JP2005110406A - Power conversion module device and power supply device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器などに使用されるスイッチング電源等の電源装置およびその電源装置に搭載されるパワー変換モジュールデバイスに関するものである。 The present invention relates to a power supply device such as a switching power supply used for an electronic device and the like, and a power conversion module device mounted on the power supply device.
近年、情報通信量が大きく増大する中であらゆる電子機器において消費電力は増大する方向になっており、低消費電力化が社会的問題となってきている。特にこれらの電子機器の電源部は主としてスイッチング電源で構成されているものが多く、この電源部の高効率化とともに小形化、低ノイズ化が技術的な課題となっており、また、この電源の開発スピードアップが電子機器を開発していく上で重要なポイントとなっている。 In recent years, power consumption has been increasing in all electronic devices with a large increase in the amount of information communication, and low power consumption has become a social problem. In particular, the power supply section of these electronic devices is mainly composed of a switching power supply, and there is a technical issue of miniaturization and low noise as well as high efficiency of this power supply section. Speeding up development is an important point in developing electronic devices.
従来、この種のスイッチング電源は図5、図6に示されるような構成になっていた。 Conventionally, this type of switching power supply has a configuration as shown in FIGS.
以下、従来例として図5、図6を用いて説明する。図5は従来のスイッチング電源の回路ブロック図であり、図6は従来のスイッチング電源の外観斜視図である。 Hereinafter, a conventional example will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a circuit block diagram of a conventional switching power supply, and FIG. 6 is an external perspective view of the conventional switching power supply.
図5、図6に示すように従来のスイッチング電源は入力回路部1、コンバータ部2、出力回路部3が1枚のメイン基板9の上に搭載されて構成しているものが一般的である。
As shown in FIGS. 5 and 6, the conventional switching power supply generally includes an input circuit unit 1, a
入力回路部1は入力フィルタ、入力整流回路、力率改善回路4、平滑回路などから構成されている。また、コンバータ部2は制御回路5、トランス6、1次パワー素子7、2次パワー素子8などから構成されている。ここで1次パワー素子7はFET、2次パワー素子8としてはダイオードが使われることが多いが、ダイオードの代りのスイッチとしてFETが用いられることもある。さらに出力回路部3は出力平滑部、出力変換回路部、出力フィルタなどから構成されている。
The input circuit unit 1 includes an input filter, an input rectifier circuit, a power factor correction circuit 4, a smoothing circuit, and the like. The
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3のように制御回路を含む回路ブロックをモジュール化して形成したものである。
The prior art document information related to this application is formed by modularizing a circuit block including a control circuit as in Patent Document 1,
また、本出願の別の先行技術文献情報として特許文献4のようにプリントコイル形トランスと1次スイッチ素子と2次整流回路に装着されたヒートシンクを伝熱するための配線パターンを実装基板に設けた構成のものもある。
しかしながら、最も一般的な従来例を示す図5、図6の構成においては1枚のメイン基板9上に各回路ブロックおよび全部品を搭載して構成しているため、それぞれの仕様が微妙に絡み合って干渉し合うため、最終仕様の決定が難しくなり、設計にも多くの経験を有する熟練者が必要となる、開発リードタイムが非常に長くなるなど、開発設計効率面で課題を残していた。また、電源の出力が増大した場合、コンバータ部2に搭載しているトランス6のサイズが極端に大きくなり、電源形状のサイズ制約をオーバーしてしまったり、温度上昇面でも所定値をオーバーするなど小形化、低発熱化という面でも課題を有していた。
However, in the configuration of FIGS. 5 and 6 showing the most general conventional example, each circuit block and all the components are mounted on one main board 9, and therefore each specification is slightly intertwined. As a result, it was difficult to determine the final specification, requiring skilled engineers with a lot of experience in design, and the development lead time was very long. In addition, when the output of the power supply increases, the size of the
また、特許文献1〜3においては特定部分をモジュール化して小形化を図っているものの制御回路など多くの部品を有する機能満載形の複雑なモジュールブロックとなっているため、仕様決定は図5、図6の従来例に比較してもさらに難しくなる。このため、開発時間、開発コストも大きく増大し、高価な電源ブロックとなるため、市場展開していく上では分野・用途が限定されるなど、多くの課題を有するものであった。 Further, in Patent Documents 1 to 3, although a specific part is modularized and miniaturized, it is a complex module block full of functions having many parts such as a control circuit. Compared to the conventional example of FIG. For this reason, the development time and development cost are greatly increased, and the power supply block becomes expensive, so that there are many problems such as limited fields and applications in developing the market.
さらに特許文献4においてはトランスの端子とヒートシンクは配線パターンで接続されるため、パターン設計が制約される。また、配線も長くなるため、配線インピーダンスも高くなり、ノイズ増大、損失が大きくなるなど課題を有していた。また、配線パターンを用いて熱を伝熱しているため、ヒートシンクまでの距離が長くなり、伝熱効果も一定以上よくならないという課題を有していた、
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、設計開発効率を大幅に向上できる小形、低発熱、低損失、低ノイズのパワー変換モジュールデバイスとそれを搭載したスイッチング電源装置を提供することを目的とするものである。
Further, in Patent Document 4, since the transformer terminal and the heat sink are connected by a wiring pattern, pattern design is restricted. In addition, since the wiring becomes longer, the wiring impedance also increases, and there are problems such as increased noise and increased loss. In addition, because the heat is transferred using the wiring pattern, the distance to the heat sink is increased, and the heat transfer effect does not improve beyond a certain level.
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a small, low heat generation, low loss, low noise power conversion module device capable of greatly improving design and development efficiency and a switching power supply device equipped with the same. It is the purpose.
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
本発明の請求項1に記載の発明は、特に、プリント配線板上にトランスと1次または2次の少なくともどちらか一方のパワー素子を面接触するように実装し、前記プリント配線板に設けられた外部接続端子を介して別基板上に設けられた制御回路と接続されることを特徴としたものである。 According to the first aspect of the present invention, in particular, the transformer and at least one of the primary and secondary power elements are mounted on the printed wiring board so as to be in surface contact with each other, and are provided on the printed wiring board. It is characterized in that it is connected to a control circuit provided on another substrate via an external connection terminal.
この構成により、トランスとパワー素子との配線距離を最短にできるため、配線インピーダンスが小さくなり、配線上の損失を非常に少なくできることに加えてノイズ源となるFETのドレイン〜ソース間電圧(Vds)のリンギング波形(Vp−p)、ダイオード両端電圧の波形なども大幅に改善されるので電源の低ノイズ化が達成できる。また、トランスと1次パワー素子、2次パワー素子をこのプリント配線板と面接触するように実装しているので電源の発熱の主要部品であるトランスと1次パワー素子、2次パワー素子の熱をプリント配線板に接触面を通して直接、伝熱してやることが可能となる。このことにより、トランス、1次パワー素子、2次パワー素子の発熱を大幅に低減できるとともにトランスのサイズも小形化できるものである。さらに従来と異なり、本発明のブロックには多くの部品を有する複雑な制御回路は実装しないこととしているのでこのブロックの設計が非常に簡単になり、電源設計の熟練者でなくとも短時間で設計できることになる。これらの結果、開発効率を大幅に向上できる小形、低発熱、低損失、低ノイズのパワー変換モジュールデバイスを提供できるという大きな効果が得られる。 With this configuration, since the wiring distance between the transformer and the power element can be minimized, the wiring impedance can be reduced and the loss on the wiring can be extremely reduced. In addition, the drain-source voltage (Vds) of the FET that becomes a noise source. The ringing waveform (Vp-p) of the diode, the waveform of the voltage across the diode, etc. are also greatly improved, so that the noise of the power supply can be reduced. In addition, since the transformer, the primary power element, and the secondary power element are mounted so as to be in surface contact with the printed wiring board, the heat of the transformer, the primary power element, and the secondary power element, which are main components of heat generation of the power source It is possible to transfer heat directly to the printed wiring board through the contact surface. Thus, the heat generation of the transformer, the primary power element, and the secondary power element can be greatly reduced, and the size of the transformer can be reduced. Furthermore, unlike the conventional case, the block of the present invention is not mounted with a complicated control circuit having many parts, so the design of this block becomes very simple, and even if it is not an expert in power supply design, it can be designed in a short time. It will be possible. As a result, it is possible to provide a large effect that a compact, low heat generation, low loss, low noise power conversion module device capable of greatly improving development efficiency can be provided.
本発明の請求項2に記載の発明は、特に、プリント配線板上にトランスと1次または2次の少なくともどちらか一方のパワー素子をプリント配線板の1つの主平面に実装した請求項1記載のパワー変換モジュールデバイスであり、これにより、重い部品でも容易にリフロー等で実装することができるという大きな効果が得られる。 According to the second aspect of the present invention, in particular, the transformer and at least one of the primary and secondary power elements are mounted on one main plane of the printed wiring board on the printed wiring board. This provides a great effect that even a heavy component can be easily mounted by reflow or the like.
本発明の請求項3に記載の発明は、特に、プリント配線板として、片側にパターンを形成した片面プリント配線板を用いた請求項1記載のパワー変換モジュールデバイスであり、安価なプリント配線板を用いることによって、低コストのパワー変換モジュールデバイスを提供できるという大きな効果が得られる。 The invention according to claim 3 of the present invention is the power conversion module device according to claim 1, wherein a single-sided printed wiring board having a pattern formed on one side is used as the printed wiring board. By using it, a great effect is obtained that a low-cost power conversion module device can be provided.
本発明の請求項4に記載の発明は、特に、プリント配線板として、両側にパターンを形成した両面プリント配線板を用いた請求項1記載のパワー変換モジュールデバイスであり、これにより、より小形にするだけでなく、設計の自由度が向上する。しかも、トランスと1次パワー素子、2次パワー素子の熱を伝達するためのパターンを形成することも可能となり、より低発熱のパワー変換モジュールデバイスを提供できるという大きな効果が得られる。 Invention of Claim 4 of this invention is a power conversion module device of Claim 1 which used the double-sided printed wiring board which formed the pattern in both sides especially as a printed wiring board, Thereby, by this, more compactly Not only does this improve design flexibility. In addition, it is possible to form a pattern for transferring heat of the transformer, the primary power element, and the secondary power element, and a great effect is obtained that a power conversion module device with lower heat generation can be provided.
本発明の請求項5に記載の発明は、特に、プリント配線板として、多層プリント配線板を用いた請求項1記載のパワー変換モジュールデバイスであり、これにより、トランスと1次パワー素子,2次パワー素子の熱をパターンを用いてより有効に放熱することが可能となり、より低発熱のパワー変換モジュールデバイスを提供できるという大きな効果が得られる。 The invention according to claim 5 of the present invention is the power conversion module device according to claim 1 in which a multilayer printed wiring board is used as the printed wiring board, whereby the transformer, primary power element, secondary The heat of the power element can be radiated more effectively by using the pattern, and a great effect is obtained that a power conversion module device with lower heat generation can be provided.
本発明の請求項6に記載の発明は、特に、トランスと1次または2次の少なくともどちらか一方のパワー素子が実装されたプリント配線板の反対側の面に、前記トランスと1次または2次の少なくともどちらか一方のパワー素子を実装した表面とは電気的に絶縁されたパターンが形成された請求項2記載のパワー変換モジュールデバイスであり、これにより、部品とは電気的に絶縁されたパターンにも部品の熱を伝熱することができ、高温になりやすい薄形トランスや1次および2次のパワー素子の温度上昇を抑制することができるという大きな効果が得られる。
According to the sixth aspect of the present invention, in particular, the transformer and the primary or second side are mounted on the opposite surface of the printed wiring board on which at least one of the primary and secondary power elements is mounted. The power conversion module device according to
本発明の請求項7に記載の発明は、特に、プリント配線板として、金属板に絶縁樹脂層、その上に金属箔を形成した金属ベース基板を用いた請求項1記載のパワー変換モジュールデバイスであり、金属ベース基板は熱抵抗が小さいためトランス、1次パワー素子、2次パワー素子の発熱を大幅に低減でき、より低発熱のパワー変換モジュールデバイスを提供できるという大きな効果が得られる。 The invention according to claim 7 of the present invention is the power conversion module device according to claim 1, wherein a metal base substrate in which an insulating resin layer is formed on a metal plate and a metal foil is formed thereon is used as a printed wiring board. In addition, since the metal base substrate has a low thermal resistance, the heat generation of the transformer, the primary power element, and the secondary power element can be greatly reduced, and a great effect can be obtained in that a power conversion module device with lower heat generation can be provided.
本発明の請求項8に記載の発明は、トランスの磁心の下面がプリント配線板と接するように取り付けた請求項1記載のパワー変換モジュールデバイスであり、これにより、磁心の発熱を基板面からも伝熱できることとなり、トランスの温度上昇を大幅に低減できるという効果が生まれる。 The invention according to claim 8 of the present invention is the power conversion module device according to claim 1 attached so that the lower surface of the magnetic core of the transformer is in contact with the printed wiring board. Heat can be transferred, and the effect of significantly reducing the temperature rise of the transformer is born.
本発明の請求項9に記載の発明は、特に、磁心と相対向する面にプリント配線板のパターンを形成した請求項8記載のパワー変換モジュールデバイスであり、これにより、このパターンにも磁心の熱を伝熱できることとなり、トランスの発熱はさらに大幅に低減可能となるという効果が生まれる。 The invention described in claim 9 of the present invention is the power conversion module device according to claim 8 in which a pattern of a printed wiring board is formed on a surface opposite to the magnetic core. Heat can be transferred, and the heat generated by the transformer can be further greatly reduced.
本発明の請求項10に記載の発明は、特に、磁心とプリント配線板の間に熱伝導部材を挟み込んだ請求項8記載のパワー変換モジュールデバイスであり、これにより、磁心と基板間に生ずる空隙が熱伝導部材で埋まるため、熱伝導のばらつきが少なくなるという効果が生まれる。 The invention according to claim 10 of the present invention is the power conversion module device according to claim 8 in which the heat conducting member is sandwiched between the magnetic core and the printed wiring board. Since it is filled with the conductive member, there is an effect that variation in heat conduction is reduced.
本発明の請求項11に記載の発明は、特に、1次と2次のパワー素子との間にトランスを配置した請求項1記載のパワー変換モジュールデバイスであり、これにより、絶縁分離するトランスと1次、2次を結ぶ配線パターンも最短距離で形成できることとなり、配線損失を大幅に低減できるパターン設計を簡単に実現できるという効果が生まれる。
The invention according to
本発明の請求項12に記載の発明は、特に、第1の構成体と第2の構成体とが一体化してなる電源装置であって、第2の構成体として請求項1に記載のパワー変換モジュールデバイスを用いるとともに、第1の構成体を形成する第1の基板上に第2の構成体を制御する制御回路を設けたことを特徴とする電源装置である。
The invention according to
この構成により、パワー変換モジュールデバイスの特徴である小形、低発熱、低損失をそのまま利用できるため、熱設計、構造設計が非常に簡単になり、開発リードタイムも大幅に削減できるという大きな効果が生まれる。また、第2の構成体が発生するノイズなどの影響を受けることなく制御回路の設計もできることとなり、制御回路の開発設計リードタイムも短縮できるという効果が生まれる。 With this configuration, the small size, low heat generation, and low loss, which are the characteristics of power conversion module devices, can be used as they are, which greatly simplifies thermal design and structural design, and has the great effect of significantly reducing development lead time. . In addition, the control circuit can be designed without being affected by the noise generated by the second structure, and the development lead time of the control circuit can be shortened.
本発明の請求項13に記載の発明は、特に、第2の構成体を形成する薄形トランスと対向する部分の第1の構成体を形成する第1の基板にくり抜き穴を設けた請求項12記載の電源装置であり、これにより、トランスの高さが電源装置全体の高さに影響しなくなり、他の部品を低背化すれば、薄形の電源装置が実現できるという効果が生まれる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, in particular, a hollow is provided in the first substrate that forms the first structure of the portion facing the thin transformer that forms the second structure. Accordingly, the height of the transformer does not affect the overall height of the power supply device, and if other components are reduced in height, an effect that a thin power supply device can be realized is produced.
本発明の請求項14に記載の発明は、特に、第2の構成体を形成するプリント配線板の部品が実装されていない面を電源装置の筐体に面接触するように実装した請求項12記載の電源装置であり、これにより、第2の構成体の発熱を電源の筐体に放熱できるため、専用の放熱用ヒートシンクが不要となるという効果が生まれる。 The invention described in claim 14 of the present invention is mounted in such a manner that the surface of the printed wiring board forming the second structural body, on which no component is mounted, is in surface contact with the casing of the power supply device. As a result, the heat generated by the second structural body can be dissipated to the casing of the power source, so that a special heat sink for heat dissipation is not required.
本発明の請求項15に記載の発明は、特に、第2の構成体を形成するトランスの天面と第1の構成体を形成する第1の基板の表面とが面接触するように実装した請求項12記載の電源装置であり、これにより、第2の構成体を形成するプリント配線板を放熱用シートシンクとして利用できるため、トランス、1次、2次のパワー素子の発熱が低減できることに加えて放熱用シートシンクも不要もしくは軽減できるという効果が生まれる。
The invention according to claim 15 of the present invention is mounted so that the top surface of the transformer that forms the second structure and the surface of the first substrate that forms the first structure are in surface contact. 13. The power supply device according to
本発明のパワー変換モジュールデバイスは、プリント配線板上にトランスと1次または2次の少なくともどちらか一方のパワー素子を面接触するように実装し、制御回路は実装しないことを特徴としたものであり、配線損失を非常に少なくできることに加えてノイズ源となるFET、ダイオード電圧の波形なども大幅に改善されるので電源の低ノイズ化が達成できる。また、トランス、パワー素子の発熱を大幅に低減できるとともにトランスのサイズも小形化できるものである。さらに多くの部品を有する複雑な制御回路は実装しないこととしているのでこのブロックの設計が非常に簡単になり、電源設計の熟練者でなくとも短時間で設計できることになる。これらの結果、開発効率を大幅に向上できる小形、低発熱、低損失、低ノイズのパワー変換モジュールデバイスを提供できるという大きな効果が得られる。 The power conversion module device of the present invention is characterized in that the transformer and at least one of the primary and secondary power elements are mounted on the printed wiring board so as to be in surface contact, and the control circuit is not mounted. In addition to the fact that wiring loss can be greatly reduced, FETs that serve as noise sources, the waveform of diode voltage, and the like are also greatly improved, so noise reduction of the power supply can be achieved. Further, the heat generation of the transformer and the power element can be greatly reduced, and the size of the transformer can be reduced. Further, since a complicated control circuit having many parts is not mounted, the design of this block becomes very simple, and even a person who is not skilled in power supply design can design in a short time. As a result, it is possible to provide a large effect that a compact, low heat generation, low loss, low noise power conversion module device capable of greatly improving development efficiency can be provided.
また、本発明の電源装置は、第1の構成体と第2の構成体とが一体化してなる電源装置であって第2の構成体として本発明の請求項1〜11に記載のパワー変換モジュールデバイスを使用したことを特徴としたものであり、パワー変換モジュールデバイスの特徴である小形、低発熱、低損失、低ノイズをそのまま利用できるため、熱設計、構造設計が非常に簡単になり、開発リードタイムも大幅に削減できるという大きな効果が生まれる。 Moreover, the power supply device of the present invention is a power supply device in which a first structural body and a second structural body are integrated, and the power conversion according to any one of claims 1 to 11 of the present invention as the second structural body. It is characterized by the use of a module device, and since the small size, low heat generation, low loss, and low noise that are the characteristics of the power conversion module device can be used as they are, thermal design and structural design become very simple, The big effect that the development lead time can be greatly reduced is born.
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて本発明の特に請求項1〜11に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
The invention according to the first to eleventh aspects of the present invention will be described below with reference to the first embodiment.
図1は、本発明の実施の形態1におけるパワー変換モジュールデバイスの外観図である。 FIG. 1 is an external view of a power conversion module device according to Embodiment 1 of the present invention.
図1において11は薄形トランス、12は磁心、13は薄形積層コイル、14は1次パワー素子、15は2次パワー素子、16はプリント配線板、17は配線パターン、18は外部接続端子を示している。 In FIG. 1, 11 is a thin transformer, 12 is a magnetic core, 13 is a thin laminated coil, 14 is a primary power element, 15 is a secondary power element, 16 is a printed wiring board, 17 is a wiring pattern, and 18 is an external connection terminal. Is shown.
図1において従来例を示す図5と大きく異なる点は、図5におけるコンバータ部2の制御回路5を除いたトランス6、1次パワー素子7、2次パワー素子8の発熱部品のみを集めてブロック化した点であるが、本発明においてはさらにトランス6を薄形トランス11に変更した点、この薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15をプリント配線板16上に搭載した点、これら薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15はこのプリント配線板16と面接触するように実装している点が異なっている。
1 differs greatly from FIG. 5 showing the conventional example in that only the heat generating components of the
以上、本発明の実施の形態1を示す図1の構成によれば、薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15は最短に近接して並べることが可能となり、配線距離を最短にできる。このことにより、配線インピーダンスが小さくなり、配線上の損失を非常に少なくできることに加えてノイズ源となるFETのドレイン〜ソース間電圧(Vds)のリンギング波形(Vp−p)、ダイオード両端電圧の波形なども大幅に改善されるので電源の低ノイズ化が達成できる。また、薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15をプリント配線板16と面接触するように実装しているので電源の発熱の主要部品である薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15の熱をプリント配線板16に接触面を通して直接、伝熱してやることが可能となる。このことにより、薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15の発熱を大幅に低減できるとともに薄形トランス11のサイズも小形化できるものである。さらに従来と異なり、本発明のブロックには多くの部品を有する複雑な制御回路は実装しないこととしているのでこのブロックの設計が非常に簡単になり、電源設計の熟練者でなくとも短時間で設計できることになる。これらの結果、開発効率を大幅に向上できる小形、低発熱、低損失、低ノイズのパワー変換モジュールデバイスを提供することが可能となるものである。
As described above, according to the configuration of FIG. 1 showing the first embodiment of the present invention, the
ここで1次パワー素子14は主にFET、2次パワー素子15は主にFET、ダイオードが使用されるが他の素子であってもよい。また、1次パワー素子14、2次パワー素子15は少なくともどちらか一方のみを搭載した場合でも本発明の効果は得られるものである。 Here, the primary power element 14 is mainly an FET, and the secondary power element 15 is mainly an FET or a diode, but may be other elements. The effects of the present invention can be obtained even when at least one of the primary power element 14 and the secondary power element 15 is mounted.
また、図1に示すように、薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15が、プリント配線板16の1つの主平面に実装されている。これにより、重い部品でも容易にリフロー等で実装することができる。
As shown in FIG. 1, the
また、図1に示すように、薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15が、プリント配線板16の1つの主平面に実装することができるため、プリント配線板として安価な片面基板を用いてパワー変換モジュールデバイスを作製することができる。
Further, as shown in FIG. 1, since the
プリント配線板16として、両面基板を用いることもできる。発熱部品の温度を下げるためには、発熱部品のできるだけ近くに熱伝導の良い材料をできるだけ大きくして設置することである。プリント配線板に使われている樹脂は熱伝導が小さく熱伝導は主に銅箔で行われる。このため薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15が実装されているプリント配線板16の配線パターンを大きくする必要があるが、機器の小形化のために十分な大きさのパターンを得ることができない場合がある。このため、両面基板を用いて薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15が実装されている面とは反対側の面に、放熱のための銅箔パターンを設けることによって、機器の小形化と部品温度上昇の抑制を同時に行うことができる。
A double-sided board can also be used as the printed
さらに部品の温度上昇を抑制するためには、プリント配線板16の絶縁樹脂層の厚さを薄くする必要があるが、薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15を保持するためにはあまり薄くすることができず、絶縁樹脂層の厚さは0.6mm以上は必要である。このため、両面基板の代わりに多層基板を用い内層に放熱のための銅パターンを残すことによって、各絶縁層の厚さを0.1mm程度まで薄くすることができるため、部品の温度上昇をさらに抑制することができる。
Furthermore, in order to suppress the temperature rise of the components, it is necessary to reduce the thickness of the insulating resin layer of the printed
さらに、プリント配線板16の薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15が実装された面とは反対側の面に、薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15を実装した面とは電気的に絶縁されたパターンを設けて、この絶縁されたパターンをヒートシンクや機器の筐体に取り付けてより放熱性を高めることができ、薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15の温度上昇を小さくすることができる。
Furthermore, the
また、プリント配線板16として、金属ベース基板を用いることによっても同じようなパワー変換モジュールデバイスを実現することができる。
A similar power conversion module device can also be realized by using a metal base substrate as the printed
また、本発明の実施の形態を示す図1によれば、特に、薄形トランス11の磁心12の下面がプリント配線板16と接するように取り付けたものであり、これにより、磁心の発熱を基板面からも伝熱できることとなり、トランスの温度上昇を大幅に低減できるという効果が生まれる。
According to FIG. 1 showing the embodiment of the present invention, in particular, the
さらに、図1に示すように磁心12に相対向する面にはプリント配線板のパターンを形成している。これにより、このパターンにも磁心の熱を伝熱できることとなり、トランスの発熱はさらに大幅に低減可能となるという効果が生まれる。
Further, as shown in FIG. 1, a printed wiring board pattern is formed on the surface opposite to the
また、図には示していないが、本発明の実施の形態においては、特に、磁心12とプリント配線板16の間には熱伝導部材を挟み込んでいる。これにより、磁心12とプリント配線板16の間に生ずる空隙が熱伝導部材で埋まるため、熱伝導のばらつきが少なくなるという効果が生まれる。ここで熱伝導部材としては熱伝導率の良い材料が好ましいが、空隙を埋めることさえできれば、敢えて材質を限定する必要はない。エポキシ、シリコン、アクリル系の樹脂などが使用可能である。
Although not shown in the drawing, in the embodiment of the present invention, a heat conducting member is sandwiched between the
さらに、本発明の実施の形態1においては図1に示すように、特に、1次パワー素子14と2次パワー素子15との間に薄形トランス11を配置している。このことにより、絶縁分離するトランスと1次、2次を結ぶ配線パターンも最短距離で形成できることとなり、配線損失を大幅に低減できるパターン設計を簡単に実現できるという効果が生まれる。
Furthermore, in the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて本発明の特に請求項12〜15に記載の発明について説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the invention described in
図2は、本発明の実施の形態2における電源回路のブロック図、図3は同実施の形態における電源の外観斜視図、図4は同実施の形態における他の実施例を示す電源の外観斜視図である。 2 is a block diagram of a power supply circuit according to the second embodiment of the present invention, FIG. 3 is an external perspective view of the power supply in the same embodiment, and FIG. 4 is an external perspective view of the power supply showing another example in the same embodiment. FIG.
図2〜図4において21は第2の構成体、22は第1の構成体、23は制御回路、27は第1の基板、28はくり抜き穴、29は筐体を示している。実施の形態1の構成と同一構成を有するものについては、同一符号を付してその説明を省略する。
2 to 4,
図2〜図4において従来例を示す図5、図6と大きく異なる点はコンバータ部2の部分に本発明の実施の形態1で提案したパワー変換モジュールデバイスを第2の構成体21として使用した点である。
2 to 4 are different from the conventional examples shown in FIGS. 5 and 6 in that the power conversion module device proposed in the first embodiment of the present invention is used as the
図2に示すように回路ブロック図の上では第2の構成体21は薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15で別ブロックとして形成されており、この第2の構成体21を除いた入力フィルタ、力率改善回路、制御回路23、出力変換回路、出力フィルタなどは第1の構成体22として別基板上に形成している。そして、この第1の構成体22と第2の構成体21は回路的に接続して一体化して電源を完成している。
As shown in FIG. 2, in the circuit block diagram, the second
図3は本発明の実施の形態2を示す電源の外観斜視図であるが、図に示すように第1の構成体22を形成する第1の基板27には第2の構成体21を形成する薄形トランス11の対向する部分にくり抜き穴28を設けている。そして第1の構成体22と第2の構成体21とは外部接続端子18などを利用して回路的に接続している。さらに第2の構成体21を形成するプリント配線板16は電源の筐体29と面接触するように実装している。
FIG. 3 is an external perspective view of a power
以上、本発明の実施の形態2を示す図2、図3によれば、第1の構成体22と第2の構成体21とが一体化してなる電源装置であって、第2の構成体21として本発明の実施の形態1で提案したパワー変換モジュールデバイスを使用しているので同デバイスの特徴である小形、低発熱、低損失、低ノイズをそのまま利用できる。このことにより、熱設計、構造設計が非常に簡単になり、開発リードタイムも大幅に削減できるという大きな効果が生まれる。
As described above, according to FIG. 2 and FIG. 3 showing the second embodiment of the present invention, the first
また、第1の構成体22を形成する第1の基板27上に第2の構成体21を制御する制御回路23を設けており、外部接続端子18で接続している。これにより、第2の構成体が発生するノイズなどの影響を受けることなく制御回路の設計もできることとなり、制御回路の開発設計リードタイムも短縮できるという効果が生まれる。
In addition, a
さらに、第1の構成体22を形成する第1の基板27には第2の構成体21を形成するトランスの対向部分にくり抜き穴を設けている。これにより、トランスの高さが電源装置全体の高さに影響しなくなり、他の部品を低背化すれば、薄形の電源装置が実現できるという効果が生まれる。
Further, the
さらに、第2の構成体21を形成するプリント配線板16を電源の筐体29に面接触するように実装したものであり、これにより、第2の構成体21の発熱を電源の筐体29に放熱できるため、従来例の図6に示すような専用の放熱用ヒートシンク10aが不要となるという効果が生まれる。
Further, the printed
また、本発明の実施の形態2における別の実施例を示す図4のように、第2の構成体21を形成する薄形トランス11の天面と第1の構成体22を形成する第1の基板27の表面が面接触するような向きに実装してやることもできる。これにより、第2の構成体21を形成するプリント配線板16を放熱用ヒートシンクとして利用できるため、トランス、1次、2次パワー素子の発熱が低減できることに加えて放熱用シートシンクも不要もしくは軽減できるという効果が生まれる。
Further, as shown in FIG. 4 showing another example in the second embodiment of the present invention, the top surface of the
本発明にかかるパワー変換モジュールデバイスおよびそれを用いた電源装置は小形、低発熱、低損失、低ノイズという効果に加えて、電源の設計開発効率を大幅に向上できるという効果を有するものであり、スイッチング電源を搭載するあらゆる電子機器に適用できるものである。 The power conversion module device and the power supply device using the power conversion module device according to the present invention have the effect of greatly improving the design and development efficiency of the power supply in addition to the effects of small size, low heat generation, low loss, and low noise, It can be applied to any electronic device equipped with a switching power supply.
1 入力回路部
2 コンバータ部
3 出力回路部
4 力率改善回路
5,23 制御回路
6 トランス
7,14 1次パワー素子
8,15 2次パワー素子
9 メイン基板
10a ヒートシンク
10b,29 筐体
11 薄形トランス
12 磁心
13 薄形積層コイル
16 プリント配線板
17 配線パターン
18 外部接続端子
21 第2の構成体
22 第1の構成体
27 第1の基板
28 くり抜き穴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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