JP2010088153A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化および小型化を妨げることなく、各素子の温度上昇値を均一にして、素子間の温度バラツキを少なくできる電子機器を提供する。
【解決手段】入力側回路からの直流入力電圧をスイッチング素子７のスイッチング動作により交流電圧に変換し、この交流電圧を出力側回路により直流出力電圧に変換して出力する。こうした装置において、入力側回路を構成する入力側発熱素子２１と、スイッチング素子７と、出力側回路を構成する出力側発熱素子２２とを、１アイテムの放熱板４１に取付ける。また好ましくは、入力側発熱素子２１，スイッチング素子７，出力側発熱素子２２の順に、これらの各素子２１，７，２２を並べて配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばスイッチング電源装置などの各種電子機器において、少なくとも入力側回路と、スイッチング素子と、出力側回路とを構成要素として備えた電子機器に関する。

一般に、電子機器の一種であるスイッチング電源装置においては、入力側回路により得られた直流入力電圧を、スイッチング素子のスイッチング動作により交流電圧に変換し、この交流電圧を出力側回路により直流出力電圧に変換して、これを負荷に供給出力する構成を有している。そして、入力側回路には入力側発熱素子として、例えば整流器を構成する複数のダイオードが設けられると共に、出力側回路にも同様に出力側発熱素子として、例えば整流素子や転流素子を構成する同様のダイオードが設けられる。

こうした回路構造の電源装置について、上記入力側発熱素子と出力側発熱素子とを、それぞれ放熱器である個別のヒートシンクに受熱板を介して取付ける構造が、例えば特許文献１などに開示されている。
特開２００８−１７２１４７号公報

上記従来技術では、入力側発熱素子と出力側発熱素子が各々別なヒートシンクに取付けられているので、装置の動作時に各素子の温度上昇値を均一にすることができない。こうした問題を回避するには、入力側発熱素子を取付けたヒートシンクと、出力側発熱素子を取付けた別なヒートシンクとを、お互いにねじなどで固定して熱接続する必要があるが、２アイテムのヒートシンクを使用する関係で、装置の省スペース化および小型化を阻害する懸念を生じていた。

本発明は上記の各問題点に着目してなされたもので、省スペース化および小型化を妨げることなく、各素子の温度上昇値を均一にして、素子間の温度バラツキを少なくできる電子機器を提供することを、その目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、入力側回路からの直流入力電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電圧に変換し、この交流電圧を出力側回路により直流出力電圧に変換して出力する電子機器において、前記入力側回路を構成する入力側発熱素子と、前記スイッチング素子と、前記出力側回路を構成する出力側発熱素子とを、同一の放熱器に取付けた構成としている。

また本発明は、上記目的を達成するために、前記入力側発熱素子，前記スイッチング素子，前記出力側発熱素子の順に各素子を配置している。

請求項１の発明によれば、入力側発熱素子，スイッチング素子および出力側発熱素子から発生するそれぞれの熱が、共通する同一の放熱器に奪い取られるため、これらの各素子の温度上昇値を均一にして、動作温度などによる素子間の温度バラツキを少なくすることができる。また、放熱器を１アイテムに削減できることから、機器としての省スペース化および小型化を実現できる。

請求項２の発明によれば、共通する放熱器に入力側から出力側へと各素子を整然と配置しているため、１アイテムに削減された放熱器と相俟って、省スペース化および小型化を効果的に実現できる。

以下、本発明における電子機器の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施例で提案する電子機器の一例として、スイッチング電源装置の回路構成を示したものである。同図において、１Ａ，１Ｂは装置に交流入力電圧を印加するための入力端子、２Ａ，２Ｂは所定の直流出力電圧が発生する出力端子であり、入力側と出力側とを絶縁する電力変換用のトランス３が、後述するスイッチング素子７と共にインバータを構成して、入力端子１Ａ，１Ｂと出力端子２Ａ，２Ｂとの間に配設される。

前記入力端子１Ａ，１Ｂとトランス３の入力側巻線３Ａとの間には、ブリッジダイオードからなる整流器４と、入力コンデンサ５とによる入力側回路６が配設される。また、入力コンデンサ５の両端間には、前記トランス３の入力側巻線３Ａとスイッチング素子７との直列回路が接続される。整流器４は入力端子１Ａ，１Ｂ間の交流電圧を全波整流するもので、ここで整流された電圧が整流器４の出力端子間に接続する入力コンデンサ５で平滑され、この平滑された直流入力電圧がスイッチング素子７のスイッチング動作によりトランス３の入力側巻線３Ａに断続的に印加される。スイッチング素子７は図示されるように、半導体素子の一種であるＭＯＳ型ＦＥＴで構成されるが、代わりにバイポーラトランジスタなどの各種スイッチ素子を用いてもよい。また、スイッチング素子７のスイッチング動作は、図示しない制御手段からゲートに印加されるパルス駆動信号によって行われる。

一方、トランス３の出力側巻線３Ｂと出力端子２Ａ，２Ｂとの間には、何れもダイオードで構成される整流素子１１および転流素子１２と、チョークコイル１３と、出力コンデンサ１４とによる出力側回路１５が配設される。具体的には、トランス３の出力側巻線３Ｂに整流素子１１が直列接続されると共に、この出力側巻線３Ｂと整流素子１１とにより構成される直列回路の両端間に転流素子１２が接続される。そして、転流素子１２の両端間にはチョークコイル１３と出力コンデンサ１４とによる直列回路が接続され、出力コンデンサ１４の両端間に前記出力端子２Ａ，２Ｂが接続される。ここでは、ダイオード整流方式の出力側回路１５が図示されているが、整流素子１１および転流素子１２を何れもＭＯＳ型ＦＥＴで構成した同期整流方式の出力側回路１５を用いてもよい。

前記出力側回路１５では、スイッチング素子７がオンすると、トランス３の出力側巻線３Ｂに誘起される電圧によって、整流素子１１がオンすると共に転流素子１２がオフし、この誘起電圧がチョークコイル１３を通して出力コンデンサ１４で平滑され、出力端子２Ａ，２Ｂに直流出力電圧として発生する。また、スイッチング素子７がオフすると、今度は整流素子１１がオフすると共に、転流素子１２がオンすることにより、チョークコイル１３の誘起電圧が出力コンデンサ１４で平滑され、これが出力端子２Ａ，２Ｂに直流出力電圧として発生する。つまり、入力側回路６からの直流入力電圧はスイッチング素子７のスイッチング動作により一端交流電圧に変換され、この交流電圧を出力側回路１５により直流出力電圧に変換して、図示しない負荷に出力する構成となっている。

図１に示す回路構成では、整流器４が入力側回路６の入力側発熱素子２１に相当する。また、整流素子１１および転流素子１２が出力側回路１５の出力側発熱素子２２に相当する。本実施例におけるスイッチング電源装置は、トランス３により入力側と出力側を絶縁した構成（絶縁タイプ）となっているが、トランス３の存在しない非絶縁タイプのものでも構わない。さらに、図１に示すフォワード方式以外の回路構成でもよく、その場合に発熱素子としてのスイッチング素子７が複数個あってもよい。

図２および図３は、本実施例で提案するスイッチング電源装置の外観を示すものである。同図に示すように、３１は絶縁層の片面または両面に導電パターンを形成してなる回路基板であって、平面略方形をなす。この回路基板３１の表面すなわち部品実装面上には、前記トランス３やスイッチング素子７からなるインバータを挟んで、入力側回路６と出力側回路１５がそれぞれ左右に分かれて別々に配設される。また、入力側回路６の一側すなわち回路基板３１の一側端部には、入力端子１Ａ，１Ｂが配設されると共に、出力側回路１５の一側すなわち回路基板３１の一側端部には、出力端子２Ａ，２Ｂが配設される。

４１は、アルミニウムなどの導電性および熱伝導性に優れた部材で構成される放熱器たる放熱板で、これは回路基板３１に略直交する垂直部４２と、この垂直部４２の上端を外側（一側）に屈曲した屈曲縁部４３と、垂直部４２より下方に延設した複数の脚部４４により概ね構成され、これら複数の脚部４４が回路基板３１の部品実装面側に固定されている。この放熱板４１の一側に固定された状態で、前述した入力側回路６の入力側発熱素子２１と、スイッチング素子６と、出力側回路１５の入力側発熱素子２２が、回路基板３１の部品実装面上に設けられる。これらの入力側発熱素子２１，スイッチング素子６および出力側発熱素子２２は、何れも部品本体３３の下端に延設する導電性のリード３４を、回路基板３１の所定位置に形成したメッキスルーホール（図示せず）に挿通し、そこで半田付け接続して回路基板３１に実装される。

また放熱板４１は、回路基板３１の部品実装面側から見て矩形状をなす回路基板１の長手方向両側に沿って、かつ幅方向一側寄りに設けられている。一方、放熱板４１の他側に位置する部品実装面には、前述した入力側発熱素子２１，スイッチング素子６および出力側発熱素子２２以外の、各種の電子部品３５が複数実装されている。

ここで注目すべきは、本実施例では放熱器として回路基板３１上に単独の放熱板４１だけが設けられており、入力側発熱素子２１，スイッチング素子７，出力側発熱素子２２の順に、当該放熱板４１に対してそれぞれの素子２１，７，２２が並んで配置されている。そのため、各素子２１，７，２２の温度上昇に伴い、これらの素子２１，７，２２が発熱すると、放熱板４１の垂直部４２に熱が直接伝導し、垂直部４２および屈曲縁部４３からその周辺にある空気と熱交換して放熱されると共に、回路基板３１上において、同じジャンクション温度の素子２１，７，２２を使用するために、各素子２１，７，２２から発生する熱が共通する単一の放熱板４１に奪い取られ、当該放熱板４１に取付けられた素子２１，７，２２間の温度上昇の度合いを均一にすることが可能になる。これにより、動作温度などによる素子２１，７，２２間の温度バラツキを少なくすることができ、スイッチング電源装置として望ましい特性を得ることができる。

また、複数の放熱板４１を用いず、一部品すなわち１アイテムの放熱板４１だけで、各素子２１，７，２２の温度上昇の均一化を図っており、装置として放熱板４１の体積量を減らして、省スペース化および小型化を実現できる。さらに、回路基板３１上における部品配置の点から考えると、スイッチング電源装置の入力側から出力側に跨って、放熱板４１を回路基板３１上の一側寄りに設け、入力側発熱素子２１，スイッチング素子７，出力側発熱素子２２の順に、これらの素子２１，７，２２を放熱板４１に並べて配置することで、省スペース化および小型化のさらなる実現が可能となる。

こうした本実施例独自の特徴を、従来例のスイッチング電源装置を示す図４と比較しながら説明する。なお、この図４において、図１〜図３で示した実施例と同一箇所には同一符号を付し、その共通する部分の説明は重複するため省略する。

従来例では、放熱器として二部品すなわち２アイテムの放熱板５１，５２を用い、一方の放熱板５１に入力側発熱素子２１を取付けると共に、別な放熱板５２にスイッチング素子６と出力側発熱素子２２を取付けている。この場合、各素子２１，７，２２の温度上昇地の均一化を図るためには、それぞれの放熱板５１，５２を図示しないねじなどで固定して、お互いの放熱板５１，５２を熱的に接続する必要がある。また、２アイテムの放熱板５１，５２を使用する関係で、装置としての省スペース化および小型化を阻害している。これに対して、本実施例はこうした従来の問題点を何れも克服している。

以上のように、本実施例では入力側回路６からの直流入力電圧をスイッチング素子７のスイッチング動作により交流電圧に変換し、この交流電圧を出力側回路１５により直流出力電圧に変換して出力する電子機器としてのスイッチング電源装置において、特に入力側回路６を構成する例えば整流器４などの入力側発熱素子２１と、トランス３と共にインバータを構成するスイッチング素子７と、出力側回路１５を構成する例えばダイオード１１，１２などの出力側発熱素子２２とを、同一の放熱器である１アイテムの放熱板４１に取付けている。

こうすると、入力側発熱素子２１，スイッチング素子７および出力側発熱素子２２から発生するそれぞれの熱が、共通する同一の放熱板４１に奪い取られるため、これらの各素子２１，７，２２の温度上昇値を均一にして、動作温度などによる素子２１，７，２２間の温度バラツキを少なくすることができる。また、放熱板４１を１アイテムに削減できることから、電子機器ひいてはスイッチング電源装置としての省スペース化および小型化を実現できる。

また本実施例では、回路基板３１の一側寄りに設けた放熱板４１に対して、入力側発熱素子２１，スイッチング素子７，出力側発熱素子２２の順に、これらの各素子２１，７，２２を並べて配置している。

こうすると、共通する放熱板４１に入力側から出力側へと各素子２１，７，２２を整然と配置しているため、放熱器４１を１アイテムに削減することと相俟って、省スペース化および小型化を効果的に実現できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。説明の都合上、実施例では電子機器としてスイッチング電源装置を示したが、それ以外のものであっても何等差し支えない。また、入力側回路や出力側回路として、ダイオード以外の発熱素子を適用してもよい。また放熱器として、本実施例のような金属プレート状の放熱板に代わり、例えばダイカスト成形されたフィン付きのヒートシンクなどを用いてもよい。

本発明の実施例１を示す電子機器としてのスイッチング電源装置の回路図である。 同上、スイッチング電源装置の正面図である。 同上、スイッチング電源装置の平面図である。 従来例を示すスイッチング電源装置の平面図である。

符号の説明

６ 入力側回路
７ スイッチング素子
１５ 出力側回路
２１ 入力側発熱素子
２２ 出力側発熱素子
４１ 放熱板（放熱器）

Claims (2)

1. 入力側回路からの直流入力電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電圧に変換し、この交流電圧を出力側回路により直流出力電圧に変換して出力する電子機器において、
   前記入力側回路を構成する入力側発熱素子と、前記スイッチング素子と、前記出力側回路を構成する出力側発熱素子とを、同一の放熱器に取付けたことを特徴とする電子機器。
2. 前記入力側発熱素子，前記スイッチング素子，前記出力側発熱素子の順に各素子を配置したことを特徴とする請求項１記載の電子機器。