JP2008118774A - バスバー - Google Patents

Abstract

【課題】大電流が流れる電子機器においてもヒートシンクを不要とし、電子機器の小型軽量化を図ることが可能なバスバーを提供することを課題とする。
【解決手段】基板７上に配設され一端が出力端子11に供せられるバスバー9aであって、前記出力端子11と異なる部位に電子部品13の発熱部を当接させる当接部18，19を設け、前記電子部品13から発生する熱を前記当接部18，19からバスバー9a全体に伝導させ、強制空気流により放熱することを特徴とするバスバー9aによって上記の課題を解決する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子機器の基板上に取り付けられるバスバーに関し、特にスイッチング電源装置に好適なバスバーに関する。

電子機器に対する小型軽量化の要請は強く、電子機器に実装される部品の小型化や高集積化が進んでいる。スイッチング電源装置についても例外ではなく、同一電源容量についてみると年々小型軽量化されてきた。

図８に従来技術によるスイッチング電源装置のブロック図を示す。スイッチング電源装置51の概略構成は、一次側整流回路52、スイッチング回路53、トランス54、二次側整流回路55、平滑回路56からなり、必要に応じて一次側にノイズフィルタも加えられる。これらの構成要素は一枚のプリント基板57上に実装される。一次側整流回路の入力端子には商用交流電源58が接続される。一方、平滑回路56により平滑化された直流電流はバスバー59から出力として負荷に供せられる。

ここで、電子機器を構成する構成要素には必ず電力損失があり、電子機器を駆動すれば程度の差はあれ、各構成要素から損失熱が発生する。とりわけ大電流を扱いながら高密度実装された電源機器においては、各構成要素から発生する損失熱を効率的に奪取する冷却手段が重要になる。そこで、従来の電源装置では筐体の側板に通気孔を設けるとともに、モータ付ファン60を取り付けて電子部品を強制空冷している。さらに、部品自体の表面積の大きさに較べて多くの熱が発生するトランスの二次側整流回路には、空気流との接触表面積を大きくするためのヒートシンク61を取り付けて、損失熱を放熱している。

なお、従来技術の電源装置においてもトランスの二次側回路の出力端子を構成する部位にはバスバー59が用いられている。近年の集積回路は低電圧駆動されるものが多く、スイッチング電源装置に要求される出力電圧も低電圧化されつつある。その結果、電源装置の出力は低電圧大電流化される傾向にある。そこで、電源装置の出力回路のインピーダンスを低く抑えるために必要十分な断面積を有する導電部材としてバスバー59が用いられる。かかる理由から従来技術によるバスバー59の多くは、出力端子へ低電圧大電流を流す際のインピーダンスを低くすることを主目的として用いられていた。

ここで、バスバーは銅などの導電性部材からなる板体や棒体といった単純形状のものが用いられることが多かった。その理由はバスバーの断面積を均一化し、かつ電流路を短くすることによりインピーダンスを低く抑えることにあった。そのため、バスバーの表面からの放熱は不十分なものであった。そこで、バスバーの周囲に平板状の突起である冷却フィンを多数形成して冷却するようにしたバスバーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１６２８２７号公報

しかし、従来技術のような単にインピーダンスを下げるだけの単純形状のバスバーにあっては、バスバーにおいて発生する損失熱を放熱するだけで精一杯であり、二次側整流回路において発生する損失熱を放熱するために別途ヒートシンクを必要としていた。そのため、電源装置全体として体積・重量とも大きくなるという問題があった。

また、バスバーの周囲に平板状の突起である冷却フィンを多数形成して冷却するようにしたバスバーにあっては、冷却性能は向上するものの、あくまでもバスバー自体の温度上昇を抑制してインピーダンスの上昇を防ぐことを目的としていた。決して二次側整流回路等、他の構成要素において発生する熱を冷却するものではなかった。したがって、他の構成要素において発生する熱を冷却するためには別途ヒートシンクを設けていた。また、バスバーに平板状の冷却フィンを形成したものは、バスバーとヒートシンクを一体化しただけのものにすぎず、バスバー自体の体積・重量を減らすことができるものではなかった。したがって、電子機器の小型軽量化に寄与するものではなかった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、低電圧大電流を取り扱う電子機器においてもヒートシンクを不要とし、電子機器の小型軽量化を図ることが可能なバスバーを提供することを課題とする。

請求項１記載の発明は、基板上に配設され一端が出力端子に供せられるバスバーであって、前記出力端子と異なる部位に電子部品の発熱部を当接させる当接部を設け、前記電子部品から発生する熱を前記当接部からバスバー全体に伝導させ、強制空気流により放熱するバスバーである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のバスバーにおいて、前記当接部が枝分かれした複数部位に設けられるものである。

請求項３記載の発明は、請求項２記載のバスバーにおいて、前記当接部が平面視において対称位置に配設されるものである。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバスバーにおいて、前記当接部が略コの字状の断面形状を有する板体からなるものである。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバスバーにおいて、前記バスバーが一枚の導電性板体から折り曲げ加工により形成されるものである。

請求項６記載の発明は、請求項５記載のバスバーにおいて、前記導電性板体の折り曲げ加工された各部が強制空気流の方向に対し平行に配設されるものである。

請求項１記載のバスバーによれば、電子部品が発する熱をバスバーに伝達して空気中に放熱できるので、導電部材としてのバスバーにヒートシンクの機能を併有させることができる。したがって、別途ヒートシンクを設ける必要がなく、スペース効率を高めて電源装置を小型軽量化することができる。

請求項２記載のバスバーによれば、枝分かれした複数部位に当接部が設けられ、これらの当接部に発熱する電子部品が取り付けられるので、発熱源を分散化できる。その結果、複数個所において放熱でき、効率的な熱放散が可能となる。

請求項３記載のバスバーによれば、当接部が平面視において対称位置に配設されるので電源装置内での熱分布が均等化され、そのことにより電源装置を小型軽量化することができる。

請求項４記載のバスバーによれば、略コの字状の断面形状をした当接部の両片に発熱する電子部品を取り付けることができるので、部品実装密度の高い電源装置を実現することができる。

請求項５記載のバスバーによれば、バスバーが一枚の導電性板体から折り曲げ加工により形成されるので、バスバーの熱流抵抗が小さく、バスバー全体として効率的な熱放散が可能となる。

請求項６記載のバスバーによれば、導電性板体の折り曲げ加工された各部が空気の流れ方向に対し平行に配設されるので、空気の流れがスムースとなり効率的な熱放散が可能となる。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るバスバーを用いたスイッチング電源装置１のブロック図である。スイッチング電源装置１の概略構成は、図８に示した従来技術によるブロック図と基本的に共通し、一次側整流回路２、スイッチング回路３、トランス４、二次側整流回路５、平滑回路６が基板７上に配設される。トランス４の一次側の電子回路の構成は従来技術と異なるところはない。また、筐体の側壁には強制冷却のためのモータ付ファン10が備えられている。さらに、一次側整流回路２の入力端子には商用電源８が接続され、平滑回路６により平滑化された出力電流は出力端子11，12から負荷に供せられる構成も従来技術と共通する。

一方、従来技術においてはトランスの二次側整流回路にヒートシンク61が設けられているのに対し、本実施例においてはトランスの二次側整流回路にヒートシンクが設けられていない点で異なっている。また、電源装置１の出力回路にバスバー9a，9bを用いている点で従来技術と共通しているものの、本発明に係るバスバー 9a，9bの構造は従来技術に用いられるバスバー59の構造とは大きく異なっている。

次に、本発明に係るバスバー 9aの構造について具体的に説明する。図２は、スイッチング電源装置１のトランス４の二次側回路部品の実装配置状況を示す斜視図である。筐体およびプリント基板を取り除いた状態を示している。トランス４の二次側には二次側整流回路を構成する多数のダイオード13、平滑回路を構成するチョークコイル14および平滑コンデンサ15、出力端子11，12を兼ねる２本のバスバー 9a，9bが接続されている。図３はその平面図であり、図４はその正面図である。ここで、これらの図における部品配置は、プリント基板７の右端に出力端子11，12が配置される図１のブロック図の配置とは異なり、左端に出力端子11，12が配置されている。

図５は、図２に示す斜視図から２本のバスバー9a，9bとダイオード13を主とする二次側整流回路部品を残して他の部品を取り除いた分解斜視図である。図６は、図５に示す状態からさらに負極側バスバー9bを取り除いたものを示す平面図であり、図７は、同正面図である。図５乃至図７に示すように、正極側に供されるバスバー9aは三次元的に複雑な形状をしているが、一枚の導電性板体から折り曲げ加工により形成されている。このバスバー9aは一枚の板体から形成されるため、各部の肉厚は同じとなる。バスバー9aの一端は出力端子11として供するため結線用の孔16が設けられている。なお、負極側バスバー9bの一端にも出力端子12として供するため結線用の孔17が設けられている。

正極側バスバー9aには、出力端子11と異なる部位に電子部品13の発熱部に当接される当接部18，19が設けられている。当接部18，19は枝分かれした複数の部位に設けられ、平面視において対称位置となるように配設されている。さらに、当接部18，19は略コの字状の断面となるように形成されており、略コの字状の両片18a，18b，19a，19bにはダイオード13を固定するためのビス孔20が複数個設けられている。

トランス４の二次巻線には、二次側整流回路を構成する並列接続された複数のダイオード13のアノードが接続される。大容量の単一のダイオードを用いることなく複数のダイオード13を並列接続して用いるのは、大電流を流すことができる単一の汎用のダイオードが入手困難なこともあるが、規格化され量産されている汎用のダイオード13を複数並列接続する方が経済的であるし、部品の高密度実装の点でも有利だからである。

本実施例のトランス４には、中間タップを有する二次巻線が巻装されている。この二次巻線の両端には並列接続されたダイオード13のアノード側が接続され、二次巻線の中間タップにはチョークコイルを経由して負極側のバスバー9bが接続される。本実施例では全部で１２個のダイオード13を並列接続して用いており、正極側バスバー9aの平面視左右対称位置に配設された当接部18，19に６個ずつダイオード13が取り付けられる。また、左右６個ずつのダイオード13は略コの字状の断面形状に形成された当接部の両片18a，18b，19a，19bに３個ずつ取付けられる。個々のダイオード13は正極側バスバー9aの当接部にビス21によって取り付けられる。このことにより、各ダイオード13において発生した熱がバスバーの当接部18，19に伝熱され、バスバー全体に熱が拡散することになる。

また、並列接続されたダイオード13のカソード側には、直流出力を平滑化するためのチョークコイル14の一端を接続することができ、該チョークコイル14の他端はバスバー9bの出力端子12側に接続することができる。

また、出力端子11，12近くの正極側バスバー9aと負極側バスバー9bとの間には平滑コンデンサ15が負荷と並列となるよう接続され、チョークコイル14とともに平滑回路を構成している。本実施例では平滑コンデンサ15も大容量の単一のコンデンサではなく、同一仕様の１２個のコンデンサ15を並列接続して用いている。具体的には平面視において左右対称に６個ずつ配設している。このように複数のコンデンサ15を並列接続することにより、コンデンサ全体としての表面積が大きくなり冷却に有利になる。また、筐体内における部品配置が容易となり、高密度実装が可能となる。

本実施例のバスバーは上述した２本のバスバー9a，9bのうち、正極側のバスバー9aとして供されるバスバーに関するものであり、低電圧大電流仕様のスイッチング電源装置に関するものである。正極側バスバー9aは三次元的に複雑な形状をしているが、一枚の導電性板体から折り曲げ加工されており、バスバー内の熱流抵抗が少なくなるように形成されている。すなわち、当接部18，19においてダイオード13からの熱がバスバー9aに伝導され、バスバーに伝導された熱は迅速にバスバー内に拡散される。

電源装置１の筐体内には、モータ付ファン10により図６、図７において矢印に示す方向と逆方向に空気が流れるようにされている。そのため、バスバー9aの折り曲げ加工された各部は空気流に対して平行に配設されており、筐体内を流れる空気がバスバー9aの各部によって邪魔されることがない。したがって、バスバー9aの各部は空気流により効率的に冷却される。なお、図５〜図７に示す矢印は部品の組立方向を示すものである。

以上説明したように上述した実施例によれば、二次側整流回路部品であるダイオード13が発する熱をバスバー9aに伝達して空気中に放熱できるので、導電部材としてのバスバー9aにヒートシンクの機能を併有させることができる。したがって、ダイオード13に別途ヒートシンクを設ける必要がなく、スペース効率を高めて電源装置を小型軽量化することができる。また、バスバー9aの枝分かれした複数部位に当接部18，19が設けられ、これらの当接部に発熱する電子部品13が取り付けられるので、発熱源を分散化できる。その結果、複数個所において放熱でき、効率的な熱放散が可能となる。さらに、当接部18，19が平面視において対称位置に配設されるので電源装置内での熱分布が均等化され、そのことにより電源装置を小型軽量化することができる。また、略コの字状の断面形状をした当接部の両片18a，18b，19a，19bに発熱する電子部品13を取り付けるので、部品実装密度の高い電源装置を実現することができる。さらに、バスバー13が一枚の導電性板体から折り曲げ加工により形成されるので、バスバーの熱流抵抗が小さく、バスバー全体として効率的な熱放散が可能となる。また、導電性板体の折り曲げ加工された各部が空気の流れ方向に対し平行に配設されるので、空気の流れが均一化され効率的な熱放散が可能となる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は種々の変形実施をすることができる。たとえば上記実施例においては、スイッチング電源装置１に用いるバスバーについて説明したが、本発明に係るバスバーはスイッチング電源装置１に適用されるバスバーに限定されるものではなく、他の電子機器のバスバーとしても用いることができる。また、バスバーの材質は銅に限定されるものではなく、アルミニウム等の他の導電材料を用いることができる。さらに、本実施例では電子部品13の発熱部を当接させる当接部18，19を正極側バスバー9aに設けているが、当接部を負極側バスバー9bに設けることとしてもよい。

本発明に係るバスバーを用いた電源装置のブロック図である。 本発明に係るバスバーを用いた電源装置の部品構成を示す斜視図である。 同上、平面図である。 同上、正面図である。 本発明の実施例を示す斜視図である。 本発明の実施例を示す平面図である。 本発明の実施例を示す正面図である。 従来技術による電源装置のブロック図である。

符号の説明

７ 基板
9a バスバー（正極側バスバー）
9b バスバー（負極側バスバー）
11，12 出力端子
13 電子部品（ダイオード）
18，19 当接部

Claims (6)

1. 基板上に配設され一端が出力端子に供せられるバスバーであって、前記出力端子と異なる部位に電子部品の発熱部を当接させる当接部を設け、前記電子部品から発生する熱を前記当接部からバスバー全体に伝導させ、強制空気流により放熱することを特徴とするバスバー。
2. 前記当接部が枝分かれした複数部位に設けられることを特徴とする請求項１記載のバスバー。
3. 前記当接部が平面視において対称位置に配設されることを特徴とする請求項２記載のバスバー。
4. 前記当接部が略コの字状の断面形状を有する板体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバスバー。
5. 前記バスバーが一枚の導電性板体から折り曲げ加工により形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバスバー。
6. 前記導電性板体から折り曲げ加工された各部が、強制空気流の方向に対し平行に配設されることを特徴とする請求項５記載のバスバー。
   
   
   

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