JP2004336945A

JP2004336945A - 電力変換装置及び電力変換システム

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Publication number: JP2004336945A
Application number: JP2003132162A
Authority: JP
Inventors: Masaki Suzui; 正毅鈴井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】電力変換装置において、配線パターンの厚みや面積を大きくすることなしに、局所的に大電流を流すことのできるプリント配線基板のコストを低減する。
【解決手段】直列接続された２つのコイルを含む１次コイルと、２次コイルとを有するトランスと、２つのコイルの互いに接続されない端子と電気的に接続され、２つのコイルへ供給する電力をそれぞれ切り換える２つのスイッチング素子と、第１及び第２の入力端子、トランスの端子接続用のランド、及び２つのスイッチング素子の電極接続用のランドが設けられているプリント配線基板１と、を有する電力変換装置において、第１の入力端子と２つのコイルの互いに接続される端子とを第１のバスバー１１で電気的に接続し、第２の入力端子と２つのスイッチング素子のソース電極とを第２のバスバー１２で電気的に接続する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力変換装置及び電力変換システムに関し、特に、直流電力を昇圧するトランス及びスイッチング素子を有し、局所的に低電圧大電流となる回路を含む電力変換装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題への取り組みなどから、太陽電池または燃料電池で発電した直流電力を、電力変換装置により、交流電力に変換して家庭内の負荷（以下「負荷」と呼ぶ）及び／または商用電力系統（以下「系統」と呼ぶ）に供給する、あるいは、所定の直流電圧に変換して負荷の駆動に利用すること、などが行われている。
【０００３】
上記で用いる電力変換装置のほとんどは、太陽電池の出力電圧を所定電圧まで昇圧する機能を有し、昇圧後の電力は直流負荷に使用されるか、あるいは直流−交流変換装置に入力され、交流に変換された後、系統に接続される。
【０００４】
この場合、太陽電池自体を直列化（直列接続）して太陽電池の出力電圧を所定電圧まで高める方法もあるが、太陽電池の直列化には作業工程が多くなりコストが高くなることに加え、太陽光発電装置の非発電領域が多くなる、更には部分影の影響が大きくなるなどの欠点がある。
【０００５】
そこで太陽電池の直列数を極力少なくし、太陽電池の出力電圧を高い電圧まで昇圧することにより、高電圧小電流の出力電力を取り出す太陽光発電装置が提案されている。
【０００６】
このような太陽光発電装置では、太陽電池は単一のセル（一枚）あたり１Ｖ前後の低電圧しか出力できないため、高い昇圧比の直流−直流変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）が必要となる。
【０００７】
上述のような低電圧大電流の入力電力を高電圧に変換する電力変換装置で用いられる直流−直流変換装置の回路方式の一例として、従来から２つのスイッチング素子を交互に切り換えるプッシュプル回路が用いられている。
【０００８】
このような回路をプリント配線基板に実装する場合には、大電流が流れる１次側のパターンの配線抵抗による損失を低減するように、様々な工夫がなされている。
【０００９】
図１３は、従来のプリント配線基板にパワー半導体素子が実装された部分を拡大した断面図である。図示されたように、プリント配線基板のベースとなる基材１３０１上に、数十μｍの厚さの配線用パターン１３０２が形成され、大電流が流れる部分に対しては、配線抵抗を低減させるために配線用パターン１３０２の上に銅メッキ処理を施して配線パターン１３０５を積層し、配線パターンの厚さは数百μｍ程度まで厚くされる。そして、パワー半導体素子１３０３の制御電流等の小電流が流れる端子は、直接配線パターン１３０２に接続されるが、大電流が流れる端子は、積層された銅メッキ処理部１３０５に接続される。
【００１０】
また、大電流が流れる部分に対して、銅メッキ処理をする代わりに、配線用パターン１３０２の上に銅箔を張り合わせて、配線抵抗を低減することも行われている。
【００１１】
これらの例は、特開平１−２５３２９３号公報（特許文献１）や特開平７−２２１４１１号公報（特許文献２）に示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１−２５３２９３号公報
【特許文献２】
特開平７−２２１４１１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように大電流が流れる部分に対してのみ銅メッキ処理や銅箔の張り合わせを行うと、当然、プリント配線基板の製造工程が多くなり、小電流用の配線パターンのみから構成されるプリント配線基板と比較して、生産効率が低くなり、プリント配線基板のコストが上昇する。
【００１４】
更に、図１３に示されたように、大電流用の配線パターンと小電流用の配線パターンとの間に厚みの差ｄが生じ、これら厚みの異なる配線間を跨いで電子部品を実装する場合、電極端子を通常とは逆の方向（実装面から離間する図中矢印方向）に折り曲げて配線パターンと接続する必要が生じる。このような方法で実装すると、手間がかかると共に端子の強度や耐久性が劣化してしまう。
【００１５】
また、どのような方法で大電流用の配線パターンを形成するかに関係なく、プリント配線基板上に厚いパターンを形成することとなるので、プリント配線基板自体が著しく厚くなってしまう。
【００１６】
一方、大電流用の配線パターンのパターン面積を大きくすることで、配線抵抗を低減することも考えられる。しかしながら、大電流用の配線パターンの面積を大きくすると、プリント配線基板全体の面積が大きくなり、配線基板のコストが上昇すると共に、そのような基板を用いた装置が大型化してしまう。
【００１７】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、配線パターンの厚みや面積を大きくすることなしに、局所的に大電流を流すことのできるプリント配線基板のコストを低減することができる、電力変換装置の構成を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の一態様としての電力変換装置は、入力された直流電力を変換して出力する電力変換装置であって、
直列接続された第１及び第２のコイルを含む１次コイルと、２次コイルとを有するトランスと、
前記第１及び第２のコイルの互いに接続されない端子と電気的に接続され、前記第１及び第２のコイルへ供給する電力をそれぞれ切り換える第１及び第２のスイッチング素子と、
第１及び第２の入力端子、前記トランスの端子接続用のランド、及び前記第１及び第２のスイッチング素子の電極接続用のランドが設けられているプリント配線基板と、
前記第１の入力端子と前記第１及び第２のコイルの互いに接続される端子とを電気的に接続する第１のバスバーと、
前記第２の入力端子と前記第１及び第２のスイッチング素子のソース電極とを電気的に接続する第２のバスバーと、を備えている。
【００１９】
すなわち、本発明では、入力された直流電力を変換して出力すべく、直列接続された第１及び第２のコイルを含む１次コイルと、第１及び第２のコイルの互いに接続されない端子と電気的に接続され、第１及び第２のコイルへ供給する電力をそれぞれ切り換える第１及び第２のスイッチング素子と、第１及び第２の入力端子、トランスの端子接続用のランド、及び第１及び第２のスイッチング素子の電極接続用のランドが設けられているプリント配線基板と、を有する電力変換装置において、第１の入力端子と第１及び第２のコイルの互いに接続される端子とを第１のバスバーで電気的に接続し、第２の入力端子と第１及び第２のスイッチング素子のソース電極とを第２のバスバーで電気的に接続する。
【００２０】
このようにすると、大きな電流が流れる配線パターンを、プリント配線基板とは別に設けたバスバーにより構成し、配線抵抗を低減することが可能となる。更に、このバスバーを、例えばプリント配線基板の縁部あるいは外周近辺に配置すると、配線基板上に厚い配線パターンを形成する必要がなく、装置全体を薄くすることができると共に実装や組立が容易となる。
【００２１】
なお、第１及び第２のコイルの互いに接続される端子の一つが第１のバスバーの一方の面で電気的に接続されており、第１及び第２のコイルの互いに接続される端子の他方が第１のバスバーの他方の面で電気的に接続されているようにしてもよい。この場合、トランスは巻芯として柱状体を有し、第１及び第２のコイルは互いに巻回方向が逆であり、各コイルの２つの端子が、柱状体の異なる側から引き出されているのが好ましい。
【００２２】
また、第１及び第２のバスバーは、プリント配線基板の基材の厚さと略等しい厚さを有し、プリント配線基板と同一平面上に配置されていると、実装が用となると共に装置全体を薄くすることが可能となる。
【００２３】
更に、第１及び第２のバスバーがプリント配線基板の縁部に沿って配置されており、第１及び第２のバスバーを含めた形状が長方形であるのが好ましい。
【００２４】
また、第１及び第２のバスバーの少なくとも１つは、プリント配線基板のバスバーに隣接する部分に設けられたランドを介してプリント配線基板と電気的に接続され、該電気的接続によりプリント配線基板に機械的に固定されるようにしてもよい。
【００２５】
第１及び第２のバスバーに、プリント配線基板と接する部分に少なくとも１つの凸部を設け、プリント配線基板は各凸部に対応する位置に凹部を有し、凸部と凹部とが噛み合うことで各バスバーがプリント配線基板に機械的に固定されているようにしてもよい。
【００２６】
プリント配線基板の凹部にランドを設け、該ランドによって対応するバスバーと電気的に接続するようにしてもよい。
【００２７】
なお、電気的接続とは、半田付け、溶接及びねじ止めのいずれかであってよい。
【００２８】
電力変換装置は、第１及び第２のスイッチング素子を交互に切り換えるプッシュプル動作を行う制御回路を含むのが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。各図において同様な構成要素は同じ参照番号で示し、詳細な説明は省略する。
【００３０】
本明細書においては、プリント配線基板に部品を半田付け等によって固定・接続することを「実装」と称し、プリント配線基板に設けられた配線パターンのうち、部品や端子が接続される銅箔等が露出した部分を「ランド」と称する。
【００３１】
尚、以下ではプッシュプル回路を含む電力変換装置を例に挙げて説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００３２】
＜第１の実施形態＞
以下、図１〜図６を参照して、本発明に係る第１の実施形態について説明する。
【００３３】
図２は、本実施形態の電力変換装置のプッシュプル回路の構成を示す回路図である。
【００３４】
図２に示すように、本実施形態のプッシュプル回路の１次回路は入力側＋端子（ＩＮ＋）、入力側−端子（ＩＮ−）、入力平滑コンデンサ１３、プッシュプル回路用のトランス（以下、単にトランスと称する）１４、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２、制御回路１５より構成される。また、２次回路は、ダイオードブリッジ１６および出力平滑コンデンサ１７、出力側＋端子（ＯＵＴ＋）、出力側−端子（ＯＵＴ−）により構成される。
【００３５】
ＩＮ＋およびＩＮ−端子は、プッシュプル回路の入力端子であり、例えば、太陽電池や燃料電池などの直流電源の＋端子と−端子にそれぞれ接続される。入力平滑コンデンサ１３は、プッシュプル回路のＩＮ＋端子とＩＮ−端子間の電圧を平滑化するコンデンサである。
【００３６】
図２に示すプッシュプル回路に適用するトランス１４のコイルは、１次コイルと２次コイルからなり、１次コイルは直列接続された１組のコイルＬ１及びＬ２より構成され、これらコイルの直列接続点が１次コイルのセンタタップ（以下、ＣＴ）として取り出される構成をなす。なお、１組のコイルＬ１及びＬ２は、ＣＴ側の端部の極性が互いに逆極性となるように直列接続される。
【００３７】
詳細には、１次コイルは、コイル端部▲１▼及びコイル端部▲２▼を有するコイルＬ１と、コイル端部▲３▼及びコイル端部▲４▼を有するコイルＬ２とからなる。なお、コイル端部▲１▼とコイル端部▲４▼はそれぞれ、ＳＷ１およびＳＷ２のドレイン電極端子と接続され、コイル端部▲２▼とコイル端部▲３▼はＣＴとして取り出され、ＩＮ＋端子と接続される。また、上記ＳＷ１およびＳＷ２のソース電極端子は、ＩＮ−端子と接続される。
【００３８】
トランス１４の２次コイルの端部、すなわちトランスの端子▲５▼およびトランスの端子▲６▼は、ダイオードブリッジ１６と接続される。ダイオードブリッジ１６は、トランス１４の出力を入力して、全波整流した後、プッシュプル回路の出力としてＯＵＴ＋端子およびＯＵＴ−端子へ出力する。また、図２のプッシュプル回路には直流電圧の変動を抑制する目的で、出力端子間に出力平滑コンデンサ１７を接続する。
【００３９】
なお、本実施形態では、図２のスイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ２としてはＭＯＳＦＥＴを使用しているが、本発明で使用するスイッチング素子の種類はこれに限定されない。
【００４０】
図３は、本実施形態に用いるトランス１４の構成を説明するための斜視図であり、プッシュプル回路を含むスイッチング電源回路に用いられるトランスの代表的な構成を示している。
【００４１】
トランス１４は、ボビン３０１、１次コイル３０３、２次コイル３０４、コア３０７より構成される。
【００４２】
詳細には、トランス１４のコイルは、ボビン３０１の巻芯３０２へ巻き回された１次コイル３０３および２次コイル３０４より構成されており、各コイルの端部は、ボビンの▲１▼〜▲６▼のピン端子３０５へ接続されている。またトランス１４のコア３０７は、ボビン３０１に設けられた挿入口３０６へ挿入される一組のＥ型コアであるＥＥ型コアにて構成される。
【００４３】
なお、図２に示すトランス１４のコイル端部の番号▲１▼〜▲６▼と、上記の図３に示すトランス１４のピン端子の番号▲１▼〜▲６▼は１対１で対応しており、コイルの接続関係も同一構成である。また、以下の実施形態でも、同一のコイルの端部番号は、図２のトランス１４の端子番号と１対１で対応しているものとする。
【００４４】
制御回路１５は、上記スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ２のゲートを駆動するためのゲート駆動回路および、ゲート駆動回路用の電源回路より構成される。
【００４５】
上記のＩＮ＋端子とＩＮ−端子には直流電源が接続され、入力された直流電力は、制御回路１５のゲート駆動回路へ供給される。ゲート駆動回路は、入力された直流電力の電圧が所定の閾値を超えると上記のＳＷ１およびＳＷ２のゲートへ、パルス信号を出力する。なお、ＳＷ１およびＳＷ２のゲート駆動電流は、主回路電流と比較して十分小さいため、この制御回路１５の入出力の配線パターンとしては、プリント配線基板に形成される小電流用の配線パターンが用いられる。
【００４６】
図４は、本実施形態のスイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ２の各電極端子の配置を説明するための図である。
【００４７】
図４に示すように、ＳＷ１およびＳＷ２は、一般的に用いられる表面実装用パッケージ４０１を有するＭＯＳＦＥＴであり、パッケージ表面のうち、プリント配線基板に実装される面がドレイン電極４０２となっている。また、パッケージ表面のうち、実装面と垂直をなす一側面から３本のソース電極４０３と１本のゲート電極４０４が設けられており、それぞれ実装面に半田付け等で接続される。
【００４８】
図５は、図２に示したプッシュプル回路が実装されるプリント配線基板１の実装面を示す図である。
【００４９】
プリント配線基板１において、２〜４は配線パターン、５〜９は部品接続用のランド、１０はスルーホールをそれぞれ示している。ここで、配線パターン２〜配線パターン４、ランド５〜ランド９は、配線基板１上に形成された導箔により構成される。
【００５０】
配線パターン２は、制御回路１５のＩＮ−端子と後記するバスバー１２を接続する配線パターンである。なお、制御回路１５のＩＮ＋電極は、プリント配線基板１の裏面を介して、後記のバスバー１１と接続される。また、配線パターン３は、トランス１４の端子▲５▼および端子▲６▼と、ダイオードブリッジ１６を接続する配線パターンである。さらに、配線パターン４は、ダイオードブリッジ１６の出力とプッシュプル回路のＯＵＴ＋端子およびＯＵＴ−端子を接続する配線パターンである。
【００５１】
ランド５は、配線パターン２の端部に形成されたランドであり、後記するバスバー１２と接する基板端部に設けられている。そして、ランド５は、バスバー１２と半田付けされることで電気的に接続される。また、この半田付けにより、配線基板１にバスバー１２とが機械的に固定される。なお、バスバーをプリント配線基板との間の電気的接続方法は、半田付け以外に溶接やネジによる接続でもよいが、電気的接続により、両者が機械的にも接続されるようにする。
【００５２】
ランド６は、配線パターン３に形成されたランドであり、トランスの端子▲５▼および端子▲６▼が半田付けされる。さらにランド７は、配線パターン４に形成されており、ランド間に出力平滑コンデンサ１７が実装されると共に電力変換装置１８の出力端子として使用される。
【００５３】
また、ランド８は、配線基板１に島状に形成されたランドであり、ＳＷ１およびＳＷ２のドレイン電極端子が実装されると共に、トランス１４の端子▲１▼および端子▲４▼が実装される。従って、ＳＷ１およびＳＷ２のドレイン電極端子は、ランド８を介して、トランス１４の端子▲１▼および端子▲４▼と電気的に接続される。そして、ランド９は、配線基板１に島状に形成されたランドであり、ＳＷ１およびＳＷ２のゲート電極端子が実装される。
【００５４】
スルーホール１０は、配線基板１の表裏面を接続するスルーホールである。なお、上記のゲート駆動回路１５の出力は、配線基板１の裏面に配置される配線パターンと接続されており、スルーホール１０により、この裏面の配線パターンとランド９が接続されている。
【００５５】
図１は、図５に示したプリント配線基板１に各種部品を実装して構成した電力変換装置１８の上面図である。
【００５６】
電力変換装置１８は主として、バスバー１１、バスバー１２、入力平滑コンデンサ１３、プリント配線基板１、プリント配線基板１へ実装された各種素子にて構成されるプッシュプル回路方式の電力変換装置である。図中Ｓで示した部分は半田付けにより接続されている部分である。
【００５７】
なお、本実施形態の電力変換装置は、図２に関して説明したように、１次側が低電圧・大電流の電力を扱うプッシュプル回路方式の電力変換装置である。そこで、本実施形態では、図２に示すプッシュプル回路において太線で表されている低電圧・大電流を扱う１次側主回路配線を、バスバーを用いて接続し、電力変換装置における配線抵抗による損失を低減する。
【００５８】
具体的にはバスバー１１及びバスバー１２により、図２のプッシュプル回路の太線部分の配線を構成する。詳細には、バスバー１１により、プッシュプル回路のＩＮ＋端子とトランス１４の端子▲２▼および端子▲３▼とを接続して、トランス１４のＣＴを構成する。また、バスバー１２により、ＩＮ−端子とＳＷ１およびＳＷ２のソース電極端子を接続する。
【００５９】
なお、図１と図５を比較すると分かるように、バスバー１１やバスバー１２は、配線基板１の縁部に沿って配置され、プリント配線基板１に固定されたときに長方形となるような形状である。あるいは、プリント配線基板１の縁部をバスバー１１及び１２の形状に合わせて加工してもよい。いずれにしても、プリント配線基板１にバスバー１１及び１２が固定されたときの形状が長方形となるようにすることが望ましい。
【００６０】
図６は、本実施形態のプリント配線基板にパワー半導体素子が実装された部分を図１３と同様に示す部分断面図である。
【００６１】
図６に示すように、本実施形態ではバスバー１１及び１２の厚みを、プリント配線基板１の基材６０１の厚みと同一としている。従って、大電流用の配線パターンであるバスバーと小電流用の配線パターンとの間の厚みの差は、小電流用の配線パターンの厚さである数十μｍとなり、実質的には段差がないのと同様である。このため、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ２のソース電極をバスバー１２に接続する際に、実装面から離間する方向に折り曲げる必要がなく、接続及び半田付けが容易となる。
【００６２】
以上のように、本実施形態の電力変換装置１８では、配線基板とは別にバスバーを設けて、バスバーを介して大電流を流す構成をとっている。従って、本実施形態の電力変換装置によれば、プリント配線基板に対する特別な加工や処理が不要となるため、プリント配線基板が安価となる。更に、プリント配線基板が厚くならず、装置全体を薄くすることができる。また、バスバーの厚みをプリント配線基板の基材と同程度とすることで、プリント配線基板の実装面とバスバーとの間に段差が無くなるため、配線基板とバスバーとの間に部品を実装する際の端子の折り曲げ等の手間が不要となると共に、端子の強度や耐久性が低下することが防止される。
【００６３】
加えて、バスバーの厚さを、プリント配線基板の基材と同程度まで厚くすることができるので、配線抵抗を低減しつつ大電流用の配線パターンの面積を小さくすることができる。さらに、プリント配線基板とバスバーとを半田付けすることにより、バスバーをプリント配線基板に機械的にも固定するようにしているため、電力変換装置の実装及び組み立てが容易となり、装置全体のコストを安価にすることができる。
【００６４】
＜第２の実施形態＞
以下、図７〜図１０を参照して、本発明に係る第２の実施形態について説明する。以下の説明では上記第１の実施形態と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【００６５】
本実施形態を第１の実施形態との相違点は、トランスの構成が異なっている点と、プリント配線基板の形状及び配線パターンの一部が異なっている点である。
【００６６】
図７は、本実施形態の電力変換装置２５の上面図である。なお、本実施形態では、図７に示すプリント配線基板１９の面を表面と称し、この面とは対向する別の面をプリント配線基板１９の裏面と称する。また図８は、本実施形態で用いるプリント配線基板１９の上面図である。
【００６７】
本実施形態の電力変換装置２５のプリント配線基板１９は、ランド２０、ランド２２及びランド２３が設けられている点と、トランス２１の端子配置に併せて、各ランドや配線パターンが変更されている点が、第１の実施形態の配線基板１と異なっている。また、図８に示されるように、トランス２１よりやや大きいサイズで切り欠きが設けられており、トランス２１は端子をプリント配線基板１９とバスバー１１に端子を接続することで、プリント配線基板１９とバスバー１１及び１２で囲まれる位置（空間）に実装される。
【００６８】
ランド２０は、プリント配線基板１９に島状に配置されたランドであり、配線基板１９とバスバー１２が接する部分に設けられており、ＳＷ１およびＳＷ２のソース電極端子が実装される。そして、ランド２０は、バスバー１２と半田付けされることで電気的に接続される。また、この半田付けにより、プリント配線基板１９とバスバー１２が機械的に固定される。従って、ＳＷ１およびＳＷ２のソース電極端子は、ランド２０を介してバスバー１２へ接続される。
【００６９】
また、ランド２２は、ランド８と同一形状のランドであるが、スルーホール２４が設けられている点が、ランド８と異なる。また、ランド２３は、プリント配線基板１９の裏面に島状に配置されたランドであり、トランス２１の端子▲１▼が実装される。スルーホール２４は、プリント配線基板１９の両面に配置されたランド２２とランド２３とを接続する。
【００７０】
図９は、本実施形態に用いるトランス２１の特徴を説明するための図であり、図示されたように１次コイルが、柱状巻芯９０１に巻回された第１のコイル９０２と第２のコイル９０３との２つのコイルから形成されており、４つの端子を有している。なお、ボビンやコア、２次コイルは実施形態１のトランス１４と同一である。
【００７１】
詳細には、柱状巻芯９０１に第１のコイル９０２を巻き、第２のコイル９０３を第１のコイルと逆方向に巻き回し、第１のコイル９０２と第２のコイル９０３の一端▲２▼及び▲３▼を柱状巻芯９０１に対して同一側に引き出す。そして、第１のコイル９０２と第２のコイル９０３の他端▲１▼及び▲４▼を、端子▲２▼及び▲３▼の反対側に引き出す。
【００７２】
このような構成のコイルとすると、巻芯９０１に対して同一側へＣＴを構成するコイル端部▲２▼およびコイル端部▲３▼が配置されるため、プリント配線基板１９とは別に設けられているバスバー１１を用いて、ＣＴ接続が容易になるだけではなく、ＣＴ間の抵抗も低減できる。
【００７３】
図１０は、本実施形態で用いるトランス２１の構成を示す斜視図である。なお、トランス２１では、第２のコイル１００４の端部▲３▼およびコイルの端部▲４▼を柱状巻芯１００２に対して実装面側（プリント配線基板１９の表面側）に配置している。また、第１のコイル１００３の端部▲１▼および▲２▼を、同実装面側と反対側に配置している。
【００７４】
以上の構成を有する本実施形態の電力変換装置２５においては、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ２は、プリント配線基板１９上に設けられたランド２０を介して、バスバー１２と接続される。従って、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ２として熱に弱いＭＯＳＦＥＴを用いる場合においても、その端子電極が熱容量の大きいバスバーへ直接半田付けされないので、ＭＯＳＦＥＴを半田付けの際の熱破壊から守ることができる。
【００７５】
また、トランス２１の１次コイルは、上記のように、巻芯に対して同一側へＣＴを構成するコイル端部▲２▼およびコイル端部▲３▼が配置されると共に、図７に示すように、これらコイル端部▲２▼およびコイル端部▲３▼が、配線基板１９の表裏面に分かれて配置される。従って、バスバー１１が、配線基板１９の厚み方向において、ＣＴを構成するコイル端部▲２▼およびコイル端部▲３▼の中間に配置される。更に、バスバー１１が裸体の銅板で構成されているため、コイル端部▲２▼およびコイル端部▲３▼を、そのままバスバー１１へ半田付けするだけでＣＴを構成できる。このため、ＣＴを形成する作業性が飛躍的に向上する。また、プリント配線基板上に設けられる配線パターンと比較して厚さも横幅も広く、抵抗が小さいバスバー１１によって、コイル端部▲２▼およびコイル端部▲３▼が接続されるため、トランス２１の配線抵抗の低減に大きく寄与することになる。
【００７６】
なお、プリント配線基板１９の厚み方向におけるトランス２１の各端子間の距離と、バスバー１１の厚みを同程度に設定すると、トランスの引き出し線の曲げ加工等が不要となるため、ＣＴの形成がより容易になる。また、ボビンやコイル自体への機械的ストレスを低減できるという効果も得られる。
【００７７】
＜第３の実施形態＞
以下、図１１および図１２を参照して、本発明に係る第３の実施形態について説明する。以下の説明では上記第１及び第２の実施形態と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【００７８】
本実施形態と第２の実施形態との相違点は、プリント配線基板の形状と、バスバーの形状とが異なっている点である。
【００７９】
図１１は、本実施形態の電力変換装置２９の上面図である。また、図１２は、本実施形態で用いるプリント配線基板２６の上面図である。
【００８０】
なお、図１１や図１２に示すように、本実施形態のトランス２１も第２の実施形態のトランスと同様に、プリント配線基板２６とバスバー２７及び２８で囲まれる位置（空間）に実装される。
【００８１】
図１１及び図１２に示されるように、本実施形態では、バスバー２７及び２８のプリント配線基板２６に接する部分に凸部（突出部）を設け、プリント配線基板２６の対応する部分に、凸部と噛み合う凹部（窪み）を設けている。そして、対応する凹凸部分が噛み合うことにより、プリント配線基板２６とバスバー２７及び２８とが機械的に固定される構成となっている。また、プリント配線基板２６のバスバー２８の凸部と噛み合う凹部周辺の実装面には、ランド５、ランド１９が配置されており、これらランドとバスバー２８を半田付けすることで、両者が電気的に接続される。
【００８２】
以上説明したように本実施形態によれば、プリント配線基板とバスバーとが噛み合いによって機械的に固定されるため、プリント配線基板にバスバーがより強固に固定される。
【００８３】
＜他の実施形態＞
以上説明した実施形態においてはプッシュプル回路を含む電力変換装置を例に挙げて説明したが、発明はこれに限るものではなく、公知公用の他の回路を用いた電力変換装置にも適用できる。
【００８４】
なお、本発明は、一つの機器からなる装置に適用しても、複数の機器（例えば、電力変換装置、太陽電池、燃料電池、制御回路など）から構成されるシステムに適用してもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、大きな電流が流れる配線パターンを、プリント配線基板とは別に設けたバスバーにより構成し、配線抵抗を低減することが可能となる。更に、このバスバーを、例えばプリント配線基板の縁部あるいは外周近辺に配置すると、配線基板上に厚い配線パターンを形成する必要がなく、装置全体を薄くすることができると共に実装や組立が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電力変換装置の上面図である。
【図２】図１の電力変換装置のプッシュプル回路の構成を示す回路図である。
【図３】第１の実施形態に用いるトランスの構成を説明するための斜視図である。
【図４】図１のスイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ２の各電極端子の配置を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態のプリント配線基板の実装面を示す図である。
【図６】図５のプリント配線基板にパワー半導体素子が実装された部分の部分断面図である。
【図７】第２の実施形態の電力変換装置の上面図である。
【図８】第２の実施形態のプリント配線基板の上面図である。
【図９】第２の実施形態に用いるトランスの特徴を説明するための図である。
【図１０】第２の実施形態で用いるトランスの構成を示す斜視図である。
【図１１】第３の実施形態の電力変換装置の上面図である。
【図１２】第３の実施形態のプリント配線基板の上面図である。
【図１３】従来のプリント配線基板にパワー半導体素子が実装された部分の断面図である。

Claims

入力された直流電力を変換して出力する電力変換装置であって、
直列接続された第１及び第２のコイルを含む１次コイルと、２次コイルとを有するトランスと、
前記第１及び第２のコイルの互いに接続されない端子と電気的に接続され、前記第１及び第２のコイルへ供給する電力をそれぞれ切り換える第１及び第２のスイッチング素子と、
第１及び第２の入力端子、前記トランスの端子接続用のランド、及び前記第１及び第２のスイッチング素子の電極接続用のランドが設けられているプリント配線基板と、
前記第１の入力端子と前記第１及び第２のコイルの互いに接続される端子とを電気的に接続する第１のバスバーと、
前記第２の入力端子と前記第１及び第２のスイッチング素子のソース電極とを電気的に接続する第２のバスバーと、を備えることを特徴とする電力変換装置。
前記第１及び第２のコイルの互いに接続される端子の一つが前記第１のバスバーの一方の面で電気的に接続されており、前記第１及び第２のコイルの互いに接続される端子の他方が前記第１のバスバーの他方の面で電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記トランスは巻芯として柱状体を有し、前記第１及び第２のコイルは互いに巻回方向が逆であり、各コイルの２つの端子が、前記柱状体の異なる側から引き出されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
前記第１及び第２のバスバーは、前記プリント配線基板の基材の厚さと略等しい厚さを有し、前記プリント配線基板と同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記第１及び第２のバスバーが前記プリント配線基板の縁部に沿って配置されており、前記第１及び第２のバスバーを含めた形状が長方形であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記第１及び第２のバスバーの少なくとも１つは、前記プリント配線基板のバスバーに隣接する部分に設けられたランドを介して前記プリント配線基板と電気的に接続されており、該電気的接続により前記プリント配線基板に機械的に固定されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の電力変換装置。
前記第１及び第２のバスバーは、前記プリント配線基板と接する部分に少なくとも１つの凸部を有し、
前記プリント配線基板は各凸部に対応する位置に凹部を有し、前記凸部と凹部とが噛み合うことで各バスバーが前記プリント配線基板に機械的に固定されていることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記プリント配線基板の凹部にランドが設けられており、該ランドによって対応するバスバーと電気的に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
前記電気的接続が、半田付け、溶接及びねじ止めのいずれかを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記第１及び第２のスイッチング素子を交互に切り換えるプッシュプル動作を行う制御回路を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
直流電源と、請求項１から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置と、を含むことを特徴とする電力変換システム。