JP2009108719A

JP2009108719A - 回路装置

Info

Publication number: JP2009108719A
Application number: JP2007280113A
Authority: JP
Inventors: Masato Hayashi; 真人林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2009-05-21

Abstract

【課題】プリント基板に設けられるＢＡＴＴ配線およびＧＰ配線にそれぞれ大電流が流れる場合、プリント基板への発熱の影響を低減することができる回路装置を提供する。
【解決手段】バッテリ端子４３とＧＰ端子４４との間であって、各スイッチング素子３０の一側面が、バッテリ端子４３とＧＰ端子４４とが並べられた一方向に対して垂直に延びる直線８０を向くように、各スイッチング素子３０が配置されている。これにより、ＢＡＴＴ配線６０をバッテリ端子４３側に配置し、ＧＰ配線７０をＧＰ端子４４側に配置することで、ＢＡＴＴ配線６０とＧＰ配線７０とがプリント基板４０の一部を挟む配置関係にならないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、気筒ごとに取り付けられたグロープラグに通電を行う回路装置に関する。

従来より、板状のプリント基板において、プリント基板の表面に回路配線が設けられていると共に、裏面にも配線が設けられたものが知られている。この場合、プリント基板の表面に設けられた配線と裏面に設けられた配線とはそれぞれ異なる配線形態になっている。

発明者らは、車両のエンジンに取り付けられるグロープラグに通電させるための駆動回路であるグロープラグコントローラ（ＧＣＵ）において、従来の技術のようにプリント基板の両面に配線を設けた構造について検討を行った。これによると、以下のような問題が生じることがわかった。このことについて、図３および図４を参照して説明する。

図３はグロープラグコントローラの平面図、図４は図３のＢ矢視図である。ヒートシンク１０の上にバスバー２０が配置されている。このバスバー２０の上にＭＯＳトランジスタである複数のスイッチング素子３０が横並びで配置され、バスバー２０にスイッチング素子３０のドレインが接続される。

バスバー２０には支持部２１が設けられている。当該支持部２１の先端には、回路素子が形成された回路占有領域４１にＩＣ４２が実装されたプリント基板４０が取り付けられている。また、各スイッチング素子３０のドレイン端子３１、ソース端子３２、ゲート端子３３がプリント基板４０にそれぞれ取り付けられている。これにより、ヒートシンク１０側とプリント基板４０とが一体化され、ヒートシンク１０とプリント基板とが二層構造とされる。

プリント基板４０には、外部ＥＣＵと接続される信号端子４５、グロープラグに接続されるＧＰ端子４４、およびバッテリに接続されるバッテリ端子４３が設けられている。そして、プリント基板４０のうちバスバー２０と対向する面に、ＧＰ端子４４と各スイッチング素子３０のソース端子３２とを接続するＧＰ配線９０がそれぞれ設けられている。

また、プリント基板４０に各スイッチング素子３０に対応して電流検出を行うためのシャント抵抗５０が設けられている。このシャント抵抗５０により、バッテリ電位とスイッチング素子３０のドレイン電位との電位差より電流検出が行われる。そして、プリント基板４０のうちＧＰ配線９０が設けられた面とは反対側の面に、バッテリ端子４３と各シャント抵抗５０すべてとを接続するＢＡＴＴ配線１００（図３中、斜線で示した範囲）が設けられている。

このような構成において、各スイッチング素子３０には数十Ａの電流がそれぞれ流れる。このスイッチング素子３０には、プリント基板４０上でバッテリと接続されているバッテリ端子４３よりバッテリ電位が供給される。このとき、バッテリ端子４３には、各気筒用のスイッチング素子３０の全ての電流が流れ、最大数百Ａの電流が流れる。

このように、プリント基板４０に大電流が流れるため、ＢＡＴＴ配線１００の配線パターンの幅を大きくする必要がある。そのため、プリント基板４０のサイズの制約上、バッテリ端子４３に接続されるＢＡＴＴ配線１００、ＧＰ端子４４に接続されるＧＰ配線９０をプリント基板４０の表面と裏面とに分けて配線している。

これにより、プリント基板４０の表面のＢＡＴＴ配線１００と裏面のＧＰ配線９０とに共に大電流が流れたとき、プリント基板４０のうちＢＡＴＴ配線１００とＧＰ配線９０とが対向する部分、すなわちプリント基板４０の面に垂直方向に重なる部分１１０においては、ＢＡＴＴ配線１００からの発熱およびＧＰ配線９０からの発熱を両面から受け、これら発熱の熱ストレスがかかってしまう。このため、プリント基板４０への発熱の影響が大きくなり、グロープラグコントローラの信頼性の低下となる。

本発明は、上記点に鑑み、プリント基板に設けられるＢＡＴＴ配線およびＧＰ配線にそれぞれ大電流が流れる場合、プリント基板への発熱の影響を低減することができる回路装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、バッテリに接続されるバッテリ端子（４３）と、気筒ごとに取り付けられたグロープラグそれぞれに接続される複数のＧＰ端子（４４）とを有し、バッテリ端子（４３）と複数のＧＰ端子（４４）とが一方向に並べられて配置されたプリント基板（４０）と、一側面に設けられたドレイン端子（３１）およびソース端子（３２）がプリント基板（４０）に固定されるものであり、一側面に垂直な底面が、プリント基板（４０）に対向配置される板状のバスバー（２０）の上に配置される複数のスイッチング素子（３０）と、複数のスイッチング素子（３０）に対応してプリント基板（４０）にそれぞれ設けられると共に、各一方が複数のスイッチング素子（３０）のドレイン端子（３１）にそれぞれ接続される複数のシャント抵抗（５０）と、プリント基板（４０）に設けられ、複数のシャント抵抗（５０）の他方すべてとバッテリ端子（４３）とを接続するＢＡＴＴ配線（６０）と、プリント基板（４０）に設けられ、複数のスイッチング素子（３０）の各ソース端子（３２）と複数のＧＰ端子（４４）とをそれぞれ接続する複数のＧＰ配線（７０）とを備え、複数のスイッチング素子（３０）は、各一側面が、プリント基板（４０）のうちバッテリ端子（４３）とＧＰ端子（４４）との間に配置されると共に、バッテリ端子（４３）とＧＰ端子（４４）との間においてバッテリ端子（４３）と複数のＧＰ端子（４４）とが並べられた一方向に対して垂直に延びる直線（８０）に向くように配置されていることを特徴とする。

このように、スイッチング素子（３０）の一側面が直線（８０）を向くように各スイッチング素子（３０）を配置することで、プリント基板（４０）のうちＢＡＴＴ配線（６０）をバッテリ端子（４３）側に配置し、ＧＰ配線（７０）をＧＰ端子（４４）側に配置することができる。すなわち、大電流が流れる配線がプリント基板（４０）の表面、裏面で重なり合うことがなく、プリント基板（４０）への発熱による熱の影響を低減することができる。

この場合、複数のスイッチング素子（３０）は、バッテリ端子（４３）側に配置されて一側面が直線（８０）に向けられるものと、ＧＰ端子（４４）側に配置されて一側面が直線（８０）に向けられるものとを含んでいる構成とすることもできる。

これによると、複数のスイッチング素子（３０）が直線（８０）を挟むようにすることができ、汎用のプリント基板（４０）に従来と同数のスイッチング素子（３０）を配置することができる。また、直線（８０）が延びる方向のプリント基板（４０）のサイズが大きくならないようにすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。以下では、図３および図４に示す構成要素と同一のものには、同一符号を記してある。本実施形態で示される回路装置は、車両のエンジンの気筒ごとに取り付けられたグロープラグに通電を行うためのグロープラグコントローラとして機能するものである。

図１は、本発明の一実施形態に係る回路装置の平面図である。また、図２は、図１のＡ矢視図である。以下、図１および図２を参照して説明する。

図１および図２に示されるように、回路装置は、ヒートシンク１０と、バスバー２０と、複数のスイッチング素子３０と、プリント基板４０とを備えている。

ヒートシンク１０は、スイッチング素子３０で発生した熱を放散する板状の放熱部材である。このヒートシンク１０として、例えばＡｌ（アルミニウム）が採用される。

バスバー２０は、ヒートシンク１０の上に配置される板状の配線部材であり、スイッチング素子３０のドレイン電位とされる。バスバー２０として、例えば、Ｃｕ（銅）が採用される。また、スイッチング素子３０として、例えばＭＯＳトランジスタが採用される。

スイッチング素子３０それぞれは、各気筒のグロープラグに通電させるためのものであり、バスバー２０の上に配置されている。各スイッチング素子３０はチップをなしており、チップの一側面にドレイン端子３１、ソース端子３２、ゲート端子３３をそれぞれ備えている。そして、スイッチング素子３０の一側面に垂直な底面がバスバー２０の上に配置されている。スイッチング素子３０の各端子３１〜３３は、バスバー２０のスイッチング素子３０設置面に対して垂直方向に向けられている。

本実施形態では、例えば４気筒のエンジンの各気筒に取り付けられたグロープラグに対応させるため、４つのスイッチング素子３０が回路装置に備えられている。

プリント基板４０は、外部ＥＣＵやグロープラグとの間で信号のやりとりを行う電気回路を備えた板状のものである。プリント基板４０は、ヒートシンク１０（もしくはバスバー２０）に対向配置され、スイッチング素子３０の各端子３１〜３３が固定されている。

また、プリント基板４０は、電流検出を行うためのシャント抵抗５０を備えている。シャント抵抗５０は、バッテリ電位とスイッチング素子のドレイン電位の電位差により電流検出を行う抵抗であり、複数のスイッチング素子３０に対応してプリント基板４０にそれぞれ設けられている。シャント抵抗５０それぞれは細長板状をなしており、両端がプリント基板４０に固定されてＵ字状になっている。シャント抵抗５０の一方はスイッチング素子３０のドレイン端子３１に接続され、シャント抵抗５０の他方は後述するＢＡＴＴ配線６０に接続されている。

さらに、プリント基板４０は、ヒートシンク１０に対向する面に、回路素子等による回路が形成された回路占有領域４１を備えている。回路占有領域４１にはＩＣ４２が実装されている。なお、プリント基板４０には、回路占有領域４１の他に、図示しない配線等が形成されている。

ＩＣ４２は、各スイッチング素子３０の駆動制御する機能や、スイッチング素子３０に対する保護機能を有するものである。ＩＣ４２は、シャント抵抗５０の両端の電位を入力し、保護機能を実行している。

このようなプリント基板４０には、車載バッテリに接続されるバッテリ端子４３と、グロープラグそれぞれに接続される複数のＧＰ端子４４と、外部ＥＣＵに接続される複数の信号端子４５とが設けられている。これらバッテリ端子４３、複数のＧＰ端子４４、および複数の信号端子４５は、一方向に並べられて配置されている。

バッテリ端子４３には図１中の斜線で示したＢＡＴＴ配線６０が接続され、このＢＡＴＴ配線６０は複数のシャント抵抗５０の他方すべてにも接続されている。これにより、バッテリ端子４３、シャント抵抗５０、スイッチング素子３０のドレイン端子３１という経路がそれぞれ形成され、各スイッチング素子３０にバッテリ電位が供給される。

図１に示されるように、ＢＡＴＴ配線６０はランド状であって幅広の形状になっている。これは、ＢＡＴＴ配線６０に流れる電流が数十Ａ〜数百Ａと大電流であるため、ＢＡＴＴ配線６０の抵抗値を下げるためである。

ＧＰ端子４４それぞれには、各スイッチング素子３０のソース端子３２それぞれにＧＰ配線７０が接続されている。これにより、スイッチング素子３０に流れる電流が、ソース端子３２、ＧＰ配線７０、ＧＰ端子４４を経由してグロープラグに流れるようになっている。なお、本実施形態では、４気筒エンジンを想定しているため、ＧＰ端子４４は気筒の数、すなわちグロープラグの数と同じ４つである。

これらＢＡＴＴ配線６０およびＧＰ配線７０は、プリント基板４０のうちヒートシンク１０に対向する面、またはその反対側の面のいずれかに設けられる。この場合、ＢＡＴＴ配線６０およびＧＰ配線７０の両方がプリント基板４０のうち同じ面にそれぞれ設けられていても良いし、プリント基板４０のうち異なる面にそれぞれ設けられていても良い。

このような回路装置の構成において、バッテリ端子４３、ＧＰ端子４４、各スイッチング素子３０の配置について説明する。

まず、複数のスイッチング素子３０それぞれは、各端子３１〜３３が設けられた一側面が、プリント基板４０のうちバッテリ端子４３とＧＰ端子４４との間に配置されている。そして、バッテリ端子４３とＧＰ端子４４との間においてバッテリ端子４３と複数のＧＰ端子４４とが並べられた一方向に対して垂直に延びる直線８０を仮定し、各一側面が当該直線８０に向くようにそれぞれ配置されている。

この場合、各スイッチング素子３０は、ＧＰ端子４４側に２つ配置され、バッテリ端子４３側に２つ配置され、ＧＰ端子４４側のものとバッテリ端子４３側のものとが向かい合わないようにずらされ、仮想線である直線８０が延びる方向に交互に配置されている。

このように、本実施形態では、ＧＰ端子４４側のスイッチング素子３０の一側面と、バッテリ端子４３側のスイッチング素子３０の一側面とが、互いに反対方向に向くようにそれぞれ配置されている。

すなわち、複数のスイッチング素子３０は、バッテリ端子４３側に配置されて一側面が直線８０に向けられるものと、ＧＰ端子４４側に配置されて一側面が直線８０に向けられるものとを含んでいる。これによると、複数のスイッチング素子３０で直線８０を挟むため、直線８０が延びる方向に横並びに各スイッチング素子３０を配置する必要がなく、汎用のプリント基板４０に従来と同数のスイッチング素子３０を配置することが可能となる。

また、シャント抵抗５０は、当該シャント抵抗５０の両端を結ぶ方向が、直線８０に対して垂直方向、すなわちバッテリ端子４３と複数のＧＰ端子４４とが並べられた一方向と同じ方向とされている。これにより、シャント抵抗５０のうち一方がＧＰ端子４４側に向けられ、他方がバッテリ端子４３側に向けられる。このため、各シャント抵抗５０のうち他方すべてとバッテリ端子４３とが１つのＢＡＴＴ配線６０で接続され、ＢＡＴＴ配線６０はＧＰ端子４４よりもバッテリ端子４３側に配置される。

他方、ＧＰ配線７０は、バッテリ端子４３とＧＰ端子４４との間に配置される各スイッチング素子３０のソース端子３２と各ＧＰ端子４４とを接続するように、バッテリ端子４３よりもＧＰ端子４４側に配置される。

したがって、ＢＡＴＴ配線６０およびＧＰ端子４４がプリント基板４０のどちらの面に配置されていようと、ＢＡＴＴ配線６０とＧＰ端子４４とはプリント基板４０において交差することはなく、重ならない配置関係になっている。

上記構成を有する回路装置は、ヒートシンク１０とプリント基板４０との配置関係が保持されたまま、別体のケース等に配置固定される。また、信号端子４５、ＧＰ端子４４、バッテリ端子４３には例えば樹脂製のコネクタが取り付けられており、当該コネクタを介して配線等が接続されるようになっている。

次に、上記回路装置の作動について説明する。まず、グロープラグを駆動する指令信号が外部ＥＣＵから回路装置の信号端子４５に入力される。当該指令信号は、図１に示されるプリント基板４０において図示しない配線を介してＩＣ４２に入力される。スイッチング素子３０には、バッテリ端子４３、ＢＡＴＴ配線６０、およびシャント抵抗５０を介してバッテリ電位が供給されている。

ＩＣ４２では、指令信号に含まれるグロープラグへの通電のタイミングや時間などに応じて、各スイッチング素子３０のゲートがオン／オフされる。これにより、各スイッチング素子３０にバッテリ電位に基づく電流が流れ、当該電流はＧＰ配線７０およびＧＰ端子４４を経由して、図示しない配線を介してグロープラグに流れる。

このようにして、グロープラグに通電が行われる場合、バッテリ端子４３からＢＡＴＴ配線６０には、各気筒用のスイッチング素子３０の全ての電流が流れ、最大数百Ａの電流が流れる。他方、スイッチング素子３０からＧＰ配線７０には数十Ａの電流が流れる。

しかし、上述のように、ＢＡＴＴ配線６０とＧＰ配線７０とは、それぞれがプリント基板４０を挟むように重なる配置になっていないため、プリント基板４０の一部が一方の面と他方の面の両面からＢＡＴＴ配線６０およびＧＰ配線７０による熱の影響を受けることはない。したがって、プリント基板４０がＢＡＴＴ配線６０およびＧＰ配線７０の両方の発熱の熱ストレスを受けることはない。

以上説明したように、本実施形態では、バッテリ端子４３とＧＰ端子４４との間であって、各スイッチング素子３０の一側面がバッテリ端子４３とＧＰ端子４４とが並べられた一方向に対して垂直な直線８０を向くように各スイッチング素子３０が配置されていることが特徴となっている。

これによると、各スイッチング素子３０のドレイン端子３１とバッテリ端子４３とは各シャント抵抗５０を介してＢＡＴＴ配線６０にて接続され、各スイッチング素子３０のソース端子３２と各ＧＰ端子４４とはＧＰ配線７０を介してそれぞれ接続されるため、ＢＡＴＴ配線６０をバッテリ端子４３側に配置することができ、ＧＰ配線７０をＧＰ端子４４側に配置することができる。これにより、ＢＡＴＴ配線６０とＧＰ配線７０とがプリント基板４０を挟むようにプリント基板４０の両面に配置される配置形態を取らないようにすることができる。

したがって、プリント基板４０の一部がＢＡＴＴ配線６０およびＧＰ配線７０に挟まれることによって両者の発熱の熱ストレスを受けないようにすることができ、プリント基板４０への発熱による熱の影響を低減することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、図１に示されるように、各スイッチング素子３０は、バッテリ端子４３側およびＧＰ端子４４側に２つずつ配置されているが、例えば、バッテリ端子４３側のみに配置されていても良いし、ＧＰ端子４４側のみに配置されていても良い。

もちろん、図１に示されるスイッチング素子３０の数は一例を示したものであり、エンジンの気筒数に応じて変動する。

上記実施形態では、バスバー２０はヒートシンク１０の上に配置されているが、回路装置にヒートシンク１０が備えられていない構成としても良い。

本発明の一実施形態に係る回路装置の平面図である。図１のＡ矢視図である。課題を説明するための図であり、グロープラグコントローラの平面図である。課題を説明するための図であり、図３のＢ矢視図である。

符号の説明

２０…バスバー、３０…スイッチング素子、３１…ドレイン端子、３２…ソース端子、４０…プリント基板、４３…バッテリ端子、４４…ＧＰ端子、５０…シャント抵抗、６０…ＢＡＴＴ配線、７０…ＧＰ配線、８０…直線。

Claims

バッテリに接続されるバッテリ端子（４３）と、気筒ごとに取り付けられたグロープラグそれぞれに接続される複数のＧＰ端子（４４）とを有し、前記バッテリ端子（４３）と前記複数のＧＰ端子（４４）とが一方向に並べられて配置されたプリント基板（４０）と、
チップ状であって、一側面に設けられたドレイン端子（３１）およびソース端子（３２）が前記プリント基板（４０）に固定されるものであり、前記一側面に垂直な底面が、前記プリント基板（４０）に対向配置される板状のバスバー（２０）の上に配置される複数のスイッチング素子（３０）と、
前記複数のスイッチング素子（３０）に対応して前記プリント基板（４０）にそれぞれ設けられると共に、各一方が前記複数のスイッチング素子（３０）のドレイン端子（３１）にそれぞれ接続される複数のシャント抵抗（５０）と、
前記プリント基板（４０）に設けられ、前記複数のシャント抵抗（５０）の他方すべてと前記バッテリ端子（４３）とを接続するＢＡＴＴ配線（６０）と、
前記プリント基板（４０）に設けられ、前記複数のスイッチング素子（３０）の各ソース端子（３２）と前記複数のＧＰ端子（４４）とをそれぞれ接続する複数のＧＰ配線（７０）とを備え、
前記複数のスイッチング素子（３０）は、前記各一側面が、前記プリント基板（４０）のうち前記バッテリ端子（４３）と前記ＧＰ端子（４４）との間に配置されると共に、前記バッテリ端子（４３）と前記ＧＰ端子（４４）との間において前記バッテリ端子（４３）と前記複数のＧＰ端子（４４）とが並べられた一方向に対して垂直に延びる直線（８０）に向くように配置されていることを特徴とする回路装置。
前記複数のスイッチング素子（３０）は、前記バッテリ端子（４３）側に配置されて前記一側面が前記直線（８０）に向けられるものと、前記ＧＰ端子（４４）側に配置されて前記一側面が前記直線（８０）に向けられるものとを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。