JP2005102485A - スイッチング電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 低電圧大電流の直流を負荷の消費電力に関わらず一定の電圧で供給し得る高効率かつ小型のスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】 本発明のスイッチング電源装置１００は、直流を断続してパルス電圧を生成するスイッチング回路と、一次巻線と二次巻線とがコアで磁気的に結合されてなるトランス９と、前記一次巻線と前記二次巻線とを構成する配線を備える多層配線基板２と、交流を整流する整流回路と、リプルを抑制する平滑回路と、前記平滑回路の出力電圧を制御する制御回路とを有するスイッチング電源装置であって、前記多層配線基板が、少なくとも前記スイッチング回路と前記整流回路とを備えかつ主配線基板１上に配設され、かつ前記主配線基板に前記制御回路が配設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器の内部に設置されるスイッチング電源装置に関する。
従来から、パーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載されている電源装置には、スイッチング電源装置が用いられている。このスイッチング電源装置は直流安定化電源の一種であり、商用電源又は蓄電池等の電源から得た直流をトランジスタ等の半導体デバイスの高速スイッチング作用によって可聴周波数以上（数百ｋＨｚ程度）のパルス電圧に変換し、そのパルス電圧のパルス幅及びパルス間隔を制御することによって、一定の電圧の直流を出力するように構成されている。このように構成されたスイッチング電源装置は、負荷の消費電力の変動に関わらず出力電圧が常に一定であると共に、比較的小型でかつ軽量であり、更に高効率を特徴としているため、特に中央演算処理装置（以下、ＣＰＵ）を搭載する様々な情報機器や通信機器において、従来から好適に用いられている。
図１９は従来のスイッチング電源装置の一例の構成を示した模式図である。尚、図１９（ａ）は従来のスイッチング電源装置の側面図であり、図１９（ｂ）は従来のスイッチング電源装置の上面図である。図１９に示すように、従来のスイッチング電源装置１０００では、所定の電子回路を構成するように構成された複数の配線を備えるプリント基板Ｐの中央部に、トランスＴが配設されている。又、前記プリント基板Ｐの所定の位置には、スイッチング制御回路Ｕ１と、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２と、ダイオードＤ１及びＤ２と、コンデンサＣ１とが、それぞれ配設されている。そして、これらのトランスＴ、スイッチング制御回路Ｕ１、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２、ダイオードＤ１及びＤ２、コンデンサＣ１がプリント基板Ｐに設けられた前記配線と電気的に接続するように配設されることによって、スイッチング電源装置１０００が構成されている。このように構成されたスイッチング電源装置１０００では、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の高速スイッチング作用によって生成されたパルス電圧が、トランスＴの一次巻線に印加される。その際、トランスＴの二次巻線には、一次巻線に印加されたパルス電圧の電圧の変化に応じた交流が誘起する。そして、その誘起した交流がダイオードＤ１及びＤ２の整流作用によって整流され、更にコンデンサＣ１によってリプルが抑制されることによって得られた直流が、スイッチング電源装置１０００の出力端子から出力される。この際、スイッチング制御回路Ｕ１は、出力電圧の変動に応じてスイッチング素子Ｑ１及びＱ２のＯＮ時間及びＯＦＦ時間を制御することによって、出力電圧を一定にすべく動作する。従って、このように動作するスイッチング電源装置１０００を用いることによって、変動する負荷に対して常に一定の電圧の直流を供給することが可能となる。ここで、図１９に例示した従来のスイッチング電源装置１０００では、トランスＴ、スイッチング制御回路Ｕ１、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２、ダイオードＤ１及びＤ２、コンデンサＣ１等の、スイッチング電源装置１０００を構成するための全ての電子部品等が、一枚のプリント基板Ｐ上に全て配設される構成が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、近年では、パーソナルコンピュータ等の情報機器や携帯電話等の通信機器等の電子機器に搭載されているＣＰＵへの電源供給条件は、低電圧大電流化の傾向にある。このため、上記の情報機器や通信機器等に搭載されるスイッチング電源装置に対しても、特に大電流の直流出力が得られる仕様が強く求められている。このような要求に対応するためには、スイッチング電源装置に配設されるトランスの一次巻線に流れる電流を大電流化する必要がある。そして、その大電流の高周波スイッチング電流や、トランスの二次巻線に誘起する大電流の交流を効率良く伝搬するためには、プリント基板の配線を幅広く形成する必要がある。より具体的には、プリント基板に形成される、特にスイッチング素子、トランス、整流素子及び平滑素子等と電気的に接続する配線を、従来以上に幅広くかつ短配線で形成する必要がある。その理由は、配線の寄生インダクタンスや表皮効果等の影響を最小限とし、スイッチング電源装置内における電力損失を最小限にするためである。
一方、スイッチング電源装置からＣＰＵへの電源供給が大電流化する場合には、スイッチング電源装置とＣＰＵとを電気的に接続する配線における電圧降下等の影響を考慮する必要が生じる。そして、スイッチング電源装置とＣＰＵとを電気的に接続する配線における電圧降下等の影響を最小限に抑えるためには、スイッチング電源装置とＣＰＵとが近接するように配設する必要がある。より具体的には、スイッチング電源装置とＣＰＵとを電気的に接続する配線の配線長を極力短くする必要がある。そして、このような要求に対応するためには、スイッチング電源装置を可能な限り小型化する必要がある。
特許第３１９６１８７号公報
しかしながら、従来のスイッチング電源装置１０００では、スイッチング電源装置１０００を構成するためのトランスＴ、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２、整流素子Ｄ１及びＤ２、コンデンサＣ１及びスイッチング制御回路Ｕ１等が、一枚のプリント基板Ｐ上に二次元状に配設される構成が採られている。そのため、上記の如く大電流の高周波スイッチング電流等を効率良く伝搬させるために必要十分な線幅の配線をプリント基板Ｐに形成する場合には、特にスイッチング素子Ｑ１及びＱ２、トランスＴ、ダイオードＤ１及びＤ２、及びコンデンサＣ１等が配設される領域における電子部品等の二次元的な実装密度が低下するので、その実装密度の低下に応じてプリント基板Ｐを大型化する必要がある。又、従来のスイッチング電源装置１０００では大きさの異なる電子部品等が混在するように配設されているため、プリント基板Ｐの上部には使用しない空間領域が発生する。つまり、従来のスイッチング電源装置１０００の構成では、低電圧大電流の直流を出力し得る高効率のスイッチング電源装置を小型化することが非常に困難であるという問題が発生する。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低電圧大電流の直流を負荷の消費電力に関わらず一定の電圧で供給し得る高効率かつ小型のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
そして、これらの目的を達成するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、直流を断続してパルス電圧を生成するスイッチング回路と、一次巻線と二次巻線とがコアで磁気的に結合されてなるトランスと、前記一次巻線と前記二次巻線とを構成する配線を備える多層配線基板と、交流を整流する整流回路と、リプルを抑制する平滑回路と、前記平滑回路の出力電圧を制御する制御回路とを有し、前記パルス電圧が前記一次巻線の第一接続部に印加されて前記二次巻線の第二接続部に誘起する交流を前記整流回路で整流しかつ前記平滑回路で平滑して得る直流を出力するスイッチング電源装置であって、前記多層配線基板が、少なくとも前記スイッチング回路と前記整流回路とを備えかつ主配線基板上に配設され、かつ前記主配線基板に前記制御回路が配設されている。ここで、本明細書では、直流又は交流とは直流又は交流の電圧又は電流をいう。
このような構成とすることにより、トランスの一次巻線に流れる大電流の高周波スイッチング電流及び二次巻線に誘起する大電流の交流等が流れる配線を、制御回路等を構成するための他の配線との相互関係を考慮することなく、任意に設計することができるようになる。つまり、スイッチング回路、トランス、整流回路及び平滑回路等を構成するための配線を必要に応じて幅広くかつ短配線で形成することが可能になるため、配線の導体抵抗、表皮効果及び寄生インダクタンス等の悪影響を最小限に抑えることが可能になる。又、スイッチング電源装置を構成する能動素子及び受動素子等がスイッチング電源装置の内部において三次元的に配設されるようになるため、使用しない空間領域を飛躍的に減少させることが可能になる。それらの結果、低電圧大電流の直流を負荷の消費電力に関わらず一定の電圧で供給し得る高効率かつ小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。
前記コアは中足部を備え、前記中足部の短軸方向において該中足部の両側に前記トランスの前記第一接続部と前記第二接続部とが配置されていても良い。
このような構成とすることにより、多層配線基板上に配設される能動素子及び受動素子等の実装密度を低下させることなく、トランスの第一接続部と第二接続部との電気的な絶縁距離を確保することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性に優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。
前記第一接続部側に前記スイッチング回路が、前記第二接続部側に前記整流回路が、それぞれ配設されており、前記第一接続部と前記スイッチング回路とが、及び、前記第二接続部と前記整流回路とが、それぞれ電気的に直結する部分を有し配設されていても良い。
このような構成とすることにより、スイッチング回路、整流回路及び平滑回路等とトランスの第一接続部又は第二接続部とを接続するための配線を極力短く形成することが可能になるため、それらの配線に起因する導体抵抗、表皮効果及び寄生インダクタンス等による悪影響をより一層効果的に抑制することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性がより一層優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。又、スイッチング回路、整流回路及び平滑回路等とトランスの第一接続部又は第二接続部とを接続するための配線を部分的に省略することが可能になるため、プリント基板の配線に起因する導体抵抗、表皮効果及び寄生インダクタンス等による悪影響を更に効果的に抑制することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性が更に優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。
前記多層配線基板が前記主配線基板の第一主面に配設され、前記制御回路が前記主配線基板の第二主面に配設されていても良い。
このような構成とすることにより、回路構成の複雑な制御回路を構成する場合や、大きさの異なる複数の能動素子及び受動素子等を多数使用して制御回路を構成する場合であっても、それらの素子等の実装密度を下げることなく、小領域において制御回路を構成することが可能になるという効果が得られる。
前記主配線基板の第二主面には、前記制御回路のみが配設されていても良い。
このような構成とすることにより、回路構成の複雑な制御回路を構成する場合や、大きさの異なる複数の能動素子及び受動素子等を多数使用して制御回路を構成する場合であっても、それらの素子等の実装密度を下げることなく、小領域において制御回路をより容易に構成することが可能になる。又、制御回路がスイッチング素子等の高周波ノイズ源から完全に遮蔽されることになるので、制御回路の動作の信頼性は高まることになる。その結果、電気的な信頼性及び安全性がより一層優れ、かつ誤動作が生じない小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。
前記制御回路は前記スイッチング回路から前記パルス電圧を生成させるべく駆動する駆動部を備え、前記駆動部は、前記主配線基板上において前記スイッチング回路に対し実質的に最短距離となる位置に配設され、かつ前記スイッチング回路と実質的に最短距離の配線で接続されていても良い。
前記制御回路は前記整流回路を前記整流するように駆動する駆動部を備え、前記駆動部は、前記主配線基板上において前記整流回路に対し実質的に最短距離となる位置に配設され、かつ前記整流回路と実質的に最短距離の配線で接続されていても良い。
このような構成とすることにより、配線に存在する寄生インダクタンスが最小となり、これにより配線による電流制限作用を低減することが可能になる。従って、高速のスイッチングが可能になり、スイッチング損失を低減することが可能になるという効果が得られる。
又、本発明に係るスイッチング電源装置は、直流を断続してパルス電圧を生成するスイッチング回路と、一次巻線と二次巻線とがコアで磁気的に結合されてなるトランスと、前記一次巻線と前記二次巻線とを構成する配線を備える多層配線基板と、交流を整流する整流回路と、リプルを抑制する平滑回路と、前記平滑回路の出力電圧を制御する制御回路とを有し、前記パルス電圧が前記一次巻線の第一接続部に印加されて前記二次巻線の第二接続部に誘起する交流を前記整流回路で整流しかつ前記平滑回路で平滑して得る直流を出力するスイッチング電源装置であって、前記スイッチング電源装置が、略二次元状に形成された配線層と放熱板とが少なくとも電気絶縁性樹脂とフィラーとを含む混合物からなる電気絶縁性部材を介して積層されてなるリードフレーム基板を有し、前記リードフレーム基板の前記配線層上には、少なくとも前記スイッチング回路と前記整流回路とを備える前記多層配線基板が配設されている。
このような構成とすることにより、スイッチング電源装置の動作中において特にスイッチング素子、トランス、整流素子等から発生する熱を、リードフレーム基板を介してスイッチング電源装置の外部へ放出することが可能になる。即ち、スイッチング電源装置を長時間に渡り動作させる場合においても、スイッチング素子、トランス、整流素子等の温度は比較的低温となりかつ安定するようになる。その結果、スイッチング電源装置は長時間に渡り安定して動作するようになる。又、スイッチング素子、整流素子等の半導体素子の経時的な熱破壊が低減されるという効果も得られる。
前記コアは中足部を備え、前記中足部の短軸方向において該中足部の両側に前記トランスの前記第一接続部と前記第二接続部とが配置されていても良い。
このような構成とすることにより、多層配線基板上に配設される能動素子及び受動素子等の実装密度を低下させることなく、トランスの第一接続部と第二接続部との電気的な絶縁距離を確保することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性に優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。
前記第一接続部側に前記スイッチング回路が、前記第二接続部側に前記整流回路が、それぞれ配設されており、前記第一接続部と前記スイッチング回路とが、及び、前記第二接続部と前記整流回路とが、それぞれ電気的に直結する部分を有し配設されていても良い。
このような構成とすることにより、スイッチング回路、整流回路及び平滑回路等とトランスの第一接続部又は第二接続部とを接続するための配線を極力短く形成することが可能になるため、それらの配線に起因する導体抵抗、表皮効果及び寄生インダクタンス等による悪影響をより一層効果的に抑制することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性がより一層優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。又、スイッチング回路、整流回路及び平滑回路等とトランスの第一接続部又は第二接続部とを接続するための配線を部分的に省略することが可能になるため、プリント基板の配線に起因する導体抵抗、表皮効果及び寄生インダクタンス等による悪影響を更に効果的に抑制することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性が更に優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。
前記多層配線基板の配線と前記リードフレーム基板の前記配線層とが、略鉛直方向に延出する前記配線層の一部分によって接続されていても良い。
このような構成とすることにより、多層配線基板の配線とリードフレーム基板の配線層との間における電気的な接続抵抗を低減することが可能になるという効果が得られる。又、多層配線基板、及び多層配線基板上に配設された電子部品等から発生する熱を、リードフレーム基板に効果的に放熱することが可能になるという効果が得られる。
前記電気絶縁性樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、弗素樹脂、ポリエステル、ポリフェニレンエーテル又はポリイミドの何れかであっても良い。
このような構成とすることにより、リードフレーム基板の耐熱性及び電気的特性等を向上させることが可能になる。又、これらの電気絶縁性樹脂は容易に入手することが可能である。その結果、電気的特性及び信頼性の優れたリードフレーム基板を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。
前記フィラーが、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ボロン、窒化アルミニウム、二酸化珪素、炭化珪素又はフェライトの何れかであっても良い。
このような構成とすることにより、リードフレーム基板の熱伝導率を著しく向上させることが可能になる。又、これらの無機質フィラーは容易に入手することが可能である。その結果、熱伝導率が高く、スイッチング素子、トランス、整流素子等から発生した熱を効率良くスイッチング電源装置の外部へ放出することが可能なリードフレーム基板を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明は、以上に説明したような手段で実施され、低電圧大電流の直流を負荷の消費電力に関わらず一定の電圧で供給し得る高効率かつ小型のスイッチング電源装置を提供することが可能になるという効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置１００の回路図である。図４に示すように、本実施の形態で示すスイッチング電源装置１００は、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂと、ｎチャネル型のＭＯＳ形電界効果トランジスタ（以下、ＭＯＳＦＥＴ）８ａ及び８ｂと、トランス用一次巻線９ａとトランス用二次巻線９ｂ（巻線比Ｎ：１）とトランス用コア９ｃとを有してなるトランス９と、第一のダイオード１０ａ及び第二のダイオード１０ｂと、インダクタンス１３と、出力平滑コンデンサ７と、制御回路１７とを有して構成されている。そして、それぞれの能動素子及び受動素子等が所定の回路を形成するように電気的に接続されることにより、スイッチング電源装置１００が構成されている。
本実施の形態に示すスイッチング電源装置１００の回路図について、図４を用いて詳細に説明する。外部から印加される電圧ＶINの直流は、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂの両端子にそれぞれ印加される。そして、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂのそれぞれの一方の端子はトランス９のトランス用一次巻線９ａの一方の端子に接続されており、更に、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂの他方の端子のそれぞれはＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂのソース端子に接続されている。又トランス９のトランス用一次巻線９ａの他方の端子は、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂのドレイン端子に接続されている。尚、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂのゲート端子は、配線１０１によって制御回路１７に接続されている。
トランス９のトランス用二次巻線９ｂは、トランス用コア９ｃによってトランス用一次巻線９ａと磁気的に接続されている。従って、トランス用二次巻線９ｂには、トランス用一次巻線９ａに印加される電圧の変化に応じた交流が発生する。このトランス９のトランス用二次巻線９ｂの一方の端子は、第一のダイオード１０ａのアノード端子に接続されている。又、トランス９のトランス用二次巻線９ｂの他方の端子は、第二のダイオード１０ｂのアノード端子に接続されている。そして、第一のダイオード１０ａのカソード端子と第二のダイオード１０ｂのカソード端子とは相互に接続され、更にインダクタンス１３の一方の端子（入力側）に接続されている。このインダクタンス１３の他方の端子（出力側）は出力平滑コンデンサ７の一方の端子に接続されており、この出力平滑コンデンサ７の他方の端子は、第二のダイオード１０ｂのアノード端子と接続されている。出力平滑コンデンサ７の両端からは、電圧ＶOUTの直流が出力される。
図１は、本実施の形態におけるスイッチング電源装置１００の構造を模式的に示す斜視図である。又、図２は、図１に示したスイッチング電源装置１００の構造を模式的に示す側面図である。更に、図３は、図１及び図２で示したスイッチング電源装置１００のトランス９の内部構成を模式的に示した断面図であり、図３（ａ）はトランス９を構成するトランス用コア９ｃのＸ方向の垂直断面を模式的に示した断面図、図３（ｂ）はトランス９を構成するトランス用コア９ｃのＹ方向の水平断面を模式的に示した断面図である。尚、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を図１に示すように定義する。
図１及び図２に示すように、本実施の形態におけるスイッチング電源装置１００では、接続端子４ａ〜４ｄを有する多層プリント基板２と、インダクタンス１３と、出力平滑コンデンサ７と、制御回路１７とが、接続端子５ａ〜５ｄを有するメインプリント基板１上の所定の位置に配置され、構成されている。
多層プリント基板２は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂とガラスクロスと配線とにより構成されている。そして、この多層プリント基板２の構成要素である図示されない配線は、多層プリント基板２に配設される複数の半導体素子等を所定の回路を形成するように電気的に接続するための複数の配線と、後述するトランス９を構成するためのトランス用一次巻線９ａとトランス用二次巻線９ｂとで構成されている。以下、トランス９を構成するための前記トランス用一次巻線９ａとトランス用二次巻線９ｂとについて説明する。
図１及び図２に示すように、多層プリント基板２は、一次側インバータ領域ａと、トランス巻線領域ｂと、二次側整流領域ｃとの三つの領域に区分される。そして、前記トランス用一次巻線９ａとトランス用二次巻線９ｂとは多層プリント基板２のトランス巻線領域ｂの内部に形成されており、多層プリント基板２の各層に形成された渦巻き状の配線が電気絶縁部材１４を介して相互に積層され、更にスルーホール１１又は１２によって立体的かつ電気的に接続されることによって構成されている。ここで、図３を用いて、トランス９の内部構造について更に詳細に説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、多層プリント基板２におけるトランス巻線領域ｂの所定の位置には、所定の形状の貫通孔１６が形成されている。又、フェライト等の材料で構成されるトランス用コア９ｃが、前記貫通孔１６の内部に前記トランス用コア９ｃの中足部９ｄが嵌入されるようにして、多層プリント基板２を取り囲むように配設されている。中足部９ｄは、ここでは矩形の短辺が円弧で構成された断面形状を有している。尚、中足部９ｄの断面形状は前記断面形状に限定されることはなく、例えば、円形、矩形、又は楕円形等の形状を有していても良い。一方、多層プリント基板２の前記貫通孔１６の外周部には、前記の如く形成されたトランス用一次巻線９ａ及びトランス用二次巻線９ｂが配設されている。このトランス用一次巻線９ａ及びトランス用二次巻線９ｂは、貫通孔１６の周囲において各々渦巻き状に配設されている。又、トランス用一次巻線９ａ及びトランス用二次巻線９ｂの各々の末端部、即ち、トランス用一次巻線９ａと能動素子又は受動素子等とのここでは図示されない接続部（以下、第一接続部）と、トランス用二次巻線９ｂと能動素子又は受動素子等とのここでは図示されない接続部（以下、第二接続部）とは、中足部９ｄを介して隔離されるような配置関係となるよう位置している。そして、これらのトランス用一次巻線９ａ及びトランス用二次巻線９ｂは、トランス用コア９ｃの中足部９ｄによって磁気的に結合されている。つまり、トランス９のトランス用二次巻線９ｂの第二接続部には、トランス９のトランス用一次巻線９ａの第一接続部に印加される電圧に応じた交流が発生することになる。以上、多層プリント基板２に構成されるトランス９は、トランス用コア９ｃと、トランス用一次巻線９ａ及びトランス用二次巻線９ｂと、スルーホール１１及び１２等とが上記のように配設され、第一接続部と第二接続部とが前記配置関係となる重要な特徴点を有して構成されている。
一方、図１及び図２に示すように、多層プリント基板２の第一主面２ａ及び第二主面２ｂの一次側インバータ領域ａには、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂ、及び入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂが実装されている。これらのＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂ、及び入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂは、一次側インバータ領域ａにおいて、トランス用一次巻線９ａから引き出された特に図示されない接続端子の近傍に配設されている。又、多層プリント基板２の第一主面２ａ及び第二主面２ｂの二次側整流領域ｃには、第一のダイオード１０ａと第二のダイオード１０ｂとが実装されている。これらのダイオード１０ａ及び１０ｂは、二次側整流領域ｃにおいて、トランス用二次巻線９ｂから引き出された特に図示されない接続端子の近傍に配設されている。そして、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂと、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂと、トランス９のトランス用一次巻線９ａとが多層プリント基板２に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、インバータ回路が形成されている。又、第一のダイオード１０ａと、第二のダイオード１０ｂと、トランス９のトランス用二次巻線９ｂとが多層プリント基板２に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、整流回路が構成されている。尚、接続端子４ａ及び４ｂは入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂの両端に直流を印加するための、メインプリント基板１と多層プリント基板２との接続端子である。又、接続端子４ｃ及び４ｄは、後述する平滑回路に直流を印加するための、メインプリント基板１と多層プリント基板２との接続端子である。そして、多層プリント基板２にトランス９が形成され、更に上記の如く能動素子及び受動素子及び接続端子４ａ〜４ｄが配設されることによって、パワーモジュール１８が構成されている。
図２に示すように、メインプリント基板１の第一主面１ａには、パワーモジュール１８と、インダクタンス１３と、出力平滑コンデンサ７とがそれぞれ所定の位置に配設されている。又、メインプリント基板１の第二主面１ｂには、複数の能動素子及び受動素子によって構成される制御回路１７が形成されている。そして、インダクタンス１３と、出力平滑コンデンサ７とがメインプリント基板１に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、平滑回路が形成されている。尚、接続端子５ａ及び５ｂは、接続端子４ａ及び４ｂに直流を印加するために外部機器と接続する接続端子である。又、接続端子５ｃ及び５ｄは、ＣＰＵ等の外部素子等に直流を印加するための接続端子である。
尚、本実施の形態では、フォワード型コンバータ回路を用いた比較的小電流の直流を出力するためのスイッチング電源装置を示しているが、より大電流の直流を出力するためにスイッチング素子及び整流素子を更に複数個並列接続する構成にすることによって、本発明の効果がより一層高まる。以下、スイッチング素子及び整流素子をそれぞれ並列接続して構成する本実施の形態における他のスイッチング電源装置について説明する。
図６は、本発明の実施の形態１に係る他のスイッチング電源装置２００の回路図である。図６に示すように、本実施の形態における他のスイッチング電源装置２００は、入力平滑コンデンサ６ａと、並列接続されたｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ８ａ〜８ｄと、トランス用一次巻線９ａとトランス用二次巻線９ｂ（巻線比Ｎ：１）とトランス用コア９ｃとを有してなるトランス９と、並列接続された第一のダイオード１０ａ及び１０ｂと、並列接続された第二のダイオード１０ｃ及び１０ｄと、インダクタンス１３と、出力平滑コンデンサ７と、制御回路１７とを有して構成されている。そして、それぞれの能動素子及び受動素子等が所定の回路を形成するように電気的に接続されることにより、スイッチング電源装置２００が構成されている。
本実施の形態における他のスイッチング電源装置２００の回路図について、図６を用いて詳細に説明する。外部から印加される電圧ＶINの直流は、入力平滑コンデンサ６ａの両端子にそれぞれ印加される。そして、入力平滑コンデンサ６ａの一方の端子はトランス９のトランス用一次巻線９ａの一方の端子に接続されており、更に、入力平滑コンデンサ６ａの他方の端子はＭＯＳＦＥＴ８ａ〜８ｄのそれぞれのソース端子に接続されている。又トランス９のトランス用一次巻線９ａの他方の端子は、ＭＯＳＦＥＴ８ａ〜８ｄのそれぞれのドレイン端子に接続されている。尚、ＭＯＳＦＥＴ８ａ〜８ｄのそれぞれのゲート端子は、配線１０１によって制御回路１７に接続されている。
トランス９のトランス用二次巻線９ｂは、トランス用コア９ｃによってトランス用一次巻線９ａと磁気的に接続されている。従って、トランス用二次巻線９ｂには、トランス用一次巻線９ａに印加される電圧の変化に応じた交流が発生する。このトランス９のトランス用二次巻線９ｂの一方の端子は、第一のダイオード１０ａ及び１０ｂのアノード端子に接続されている。又、トランス９のトランス用二次巻線９ｂの他方の端子は、第二のダイオード１０ｃ及び１０ｄのアノード端子に接続されている。そして、第一のダイオード１０ａ及び１０ｂのカソード端子と第二のダイオード１０ｃ及び１０ｄのカソード端子とは相互に接続され、更にインダクタンス１３の一方の端子（入力側）に接続されている。このインダクタンス１３の他方の端子（出力側）は出力平滑コンデンサ７の一方の端子に接続されており、この出力平滑コンデンサ７の他方の端子は、第二のダイオード１０ｃ及び１０ｄのアノード端子と接続されている。出力平滑コンデンサ７の両端からは、電圧ＶOUTの直流が出力される。
図５は、本実施の形態における他のスイッチング電源装置２００の構造を模式的に示す斜視図である。
図５に示すように、本実施の形態における他のスイッチング電源装置２００は、接続端子４ａ〜４ｄを有する多層プリント基板２と、インダクタンス１３と、出力平滑コンデンサ７と、図５においては図示されない制御回路１７とを、接続端子５ａ〜５ｄを有するメインプリント基板１上の所定の位置に有して構成されている。そして、そのように構成されている点では、本実施の形態で示したスイッチング電源装置１００と同一の構成を有している。しかしながら、図６で示したように、本実施の形態における他のスイッチング電源装置２００では、ＭＯＳＦＥＴ８ａ〜８ｄと、第一のダイオード１０ａ及び１０ｂと、第二のダイオード１０ｃ及び１０ｄとが、それぞれ並列に接続されるように構成されている。そのため、図５に示すスイッチング電源装置２００は、多層プリント基板２上に四つのＭＯＳＦＥＴ８ａ〜８ｄと四つのダイオード１０ａ〜１０ｄとが実装されている点で、本実施の形態で示したスイッチング電源装置１００と異なっている。尚、その他については本実施の形態におけるスイッチング電源装置１００の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
次に、このように構成されたスイッチング電源装置１００及びスイッチング電源装置２００の動作について説明する。尚、本実施の形態で示すスイッチング電源装置１００と、他のスイッチング電源装置２００とでは、スイッチング素子と整流素子とがそれぞれ並列接続されているか否かの点で異なっているのみであり、スイッチング電源装置１００及びスイッチング電源装置２００の基本的な動作は同一である。従って、以下、本実施の形態におけるスイッチング電源装置１００の動作について説明する。
メインプリント基板１に設けられた接続端子５ａ及び５ｂに直流が印加されると、その直流はメインプリント基板１に形成された特に図示されない配線と接続端子４ａ及び４ｂとを通って、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂの両端に印加される。そして、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂが制御回路１７から出力されるターンオン信号によりスイッチング動作を行うことによって、トランス９のトランス用一次巻線９ａにはパルス状電圧が印加される。その際、トランス９のトランス用二次巻線９ｂには、トランス用一次巻線９ａに印加されたパルス状電圧の変化に応じた交流が誘起する。トランス９のトランス用二次巻線９ｂの両端に発生した交流は、第一及び第二のダイオード１０ａ〜１０ｂによって整流されることによって直流に変換される。そして、この直流は、多層プリント基板２に設けられた接続端子４ｃ及び４ｄと、メインプリント基板１に形成された特に図示されない配線とを通って、インダクタンス１３と出力平滑コンデンサ７とによって構成される平滑回路に印加される。その理由は、第一及び第二のダイオード１０ａ〜１０ｂによって整流されることで得られる直流にはリプル（交流成分）が含まれており、このリプルを抑制するためである。このようにして平滑回路によりリプルが抑制された直流は、メインプリント基板１に設けられた接続端子５ｃ及び５ｄからスイッチング電源装置１００の外部へ出力される。尚、前記出力平滑コンデンサ７の両端の出力電圧は制御回路１７によって常時監視されており、この制御回路１７は、出力電圧を安定化すべくターンオン信号を変化させてＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂのスイッチング動作のオンオフ比を制御する。制御回路１７がこのように動作することによって、スイッチング電源装置１００から出力される直流の出力電圧は安定化される。
ここで、本実施の形態では、多層プリント基板２は、前記インバータ回路と前記整流回路とを備えかつメインプリント基板１の第一主面１ａに配設されている。又、制御回路１７はメインプリント基板１の第二主面１ｂに配設されている。そのため、制御回路１７で必要とされる微細配線と、パワー部で必要とされる非微細配線との使い分けが可能になることで回路素子等の実装密度が飛躍的に向上し、スイッチング電源装置１００の小型化が可能になるという効果が得られる。具体的には、体積比で約３０％の小型化が可能になる。又、大電流の高周波スイッチング電流が流れる配線を短配線化することが可能になり、例えばトランス９のトランス用二次巻線９ｂとダイオード１０ａ及び１０ｂとの間の配線に発生する寄生インダクタンスを、ほぼ皆無とすることが可能になる。又、スイッチング電源装置１００のスイッチング周波数が従来以上に上昇した場合でも、表皮効果等の影響を抑制することが可能になる。又、トランス用一次巻線９ａ及びトランス用二次巻線９ｂのターンオフ時のサージ電圧を抑制することが可能になる。又、大電流の高周波スイッチング電流が流れる電流経路と、制御回路を流れる小電流の電流経路とが物理的に隔離されるため、制御回路１７はノイズの影響を受け難くなるという効果が得られる。より具体的には、例えば、スイッチング電源装置１００の出力電圧を低電圧化する場合には、上記のノイズ低減効果により、より一層安定した出力電圧の直流を得ることが可能になる。又、スイッチング電源装置１００の出力電流を大電流化する場合には、各素子間の配線パターンの短配線化により、電力損失を低減することが可能になる。又、スイッチング電源装置１００の出力電圧を他の電圧に変更する場合にはパワーモジュール１８のみを交換するだけでよく、従ってスイッチング電源装置１００の製造性が容易になり、低コスト化が図れるという有利な効果が得られる。又、パワーモジュール１８とメインプリント基板１との間の電流伝達がほぼ直流となるため、パワーモジュール１８とメインプリント基板１との間の接続により発生する寄生インダクタンスに係る問題を回避することができるという効果が得られる。
尚、本実施の形態におけるスイッチング電源装置１００及び２００ではスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ８ａ〜８ｄを用いる形態を示しているが、ＭＯＳＦＥＴ８ａ〜８ｄの代わりにバイポーラトランジスタ又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴ）等を用いても良い。又、多層プリント基板２及びメインプリント基板１は熱硬化性樹脂とガラスクロスとを用いる構成を示したが、熱硬化性樹脂と無機質フィラーとを用いる構成としても良い。
又、本実施の形態においては主回路としてフォワード型コンバータ回路を用いる形態を示したが、図７に示すようなハーフブリッジ型コンバータ回路を用いる構成としても良い。このような構成とすることによって、トランス９のトランス用一次巻線９ａとトランス用二次巻線９ｂとの間の漏れインダクタンスが小さくなるため、トランス用一次巻線９ａに大電流が流れた場合にもサージ電圧がほとんど発生しないという利点が得られる。又、この場合には、トランス用一次巻線９ａの巻き数を少なくすることができるという利点も得られる。尚、フォワード型コンバータ回路及びハーフブリッジ型コンバータ回路に限らず、その他のコンバータ回路を用いる構成としても良い。
又、本実施の形態においては一枚のメインプリント基板１上に一組のパワーモジュール１８及び平滑回路を配設する構成としているが、図８に示すように一枚のメインプリント基板１上に二組のパワーモジュール１８及び平滑回路を有するスイッチング電源装置３００のような構成としても良い。又、特に図示しないが、二組のパワーモジュール１８を一体化させ、一組のパワーモジュールとしてメインプリント基板１上に配設する構成としても良い。つまり、本発明の効果は、メインプリント基板１上に搭載するパワーモジュール１８の数や形成する回路の数に関係無く、様々な実施形態において同様に得られる。
一方、本実施の形態において、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂのスイッチングスピードを高速化することにより、スイッチング時に発生する電力損失（スイッチング損失）を低減化することが可能である。この場合、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂのスイッチングスピードを高速化するためには、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂと、それらＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂをスイッチング動作させるための駆動部とを電気的に接続する配線に存在する寄生インダクタンスを低減させる必要がある。即ち、寄生インダクタンスを低減することにより配線における電流抑制作用を低減することが可能になるので、高速のスイッチングが可能になり、スイッチング損失を低減することが可能になる。
以下、スイッチング損失を低減化するために好適な構成を備えるスイッチング電源装置の実施形態について説明する。
図９は、本実施の形態に係る駆動部をスイッチング回路の近傍に配置したスイッチング電源装置の構成を模式的に示した構成図であり、図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は側面図、図９（ｃ）は下面図である。
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置４００は、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂとＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂとトランス９とダイオード１０ａ及び１０ｂとを有する多層プリント基板２と、インダクタンス１３と、出力平滑コンデンサ７と、図９（ｂ）では図示されない制御回路とを、接続端子５ａ〜５ｄを有するメインプリント基板１上の所定の位置に有して構成されている。即ち、本実施の形態に係るスイッチング電源装置４００は、図４で示した回路構成と同様の回路構成を有しており、かつ図２で示したＭＯＳＦＥＴ８ｂ及びダイオード１０ｂが多層プリント基板２の第一主面２ａ上に配設された構成を有している。そして、図９（ｂ）及び図９（ｃ）で示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置４００では、メインプリント基板１の第二主面１ｂ上の、多層プリント基板２の厚み方向におけるＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂと対向する位置に、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂをスイッチング動作させるための駆動部２１ａ及び２１ｂが配設されている。つまり、駆動部２１ａ及び２１ｂが、メインプリント基板１の第二主面１ｂ上において、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂに対して実質的に最短距離となる位置に配設されている。又、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す実施形態において、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂと駆動部２１ａ及び２１ｂとが、ここでは図示しないメインプリント基板１内のスルーホールと、導線等の配線２５ａと、ここでは図示しない多層プリント基板２内のスルーホールとを介して、相互に電気的に接続されている。即ち、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂと駆動部２１ａ及び２１ｂとが実質的に最短距離の配線によって相互に接続されている。このような点において、本実施の形態で示したスイッチング電源装置１００の構成と、スイッチング電源装置４００の構成とが異なっている。尚、その他については本実施の形態におけるスイッチング電源装置１００の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
本実施の形態において、駆動部２１ａ及び２１ｂは、図２で示した制御回路１７内に構成されている。
図１０は、図９で示したスイッチング電源装置における制御回路の内部構成を模式的に示したブロック図である。
図１０に示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置４００が備える制御回路１７は、基準電圧Ｖstd.と出力電圧ＶOUTとの電圧差を増幅するエラーアンプ２２と、このエラーアンプ２２から出力される出力信号に応じてＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号発生部２３と、このＰＷＭ信号発生部２３から出力される出力信号に応じてＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂをスイッチング動作させるためのゲート信号を出力する駆動部２４（図９では、駆動部２１ａ及び２１ｂに相当）を備えている。ここで、駆動部２４は、ＮＰＮ型トランジスタ及びＰＮＰ型トランジスタがプッシュプル接続された構成を有している。そして、図４に示した出力平滑コンデンサ７の両端子に接続する配線１０４が、エラーアンプ２２の入力端子に接続されている。この場合、エラーアンプ２２の一方の端子には、基準電圧Ｖstd.が更に印加されている。又、エラーアンプ２２とＰＷＭ信号発生部２３とが、ＰＷＭ信号発生部２３と駆動部２４（駆動部２４における各トランジスタのベース端子）とが、それぞれ接続されている。又、駆動部２４（駆動部２４における各トランジスタのエミッタ端子）とＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂのゲート端子とが、配線１０１によって接続されている。
図１０に示すように構成された制御回路１７では、配線１０４を介して印加されるスイッチング電源装置４００の出力電圧がエラーアンプ２２に印加されると、その印加された電圧と基準電圧Ｖstd.との電圧差が増幅されて、エラー信号として出力される。すると、ＰＷＭ信号発生部２３からは、入力されるエラー信号に応じてデューティ比が制御されたＰＷＭ信号が出力される。駆動部２４は、このＰＷＭ信号発生部２３が出力するＰＷＭ信号を所定の増幅率で増幅する。この増幅されたＰＷＭ信号は、配線１０１を介して、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂのゲート端子に印加される。これにより、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂは、スイッチング電源装置４００の出力電圧を安定化させるべく、スイッチング動作を行う。
このような構成を有するスイッチング電源装置４００では、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂと駆動部２１ａ及び２１ｂとが最短距離となるように配置され、かつ最短距離の配線で接続されているので、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂと駆動部２１ａ及び２１ｂとを電気的に接続する配線に存在する寄生インダクタンスを低減化することが可能になる。そして、これにより配線における電流抑制作用を低減化することが可能になるので、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂの高速スイッチング動作が可能になり、図１９に示した従来の２次元状に電子部品等が配置されるスイッチング電源装置１０００の場合と比して、スイッチング素子におけるスイッチング損失を低減化することが可能になる。
（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２におけるスイッチング電源装置５００の構造を模式的に示す斜視図である。又、図１２は、図１１に示したスイッチング電源装置５００の構造を模式的に示す側面図である。
本実施の形態で示すスイッチング電源装置５００の回路図は、実施の形態１で示したスイッチング電源装置１００の回路図と同一である。従って、ここでは、本実施の形態におけるスイッチング電源装置５００の回路図及び動作に係る説明は省略する。しかしながら、本実施の形態におけるスイッチング電源装置５００の構成は、実施の形態１におけるスイッチング電源装置１００と比して、インダクタンス１３の形態及び配設位置と、出力平滑コンデンサ７の配設位置が、それぞれ異なっている。従って、本実施の形態で示すスイッチング電源装置５００の構造について、実施の形態１で示したスイッチング電源装置１００と比較しながら以下に説明する。
図１１及び図１２に示すように、本実施の形態におけるスイッチング電源装置５００は、接続端子４ａ〜４ｄを有する多層プリント基板２と、制御回路１７とを、接続端子５ａ〜５ｄを有するメインプリント基板１上の所定の位置に有して構成されている。そして、多層プリント基板２にはインダクタンス１３が形成されている。又、出力平滑コンデンサ７は、多層プリント基板２上の所定の位置に配設されている。
多層プリント基板２は、一次側インバータ領域ａと、トランス巻線領域ｂと、二次側整流領域ｃと、二次側平滑領域ｄとの四つの領域に区分される。そして、インダクタンス１３を構成するためのインダクタンス用巻線１３ａが、多層プリント基板２の二次側平滑領域ｄの内部に形成されている。このインダクタンス用巻線１３ａは、例えば、多層プリント基板２の各層に形成された渦巻き状の配線が電気絶縁部材１４を介して相互に積層され、更に、特に図示されないスルーホールによって立体的かつ電気的に接続されることによって構成されている。そして、実施の形態１で示したトランス９の場合と同様にしてフェライト等の材料で構成されるインダクタンス用コア１３ｂが多層プリント基板２に配設されることによって、インダクタンス１３が形成されている。
一方、多層プリント基板２の第一主面２ａ及び第二主面２ｂの一次側インバータ領域ａには、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂ、及び入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂが実装されている。これらのＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂ、及び入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂは、一次側インバータ領域ａにおいて、トランス用一次巻線９ａから引き出された特に図示されない接続端子の近傍に配設されている。又、多層プリント基板２の第一主面２ａ及び第二主面２ｂの二次側整流領域ｃには、第一のダイオード１０ａと第二のダイオード１０ｂとが実装されている。これらのダイオード１０ａ〜１０ｂは、二次側整流領域ｃにおいて、トランス用二次巻線９ｂから引き出された特に図示されない接続端子の近傍に配設されている。又、多層プリント基板２の第一主面２ａの二次側平滑領域ｄには、インダクタンス１３と出力平滑コンデンサ７とが配設されている。そして、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂと、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂと、トランス９のトランス用一次巻線９ａとが多層プリント基板２に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、インバータ回路が形成されている。又、第一のダイオード１０ａと、第二のダイオード１０ｂと、トランス９のトランス用二次巻線９ｂとが多層プリント基板２に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、整流回路が構成されている。更に、インダクタンス１３と出力平滑コンデンサ７とが多層プリント基板２に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、平滑回路が構成されている。尚、接続端子４ａ及び４ｂは、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂの両端に直流を印加するための、メインプリント基板１と多層プリント基板２との接続端子である。又、接続端子４ｃ及び４ｄは、メインプリント基板の接続端子５ｃ及び５ｄに出力平滑コンデンサ７の出力を印加するための、メインプリント基板１と多層プリント基板２との接続端子である。尚、多層プリント基板２にトランス９及びインダクタンス１３が形成され、更に上記の如く能動素子及び受動素子及び接続端子４ａ〜４ｄが配設されることによって、パワーモジュール１８が構成されている。
図１２に示すように、メインプリント基板１の第一主面１ａには、パワーモジュール１８が配設されている。又、メインプリント基板１の第二主面１ｂには、複数の能動素子及び受動素子によって構成される制御回路１７が形成されている。尚、接続端子５ａ及び５ｂは、接続端子４ａ及び４ｂに直流を印加するために外部機器と接続する接続端子である。又、接続端子５ｃ及び５ｄは、ＣＰＵ等の外部素子等に直流を印加するための接続端子である。
このように構成されたスイッチング電源装置５００でも、実施の形態１で示したスイッチング電源装置１００と同様に動作すると共に、同様の効果を得ることが可能である。尚、その他については、実施の形態１と同様である。
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３に係るスイッチング電源装置の回路図である。図１３に示すように、本実施の形態で示すスイッチング電源装置は、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂと、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ８ａ及びＭＯＳＦＥＴ８ｂと、トランス用一次巻線９ａとトランス用二次巻線９ｂ（巻線比Ｎ：１）とトランス用コア９ｃとを有してなるトランス９と、第一の整流素子として機能するＭＯＳＦＥＴ８ｃと、第二の整流素子として機能するＭＯＳＦＥＴ８ｄと、インダクタンス１３と、出力平滑コンデンサ７と、制御回路１７とを有して構成されている。そして、それぞれの能動素子及び受動素子等が所定の回路を形成するように電気的に接続されることにより、スイッチング電源装置が構成されている。
本実施の形態に示すスイッチング電源装置の回路図について、図１３を用いて詳細に説明する。外部から印加される電圧ＶINの直流は、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂの両端子にそれぞれ印加される。そして、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂのそれぞれの一方の端子はトランス９のトランス用一次巻線９ａの一方の端子に接続されており、更に、入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂのそれぞれの他方の端子はＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂのソース端子に接続されている。又、トランス９の一次巻線９ａの他方の端子は、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及びＭＯＳＦＥＴ８ｂのドレイン端子に接続されている。尚、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及びＭＯＳＦＥＴ８ｂのゲート端子は、配線１０１によって制御回路１７に接続されている。
トランス９のトランス用二次巻線９ｂは、トランス用コア９ｃによってトランス用一次巻線９ａと磁気的に接続されている。従って、トランス用二次巻線９ｂには、トランス用一次巻線９ａに印加される電圧の変化に応じた交流が発生する。このトランス９のトランス用二次巻線９ｂの一方の端子は、ＭＯＳＦＥＴ８ｃのソース端子に接続されている。又、トランス９のトランス用二次巻線９ｂの他方の端子は、ＭＯＳＦＥＴ８ｄのソース端子に接続されている。そして、ＭＯＳＦＥＴ８ｃのドレイン端子とＭＯＳＦＥＴ８ｄのドレイン端子とは相互に接続され、更にインダクタンス１３の一方の端子（入力側）に接続されている。このインダクタンス１３の他方の端子（出力側）は出力平滑コンデンサ７の一方の端子に接続されており、この出力平滑コンデンサ７の他方の端子は、ＭＯＳＦＥＴ８ｄのソース端子と接続されている。出力平滑コンデンサ７の両端からは、電圧ＶOUTの直流が出力される。尚、ＭＯＳＦＥＴ８ｃ及びＭＯＳＦＥＴ８ｄのゲート端子は、配線１０２及び配線１０３によって制御回路１７に接続されている。
本実施の形態におけるスイッチング電源装置の構成は、実施の形態１で示したスイッチング電源装置１００におけるダイオード１０ａ及び１０ｂをＭＯＳＦＥＴ８ｃ及びＭＯＳＦＥＴ８ｄに置き換えた点で異なっている。しかしながら、実施の形態１で示したスイッチング電源装置１００と、本実施の形態で示すスイッチング電源装置とは、外観上において実質的に同一である。従って、本実施の形態におけるスイッチング電源装置の構造に係る説明は省略する。尚、実施の形態１で示したスイッチング電源装置１００と、本実施の形態で示すスイッチング電源装置とは、その動作において大きく異なっている。従って、本実施の形態で示すスイッチング電源装置の動作について、以下に、実施の形態１で示したスイッチング電源装置１００と比較しながら説明する。
入力平滑コンデンサ６ａ及び６ｂの両端に印加された直流は、制御回路１７から出力されるターンオン信号によりＭＯＳＦＥＴ８ａ及びＭＯＳＦＥＴ８ｂがスイッチング動作を行うことによって断続される。その結果、トランス９のトランス用一次巻線９ａにはパルス状電圧が印加される。その際、トランス９のトランス用二次巻線９ｂには、トランス用一次巻線９ａに印加されたパルス状電圧の変化に応じた交流が誘起する。トランス９のトランス用二次巻線９ｂの両端に発生した交流は、整流素子として機能するＭＯＳＦＥＴ８ｃ及びＭＯＳＦＥＴ８ｄによって、リプルを含む直流に整流される。そして、インダクタンス１３及び出力平滑コンデンサ７で構成される平滑回路によりリプルが除去された直流は、スイッチング電源装置から電圧ＶOUTで出力される。尚、出力平滑コンデンサ７の両端の出力電圧は制御回路１７によって常時監視されており、この制御回路１７は、出力電圧を安定化すべくターンオン信号を変化させてＭＯＳＦＥＴ８ａ及びＭＯＳＦＥＴ８ｂのスイッチング動作のオンオフ比を制御する。尚、このターンオン信号は、前記ＭＯＳＦＥＴ８ｃ及びＭＯＳＦＥＴ８ｄのゲート端子にも同一位相で印加される。従って、ＭＯＳＦＥＴ８ｃ及びＭＯＳＦＥＴ８ｄは、このターンオン信号に応じて整流動作を行うようになる（通称、同期整流）。制御回路１７がこのように動作することによって、スイッチング電源装置から出力される直流の電圧は安定化される。
尚、本実施の形態では整流素子としてＭＯＳＦＥＴ８ｃ及びＭＯＳＦＥＴ８ｄを用いる形態を示しているが、ＭＯＳＦＥＴ８ｃ及びＭＯＳＦＥＴ８ｄの代わりにバイポーラトランジスタ又はＩＧＢＴ等を用いても良い。又、本実施の形態で示したスイッチング電源装置においては主回路としてフォワード型コンバータ回路を用いる形態を示したが、図１４に示すようなハーフブリッジ型コンバータ回路を用いる構成としても良い。このような構成とすることによって、トランス９のトランス用一次巻線９ａとトランス用二次巻線９ｂとの間の漏れインダクタンスが小さくなるため、トランス用一次巻線９ａに大電流が流れた場合にもサージ電圧がほとんど発生しないという利点が得られる。又、この場合、トランス用一次巻線９ａの巻き数を少なくすることができるという利点も得られる。その他については、実施の形態１の場合と同様である。
一方、同期整流が行われるスイッチング電源装置において、図９で示したスイッチング電源装置４００の場合と同様にして、パルス電圧を発生させるためのＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂにおけるスイッチング損失を抑えると共に、整流のために用いられるＭＯＳＦＥＴ８ｃ及び８ｄにおけるスイッチング損失を低減化することも可能である。
図１５は、本発明の実施の形態３に係る各駆動部をスイッチング回路及び整流回路の近傍に配置したスイッチング電源装置の構成を模式的に示した構成図であり、図１５（ａ）は上面図、図１５（ｂ）は側面図、図１５（ｃ）は下面図である。
図１５に示すスイッチング電源装置６００と、図９に示すスイッチング電源装置４００とでは、ダイオード１０ａ及び１０ｂで行っていた整流をＭＯＳＦＥＴ８ｃ及び８ｄを用いる同期整流とする点で、その構成が異なっている。つまり、図１５（ａ）に示すように、図９（ａ）で示したスイッチング電源装置４００におけるダイオード１０ａ及び１０ｂが、スイッチング電源装置６００ではＭＯＳＦＥＴ８ｃ及び８ｄに置き換えられている。そして、図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）に示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置６００では、メインプリント基板１の第二主面１ｂ上の、多層プリント基板２の厚み方向におけるＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂと対向する位置に、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂをスイッチング動作させるための駆動部２１ａ及び２１ｂが配設されている。つまり、駆動部２１ａ及び２１ｂが、メインプリント基板１の第二主面１ｂ上において、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂに対して実質的に最短距離となる位置に配設されている。又、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂと駆動部２１ａ及び２１ｂとが、ここでは図示しないメインプリント基板１内のスルーホールと、導線等の配線２５ａと、ここでは図示しない多層プリント基板２内のスルーホールとを介して、相互に電気的に接続されている。即ち、ＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂと駆動部２１ａ及び２１ｂとが実質的に最短距離の配線によって相互に接続されている。
又、図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）に示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置６００では、メインプリント基板１の第二主面１ｂ上の、多層プリント基板２の厚み方向におけるＭＯＳＦＥＴ８ｃ及び８ｄと対向する位置に、ＭＯＳＦＥＴ８ｃ及び８ｄをスイッチング動作させるための駆動部２１ｃ及び２１ｄが配設されている。即ち、駆動部２１ｃ及び２１ｄが、メインプリント基板１の第二主面１ｂ上において、ＭＯＳＦＥＴ８ｃ及び８ｄに対して実質的に最短距離となる位置に配設されている。又、ＭＯＳＦＥＴ８ｃ及び８ｄと駆動部２１ｃ及び２１ｄとが、ここでは図示しないメインプリント基板１内のスルーホールと、導線等の配線２５ｂと、ここでは図示しない多層プリント基板２内のスルーホールとを介して、相互に電気的に接続されている。即ち、ＭＯＳＦＥＴ８ｃ及び８ｄと駆動部２１ｃ及び２１ｄとが実質的に最短距離の配線によって相互に接続されている。この点において、本実施の形態で示したスイッチング電源装置６００の構成と、実施の形態１で示したスイッチング電源装置４００の構成とが異なっている。尚、その他については本実施の形態におけるスイッチング電源装置１００の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
尚、本実施の形態では、駆動部２１ａ〜２１ｄは何れも制御回路１７内に設けられている。又、駆動部２１ａ及び２１ｂの構成と駆動部２１ｃ及び２１ｄの構成とは、基本的に同様である。又、駆動部２１ｃ及び２１ｄとＭＯＳＦＥＴ８ｃ及び８ｄとは、図１０、図１３、及び図１４に示すように、配線１０２及び１０３によって接続される。
このような構成を有するスイッチング電源装置６００では、ＭＯＳＦＥＴ８ａ〜８ｄと駆動部２１ａ〜２１ｄとが最短距離となるように配置され、かつ最短距離の配線で接続されているので、ＭＯＳＦＥＴ８ａ〜８ｄと駆動部２１ａ〜２１ｄとを電気的に接続する配線に存在する寄生インダクタンスを低減化することが可能になる。そして、これにより配線における電流抑制作用を低減化することが可能になるので、ＭＯＳＦＥＴ８ａ〜８ｄの高速スイッチング動作が可能になり、スイッチング素子におけるスイッチング損失を低減化することが可能になる。
（実施の形態４）
図１６は、本発明の実施の形態４におけるスイッチング電源装置７００の構造を模式的に示す側面図である。尚、本実施の形態で示すスイッチング電源装置７００の回路図は、実施の形態１において図４に示したスイッチング電源装置１００の回路図と同一である。従って、本実施の形態で示すスイッチング電源装置７００の回路図及び動作に係る説明は省略する。又、多層プリント基板２及び図１６に示す制御回路１７が形成される制御回路用基板２６は、実施の形態１で示したスイッチング電源装置１００における多層プリント基板２及びメインプリント基板１と実質的に同様の構成を有している。従って、ここでは、多層プリント基板２及び制御回路用基板２６に関する説明は省略する。
図１６に示すように、本実施の形態におけるスイッチング電源装置７００は、放熱板１９とリードフレーム基板用配線２０とが電気絶縁性部材１５を介して積層されてなるリードフレーム基板３（主配線基板）と、リードフレーム基板３の四隅から略鉛直方向に延出する接続端子５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ（接続端子５ａ及び５ｄは、接続端子５ｂ及び５ｃの背後に存在する）と、接続端子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ（接続端子４ａ及び４ｄは、接続端子４ｂ及び４ｃの背後に存在する）を有する多層プリント基板２と、インダクタンス１３と、出力平滑コンデンサ７と、制御回路１７が形成された制御回路用基板２６とを有して構成されている。
リードフレーム基板３は、所定の形状に成形されたリードフレーム基板用配線２０と放熱板１９とが電気絶縁性部材１５を介して積層されることによって構成されている。電気絶縁性部材１５は、少なくとも、熱硬化性樹脂からなる電気絶縁性樹脂と無機質フィラーとの混合物で構成されている。
ここで、電気絶縁性樹脂を構成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、弗素樹脂、ポリエステル、ポリフェニレンエーテル又はポリイミドの内の少なくとも何れか一種類であることが好ましい。その理由は、これらの熱硬化性樹脂は高温時における耐熱性及び電気絶縁性に優れており、従って物理的及び電気的特性が優れた電気絶縁性部材１５を構成することが可能になるからである。特に、エポキシ系樹脂は、従来からＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路における封止樹脂やプリント基板等で好適に用いられており、電気的特性に限定されず、耐薬品性、機械的性能（機械的強度）等に優れた電気絶縁性部材１５を構成し得る。
又、無機質フィラーとしては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ボロン、窒化アルミニウム、二酸化珪素、炭化珪素又はフェライトの内の少なくとも何れか一種類であることが好ましい。その理由は、このような無機質フィラーを前記熱硬化性樹脂と混合することによって、電気絶縁性部材１５の熱伝導率を飛躍的に高めることが可能になるからである。特に、無機質フィラーとして酸化マグネシウムを用いる場合には、電気絶縁性部材１５の熱伝導性が非常に良好となると共に、電気委絶縁性部材１５の熱膨張係数を大きくすることが可能になる。反対に、無機質フィラーとして二酸化珪素（特に、非晶質体）を用いることによって、電気絶縁性部材１５の熱膨張係数及び比誘電率を小さくすることが可能になる。尚、無機質フィラーの添加量は、電気絶縁性部材１５の重量に対して７０〜９５重量％程度であることが好ましい。尚、より一層良好な熱伝導性が要求される場合には、無機質フィラーの添加量を８８重量％以上とすることが望ましい。
リードフレーム基板３の第一主面３ａに配設されるリードフレーム基板用配線２０は、多層プリント基板２、インダクタンス１３、出力平滑コンデンサ７及び制御回路１７のそれぞれが所定の回路を形成するように、所定の形状に形成されている。尚、リードフレーム基板用配線２０の材料としては配線材料として一般的に用いられている銅、アルミニウム等が望ましいが、特にこれらに限定されるものではない。又、リードフレーム基板３の第二主面３ｂに配設される放熱板１９は、略平面状に形成された板状の金属板である。尚、この放熱板１９の材料としては、銅、アルミニウム等の熱伝導率の比較的大きい材料が望ましいが、特にこれらに限定されるものではない。
リードフレーム基板３の第一主面３ａのリードフレーム基板用配線２０上には、多層プリント基板２とインダクタンス１３と出力平滑コンデンサ７とが、それぞれ所定の位置に配設されている。多層プリント基板２は、入力平滑コンデンサ６ａ、ＭＯＳＦＥＴ８ａ、及びダイオード１０ａがリードフレーム基板３の第一主面３ａに形成されたリードフレーム基板用配線２０に当接するようにして、リードフレーム基板用配線２０上に配設されている。そして、リードフレーム基板用配線２０の四隅の所定の位置からは、それぞれ略等しい長さとされた四本の接続端子５ａ〜５ｄが、リードフレーム基板３に対して略鉛直方向に延出している。これらの接続端子５ａ〜５ｄは、リードフレーム基板３のリードフレーム基板用配線２０と電気的に接続するように、リードフレーム基板用配線２０上の所定の位置に固定されている。
一方、この接続端子５ａ〜５ｄの先端部は、制御回路用基板２６の四隅の所定の位置に形成された対応するスルーホール等の孔に挿入されている。そして、接続端子５ａ〜５ｄの先端部と対応するスルーホール等とは、半田付け等の所定の固定手段によって電気的に接続されている。このように構成されることによって、接続端子５ａ〜５ｄは、制御回路用基板２６を下方より支持している。
このように構成されたスイッチング電源装置７００でも、実施の形態１で示したスイッチング電源装置１００と同様に動作すると共に、同様の効果を得ることが可能である。又、本実施の形態で示したスイッチング電源装置７００では、多層プリント基板２に配設されたＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂ、トランス９、ダイオード１０ａ及び１０ｂ、及び、インダクタンス１３等の、特に大電流の高周波スイッチング電流又は交流が流れる素子が熱伝導率の大きいリードフレーム基板３に当接して配設されているため、それら能動素子及び受動素子等が発熱した場合でも、その熱をスイッチング電源装置７００の外部へ放出することが可能である。つまり、スイッチング電源装置７００を例えば長時間に渡り動作させる場合でも、スイッチング電源装置７００が安定して動作するという効果が得られる。尚、その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。
又、リードフレーム基板３のリードフレーム基板用配線２０を利用してリードフレーム基板３と多層プリント基板２とを電気的に接続することにより、リードフレーム基板３と多層プリント基板２との電気的な接続抵抗を低減化することや、多層プリント基板２及び多層プリント基板２上に実装された電子部品等から発生する熱を効果的にリードフレーム基板３に放熱することが可能になる。
図１７は、本発明の実施の形態４における他のスイッチング電源装置の構造を模式的に示す側面図である。
図１７に示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置８００は、図１６で示したスイッチング電源装置７００と実質的に同様の構成を有している。しかしながら、図１６で示したスイッチング電源装置７００では多層プリント基板２とリードフレーム基板３とが接続端子４ａ〜４ｄによって接続されているのに対し、図１７で示したスイッチング電源装置８００では、多層プリント基板２とリードフレーム基板３とが、リードフレーム基板用配線２０の一部分が略鉛直方向に延出するように変形された接続端子２０ａ及び２０ｂによって接続されている。ここで、接続端子２０ａ及び２０ｂと、多層プリント基板２の特に図示しない配線とは、半田付け等の接続手段によって電気的に接続されている。この点において、スイッチング電源装置７００の構成とスイッチング電源装置８００の構成とが異なっている。
このように、リードフレーム基板３のリードフレーム基板用配線２０の一部分を略鉛直方向に向くよう変形させて接続端子２０ａ及び２０ｂを形成し、この接続端子２０ａ及び２０ｂを用いてリードフレーム基板３と多層プリント基板２とを接続することにより、従来から用いていた接続端子４ａ〜４ｄの全部又は一部を用いる必要が無くなる。そして、リードフレーム基板３と多層プリント基板２との電気的な接続抵抗を低減化することや、多層プリント基板２及び多層プリント基板２上に実装された電子部品等から発生する熱を効果的にリードフレーム基板３に放熱することが可能になる。
（実施の形態５）
図１８は、本発明の実施の形態５におけるスイッチング電源装置９００の構造を模式的に示す側面図である。本実施の形態で示すスイッチング電源装置９００は、前記実施の形態４で示したスイッチング電源装置７００と実質的に同様の構成である。しかしながら、本実施の形態におけるスイッチング電源装置９００では、実施の形態４におけるスイッチング電源装置７００と比して、インダクタンス１３の形態及び配設位置が異なっている。尚、このインダクタンス１３の形態及び配設位置については、実施の形態２で示したスイッチング電源装置５００の場合と同様である。従って、ここでは詳細な説明は省略する。
このように構成されたスイッチング電源装置９００でも、実施の形態１で示したスイッチング電源装置１００と同様に動作すると共に、同様の効果を得ることが可能である。又、本実施の形態で示したスイッチング電源装置９００でも、多層プリント基板２に配設されたＭＯＳＦＥＴ８ａ及び８ｂ、トランス９、ダイオード１０ａ及び１０ｂ、及び、インダクタンス１３等の、特に大電流の高周波スイッチング電流又は交流が流れる素子が熱伝導率の大きいリードフレーム基板３に当接して配設されているため、それら能動素子及び受動素子等が発熱した場合でも、その熱をスイッチング電源装置９００の外部へ放出することが可能である。つまり、スイッチング電源装置９００を例えば長時間に渡り動作させる場合でも、スイッチング電源装置９００が安定して動作するという効果が得られる。尚、その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。
又、本実施の形態においても、実施の形態４に係るスイッチング電源装置８００の場合と同様、リードフレーム基板３のリードフレーム基板用配線２０を利用してリードフレーム基板３と多層プリント基板２とを電気的に接続することにより、リードフレーム基板３と多層プリント基板２との電気的な接続抵抗を低減化することや、多層プリント基板２及び多層プリント基板２上に実装された電子部品等から発生する熱を効果的にリードフレーム基板３に放熱することが可能になる。
尚、以上の説明では、スイッチング電源装置についての各種例を挙げて説明したが、単なる電源装置やその他の一般的な電子装置であっても、本発明を応用することが可能である。
本発明に係るスイッチング電源装置は、電子機器の内部に設置され、低電圧大電流の直流を負荷の消費電力に関わらず一定の電圧で供給し得る高効率かつ小型のスイッチング電源装置として有用である。
本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置の構成を模式的に示した斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置の構成を模式的に示した側面図である。 図１及び図２で示したスイッチング電源装置のトランスの内部構成を模式的に示した断面図であり、図３（ａ）はトランスを構成するコアのＸ方向の垂直断面を模式的に示した断面図、図３（ｂ）はトランスを構成するコアのＹ方向の水平断面を模式的に示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係るフォワード型コンバータ回路を適用したスイッチング電源装置の回路図である。 本発明の実施の形態１に係る他のスイッチング電源装置の構造を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るフォワード型コンバータ回路を適用した他のスイッチング電源装置の回路図である。 本発明の実施の形態１に係るハーフブリッジ形コンバータ回路を適用したスイッチング電源装置の回路図である。 本発明の実施の形態１に係る二組のパワーモジュール及び平滑回路を備えるスイッチング電源装置の構造を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る駆動部をスイッチング回路の近傍に配置したスイッチング電源装置の構成を模式的に示した構成図であり、図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は側面図、図９（ｃ）は下面図である。 図９で示したスイッチング電源装置における制御回路の構成を模式的に示したブロック図である。 本発明の実施の形態２におけるスイッチング電源装置の構造を模式的に示す斜視図である。 図１１に示したスイッチング電源装置の構造を模式的に示す側面図である。 本発明の実施の形態３に係るフォワード型コンバータ回路を適用したスイッチング電源装置の回路図である。 本発明の実施の形態３に係るハーフブリッジ型コンバータ回路を適用したスイッチング電源装置の回路図である。 本発明の実施の形態３に係る各駆動部をスイッチング回路及び整流回路の近傍に配置したスイッチング電源装置の構成を模式的に示した構成図であり、図１５（ａ）は上面図、図１５（ｂ）は側面図、図１５（ｃ）は下面図である。 本発明の実施の形態４におけるスイッチング電源装置の構造を模式的に示す側面図である。 本発明の実施の形態４における他のスイッチング電源装置の構造を模式的に示す側面図である。 本発明の実施の形態５におけるスイッチング電源装置の構造を模式的に示す側面図である。 従来のスイッチング電源装置の構造を模式的に示した構成図であり、図１９（ａ）は側面図、図１９（ｂ）は上面図である。
符号の説明
１ メインプリント基板（主配線基板）
１ａ 第一主面
１ｂ 第二主面
２ 多層プリント基板（多層配線基板）
２ａ 第一主面
２ｂ 第二主面
３ リードフレーム基板
３ａ 第一主面
３ｂ 第二主面
４ａ〜４ｄ 接続端子
５ａ〜５ｄ 接続端子
６ａ，６ｂ 入力平滑コンデンサ
７ 出力平滑コンデンサ
８ａ〜８ｄ ＭＯＳＦＥＴ
９ トランス
９ａ トランス用一次巻線
９ｂ トランス用二次巻線
９ｃ トランス用コア
９ｄ 中足部
１０ａ〜１０ｄ ダイオード
１１〜１２ スルーホール
１３ インダクタンス
１３ａ インダクタンス用巻線
１３ｂ インダクタンス用コア
１４ 電気絶縁性部材
１５ 電気絶縁性部材
１６ 貫通孔
１７ 制御回路
１８ パワーモジュール
１９ 放熱板
２０ リードフレーム基板用配線
２０ａ，ｂ 接続端子
２１ａ〜ｄ 駆動部
２２ エラーアンプ
２３ ＰＷＭ信号発生部
２４ 駆動部
２５ａ，ｂ 配線
２６ 制御回路用基板
１０１〜１０４ 配線
１００〜１０００ スイッチング電源装置
ａ 一次側インバータ領域
ｂ トランス巻線領域
ｃ 二次側整流領域
ｄ 二次側平滑領域
Ｕ１ スイッチング制御回路
Ｑ１〜Ｑ２ スイッチング素子
Ｔ トランス
Ｄ１〜Ｄ２ ダイオード
Ｃ１ コンデンサ
Ｐ プリント基板

Claims (13)

  1. 直流を断続してパルス電圧を生成するスイッチング回路と、一次巻線と二次巻線とがコアで磁気的に結合されてなるトランスと、前記一次巻線と前記二次巻線とを構成する配線を備える多層配線基板と、交流を整流する整流回路と、リプルを抑制する平滑回路と、前記平滑回路の出力電圧を制御する制御回路とを有し、前記パルス電圧が前記一次巻線の第一接続部に印加されて前記二次巻線の第二接続部に誘起する交流を前記整流回路で整流しかつ前記平滑回路で平滑して得る直流を出力するスイッチング電源装置であって、
    前記多層配線基板が、少なくとも前記スイッチング回路と前記整流回路とを備えかつ主配線基板上に配設され、かつ前記主配線基板に前記制御回路が配設されている、スイッチング電源装置。
  2. 前記コアは中足部を備え、
    前記中足部の短軸方向において該中足部の両側に前記トランスの前記第一接続部と前記第二接続部とが配置されている、請求項１記載のスイッチング電源装置。
  3. 前記第一接続部側に前記スイッチング回路が、前記第二接続部側に前記整流回路が、それぞれ配設されており、前記第一接続部と前記スイッチング回路とが、及び、前記第二接続部と前記整流回路とが、それぞれ電気的に直結する部分を有し配設されている、請求項２記載のスイッチング電源装置。
  4. 前記多層配線基板が前記主配線基板の第一主面に配設され、前記制御回路が前記主配線基板の第二主面に配設されている、請求項１記載のスイッチング電源装置。
  5. 前記主配線基板の第二主面には、前記制御回路のみが配設されている、請求項４記載のスイッチング電源装置。
  6. 前記制御回路は前記スイッチング回路から前記パルス電圧を生成させるべく駆動する駆動部を備え、
    前記駆動部は、前記主配線基板上において前記スイッチング回路に対し実質的に最短距離となる位置に配設され、かつ前記スイッチング回路と実質的に最短距離の配線で接続されている、請求項１記載のスイッチング電源装置。
  7. 前記制御回路は前記整流回路を前記整流するように駆動する駆動部を備え、
    前記駆動部は、前記主配線基板上において前記整流回路に対し実質的に最短距離となる位置に配設され、かつ前記整流回路と実質的に最短距離の配線で接続されている、請求項１記載のスイッチング電源装置。
  8. 直流を断続してパルス電圧を生成するスイッチング回路と、一次巻線と二次巻線とがコアで磁気的に結合されてなるトランスと、前記一次巻線と前記二次巻線とを構成する配線を備える多層配線基板と、交流を整流する整流回路と、リプルを抑制する平滑回路と、前記平滑回路の出力電圧を制御する制御回路とを有し、前記パルス電圧が前記一次巻線の第一接続部に印加されて前記二次巻線の第二接続部に誘起する交流を前記整流回路で整流しかつ前記平滑回路で平滑して得る直流を出力するスイッチング電源装置であって、
    前記スイッチング電源装置が、略二次元状に形成された配線層と放熱板とが少なくとも電気絶縁性樹脂とフィラーとを含む混合物からなる電気絶縁性部材を介して積層されてなるリードフレーム基板を有し、
    前記リードフレーム基板の前記配線層上には、少なくとも前記スイッチング回路と前記整流回路とを備える前記多層配線基板が配設されている、スイッチング電源装置。
  9. 前記コアは中足部を備え、
    前記中足部の短軸方向において該中足部の両側に前記トランスの前記第一接続部と前記第二接続部とが配置されている、請求項８記載のスイッチング電源装置。
  10. 前記第一接続部側に前記スイッチング回路が、前記第二接続部側に前記整流回路が、それぞれ配設されており、前記第一接続部と前記スイッチング回路とが、及び、前記第二接続部と前記整流回路とが、それぞれ電気的に直結する部分を有し配設されている、請求項９記載のスイッチング電源装置。
  11. 前記多層配線基板の配線と前記リードフレーム基板の前記配線層とが、略鉛直方向に延出する前記配線層の一部分によって接続されている、請求項８記載のスイッチング電源装置。
  12. 前記電気絶縁性樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、弗素樹脂、ポリエステル、ポリフェニレンエーテル又はポリイミドの何れかである、請求項８記載のスイッチング電源装置。
  13. 前記フィラーが、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ボロン、窒化アルミニウム、二酸化珪素、炭化珪素又はフェライトの何れかである、請求項８記載のスイッチング電源装置。

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