or laser diode group 62 ... Photovoltaic element group (so-called solar cell) 63: Ripple removing capacitor 63 64: Smoothing diode 65: PWM Switching element (transistor, etc.) 66 ... inductor 67 ... current regeneration diode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発光素子と、この発光素子からの光を入
力して起電力を得る光起電力素子とを対向配置させてな
る発電ペアを、同一基板上に複数個搭載し、前記発電ペ
アのうちのいくつかを直列接続してなる発電ペア直列回
路を、複数組構成し、該発電ペア直列回路を並列接続し
たことを特徴とする絶縁型実装モジュール。
1. A plurality of power generation pairs each comprising a light emitting element and a photovoltaic element for obtaining electromotive force by inputting light from the light emitting element are mounted on the same substrate, and a plurality of power generation pairs are mounted on the same substrate. Characterized in that a plurality of pairs of power generation pairs are connected in series, and a plurality of pairs of power generation series circuits are connected in parallel.
【請求項2】 第1及び第2の多層プリント基板からな
り、 該第1の多層プリント基板は前記発電ペアを構成する発
光素子を複数個収納搭載させるための窪みを形成したも
のであり、 該第2の多層プリント基板は前記発電ペアを構成する光
起電力素子を複数個収納搭載させるための窪みを形成し
たものであり、 前記第1及び第2の多層プリント基板の窪みが対向する
ように両者を結合させたことを特徴とする請求項1に記
載の絶縁型実装モジュール。
2. A printed circuit board comprising a first and a second multilayer printed circuit board, wherein the first multilayer printed circuit board is formed with a recess for accommodating a plurality of light emitting elements constituting the power generation pair. The second multilayer printed board is formed with a recess for accommodating and mounting a plurality of photovoltaic elements constituting the power generation pair, and the first and second multilayer printed boards are opposed to each other. The insulated mounting module according to claim 1, wherein both are combined.
【請求項3】 複数の絶縁型電源からなり、 各絶縁型電源は、面発光素子と、この面発光素子からの
光を入力して起電力を得る光起電力素子アレイとを対向
配置させてなる発電ペアを、同一基板上に複数個搭載
し、前記発電ペアのうちのいくつかを直列接続してなる
発電ペア直列回路を、複数組構成し、該発電ペア直列回
路を並列接続したものであり、 前記各絶縁型電源を所定方向へ3次元的に組み合わせ、
外部による配線でその電圧、電流容量および独立電源の
数を変更できるようにしたことを特徴とする絶縁型電源
モジュール。
3. An insulated power supply comprises a surface-emitting element and a photovoltaic element array which receives light from the surface-emitting element to obtain an electromotive force and opposes each other. A plurality of power generation pairs are mounted on the same substrate, and a plurality of power generation pair series circuits are formed by connecting some of the power generation pairs in series, and the power generation pair series circuits are connected in parallel. Yes, three-dimensionally combine the respective insulated power supplies in a predetermined direction,
An isolated power supply module wherein the voltage, current capacity, and number of independent power supplies can be changed by external wiring.
【請求項4】 発光素子と、この発光素子からの光を入
力して起電力を得る光起電力素子とを対向配置させてな
る発電ペアを、同一基板上に複数個搭載し、前記発電ペ
アのうちのいくつかを直列接続してなる発電ペア直列回
路を、複数組構成し、該発電ペア直列回路を並列接続し
たものであって、該発電ペア直列回路のうち、1次側入
力電源をパルス幅変調信号によりスイッチングし、イン
ダクタとダイオードからなる回路で回生するように構成
したことを特徴とする絶縁型電源モジュール。
4. A plurality of power generating pairs each having a light emitting element and a photovoltaic element for obtaining electromotive force by inputting light from the light emitting element are mounted on a same substrate, and , A plurality of sets of power generation pair series circuits formed by serially connecting some of the power generation pair series circuits, and the power generation pair series circuits are connected in parallel. An insulated power supply module configured to be switched by a pulse width modulation signal and regenerated by a circuit including an inductor and a diode.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016096707A (en) * 2014-11-17 2016-05-26 市川 雅英 Laser beam power generator

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