JP2010147039A - Switching power supply device, switching power supply system, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源装置、スイッチング電源装置を使用した電源システム、スイッチング電源装置を使用した電子装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device, a power supply system using the switching power supply device, and an electronic device using the switching power supply device.
電子装置には一般的にスイッチング電源装置が内蔵されている。一般的なスイッチング電源装置は、電子部品とプリント基板、板金で構成され、前記電子部品を前記プリント基板へ搭載し前記板金へ固定する。そして、前記電子部品のリードと前記板金の接触を防止するために前記電子部品のリードと前記板金の間に絶縁シートを取付ける実装構造が一般的に用いられている。 Electronic devices generally have a built-in switching power supply device. A general switching power supply device includes an electronic component, a printed board, and a sheet metal, and the electronic component is mounted on the printed board and fixed to the sheet metal. A mounting structure is generally used in which an insulating sheet is attached between the lead of the electronic component and the sheet metal in order to prevent contact between the lead of the electronic component and the sheet metal.
具体的には、コーセル株式会社のWebサイトで公開されている技術情報「基板単体製品の取扱いについてのお願い」の絶縁距離項目のような、プリント基板を固定用金具とネジで固定し、電子部品のリードと板金の間の距離が不足する場合は、プリント基板と板金の間に絶縁シートを挿入することが一般的である。 Specifically, the printed circuit board is fixed with fixing brackets and screws, such as the insulation distance item in the technical information “Request for Handling Single Board Products” published on the website of Cosel, Inc. When the distance between the lead and the sheet metal is insufficient, it is common to insert an insulating sheet between the printed board and the sheet metal.
図6に従来技術を用いたスイッチング電源装置の例を示す。図6のスイッチング電源装置は、抵抗器506、コンデンサ507、コイル508、スイッチ素子509、論理素子510をプリント基板502へ挿入し、半田付けにより固定および電気接続をおこない、プリント基板502を固定用金具503a、固定用金具503bとネジ505a、ネジ505bを使用し板金511へ固定し、プリント基板502と板金511の間に絶縁シート504を用いた実装構造である。
FIG. 6 shows an example of a switching power supply device using the prior art. In the switching power supply device of FIG. 6, a
次に、図6のスイッチング電源装置の構成部品と実装構造について説明する。抵抗器506、コンデンサ507、コイル508、スイッチ素子509、論理素子510は、スイッチング電源装置の電気的機能を実現するための電子回路に使用する電子部品であり、プリント基板502の貫通穴へ挿入する。プリント基板502は、前記電子部品のリードに対応した貫通穴を有し、前記貫通穴へ前記電子部品のリードを挿入し、前記電子部品のリードとプリント基板502を半田付けすることにより前記電子部品間の電気接続を実現する。ネジ505a、505bと固定用金具503a、固定用金具503bは板金511へプリント基板502を固定するために用いる。絶縁シート504は板金511へ貼り付け、活電部である前記電子部品のリードと板金511の間の電気的絶縁を保つために用い、スイッチング電源装置の電気的機能を損なわないために必要である。板金511は、スイッチング電源装置から発生する電磁波の外部への排出を抑制、活電部への接触の防止、機械的強度の確保のために用いる。
Next, the components and mounting structure of the switching power supply device of FIG. 6 will be described. The
図6に示した従来技術を用いたスイッチング電源装置では、電子部品のリードと絶縁シート間の距離が短いため、前記電子部品のリードにより前記絶縁シートに傷が発生し絶縁機能の低下、さらに前記電子部品のリードが前記絶縁シートを貫通し板金と接触した場合には、スイッチング電源装置の電気的機能が損なわれる可能性がある。また、前記電子部品のリードと前記絶縁シート間の距離を長くするとスイッチング電源装置が大形化となる。 In the switching power supply using the prior art shown in FIG. 6, since the distance between the lead of the electronic component and the insulating sheet is short, the insulating sheet is damaged by the lead of the electronic component, and the insulation function is reduced. When the lead of the electronic component penetrates the insulating sheet and comes into contact with the sheet metal, the electrical function of the switching power supply device may be impaired. Further, when the distance between the lead of the electronic component and the insulating sheet is increased, the switching power supply device is increased in size.
一例として、サーバ装置に代表される1Uサイズ(高さ:44.4mm)の電子装置に内蔵されるスイッチング電源装置を想定する。 As an example, a switching power supply device built in an electronic device of 1U size (height: 44.4 mm) typified by a server device is assumed.
1Uサイズの電子装置へスイッチング電源装置を内蔵するためには、電子装置の板金厚さとスイッチング電源装置の製造誤差および取付け余裕を考えると、スイッチング電源装置の高さを40mm以下とする必要がある。スイッチング装置の電子部品には高耐圧のコンデンサに代表されるような高背部品が必要で、一般的に高耐圧のコンデンサの部品高さは30mm以上である。また、一般的に1Uサイズの電子装置へ内蔵するスイッチング電源装置のプリント基板502の厚さは1.6mm、板金511の厚さは1mm、固定用金具503aと固定用金具503bの高さは3mm、抵抗器506、コンデンサ507、コイル508、スイッチ素子509、論理素子510の電子部品のリードがプリント基板502から出る長さは2.5mmであり、安全規格上の電気的絶縁機能を保証するための絶縁シート504の厚さは0.4mmである。よって、前記電子部品のリードと絶縁シート504の間の距離は、固定用金具503aと固定用金具503bの高さから前記電子部品のリードが基板から出る長さと絶縁シート504の厚さを引いた距離となり、3mm−2.5mm−0.4mm=0.1mmと極僅かな距離しか確保できない。
In order to incorporate a switching power supply device into a 1U size electronic device, the height of the switching power supply device needs to be 40 mm or less in consideration of the sheet metal thickness of the electronic device, the manufacturing error of the switching power supply device, and the mounting margin. The electronic parts of the switching device require high-profile parts typified by a high voltage capacitor, and the component height of a high voltage capacitor is generally 30 mm or more. In general, the thickness of the printed
よって、前記電子部品の質量および外部応力により前記プリント基板にたわみが発生した場合には、前記電子部品のリードが絶縁シート504と接触し、絶縁シート503への傷の発生による絶縁シート504の電気的絶縁機能の低下、さらに、前記電子部品のリードが絶縁シート504を貫通した場合には、前記電子部品のリードが板金511と接触し、スイッチング電源装置の電気的機能が損なわれる課題がある。
Therefore, when the printed circuit board is bent due to the mass of the electronic component and external stress, the lead of the electronic component comes into contact with the
また、前記課題を解決するために固定用金具503aと固定用金具503bの高さを高くし、前記電子部品のリードと絶縁シート504の間の距離を長くした場合には、スイッチング電源の高さが高くなり大形化する。例えば、固定用金具503aと固定用金具503bを10mmとすると、スイッチング電源装置の高さは、1mm+10mm+1.6mm+30mm+1mm=43.6mmとなり1Uサイズの電子装置へスイッチング電源を内蔵することはできない。
Further, in order to solve the above problem, when the height of the fixing metal fitting 503a and the fixing metal fitting 503b is increased and the distance between the lead of the electronic component and the
以上のように、スイッチング電源を小型・高信頼性化するには、プリント基板のたわみが発生した場合に、電子部品のリードによる絶縁シートへの傷と貫通穴の発生を防止する実装構造が必要である。 As described above, in order to reduce the size and reliability of switching power supplies, a mounting structure that prevents scratches and through-holes on the insulation sheet due to the leads of electronic components is required when the printed circuit board is bent. It is.
この課題を解決するために、本発明のスイッチング電源装置は、電子部品のリードと絶縁シートの間の距離が短い場合にも、前記プリント基板と前記絶縁シート間に、前記電子部品のリードが挿入される部分を切り欠いた全面スペーサを挿入することにより、電子部品の質量、製造時の外部応力によるプリント基板のたわみが発生した場合の絶縁シートへの傷と貫通穴の発生を防止することを特徴とする。 In order to solve this problem, in the switching power supply device of the present invention, even when the distance between the lead of the electronic component and the insulating sheet is short, the lead of the electronic component is inserted between the printed board and the insulating sheet. In order to prevent scratches and through-holes on the insulation sheet when the printed circuit board is bent due to the mass of electronic components and external stress during manufacturing Features.
本発明のスイッチング電源装置を使用することにより、電子部品のリードと板金間の電気的絶縁を確実に確保でき、小型、高信頼性のスイッチング電源装置、電源システム、電子装置を適用できる。 By using the switching power supply device of the present invention, electrical insulation between the lead of the electronic component and the sheet metal can be reliably ensured, and a small and highly reliable switching power supply device, power supply system, and electronic device can be applied.
以下、本発明を、図面の実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments of the drawings.
図1は本発明の第1の実施例になるスイッチング電源装置の例を示す。図1のスイッチング電源装置は、抵抗器7、コンデンサ8、コイル9、スイッチ素子10、論理素子11をプリント基板2へ挿入し、半田付けにより固定および電気接続をおこない、プリント基板2を板金11へネジ5a、ネジ5bを使用し固定し、板金11に絶縁シート4を貼り付け、プリント基板2と板金11の間に全面スペーサ20を用いた実装構造である。
FIG. 1 shows an example of a switching power supply apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the switching power supply device of FIG. 1, a resistor 7, a
次に、図1のスイッチング電源装置の構成部品と実装構造について説明する。 Next, components and a mounting structure of the switching power supply device of FIG. 1 will be described.
抵抗器6、コンデンサ7、コイル8、スイッチ素子9、論理素子10は、スイッチング電源装置の電気的機能を実現するための電子回路に使用する電子部品である。プリント基板2は、前記電子部品のリードに対応した貫通穴を有し、前記貫通穴へ前記電子部品のリードを挿入し、前記電子部品リードとプリント基板2を半田付けすることにより前記電子部品間の電気接続を実現する。ネジ5a、ネジ5bは板金11へプリント基板2を固定するために用いる。絶縁シート4は板金11へ貼り付け、活電部である前記電子部品のリードと板金11間の電気的絶縁を保つために用い、スイッチング電源装置の電気的機能を損なわないために必要である。板金411は、スイッチング電源装置から発生する電磁波の外部への排出を抑制、活電部への接触の防止、機械的強度の確保のために用いる。そして、前記電子部品のリードによる絶縁シートの傷、貫通穴の発生を防止するために、プリント基板2と絶縁シート4の間に全面スペーサ20を挿入する。全面スペーサ20はネジ5a、ネジ5bによりプリント基板2と共締め固定される。
The
図2に第1の実施例で使用する全面スペーサ20の例を示す。全面スペーサ20は、抵抗器6のリードが挿入される貫通穴106a、貫通穴106bと、コンデンサ7のリードが挿入される貫通穴107と、コイル8のリードが挿入される貫通穴108a、貫通穴108bと、スイッチ素子9のリードが挿入される貫通穴109と、論理素子10のリードが挿入される貫通穴110a、貫通穴110bと、ネジ5aが挿入される貫通穴105aとネジ5bが挿入される貫通穴105bを有し、プリント基板2と同一縦横サイズで、厚さはプリント基板2と絶縁シート4の間の距離に等しく、材料はガラスエポキシ、N66ナイロンに代表される絶縁材料を使用する。また、前記貫通穴はプリント基板2の製造時に使用する基板製造データから容易に作成でき、前記貫通穴が集中している箇所は、大きく切り欠いてもよい。
FIG. 2 shows an example of the
例えば、前記電子部品のリードがプリント基板2から出る長さが2mm、全面スペーサ20の厚さを2.5mmとすると、前記電子部品のリードと絶縁シート4の間の距離は、2.5mm−2mm=0.5mmと極僅かな距離の確保となるが、全面スペーサ20によりプリント基板2の全面に対して絶縁シート4とのスペース確保機能を有するため、前記電子部品の質量、製造時の外部応力によるプリント基板2にたわみが発生した場合に絶縁シートへの傷、貫通穴の発生を防止することができる。また、全面スペーサ20が従来技術である図6の固定用金具503a、固定用金具503bの代わりになるので、固定用金具も不要である。さらに、板金11の厚さを1mm、コンデンサ7の高さを30mm、プリント基板2の厚さを1.6mm、絶縁シート4の厚さを0.4mm、全面スペーサ20の厚さ2.5mmとすると、スイッチング電源装置の高さは、1mm+0.4mm+2.5mm+1.6mm+30mm=36.5mmとなり、スイッチング電源装置を小型化できる。
For example, if the length of the lead of the electronic component is 2 mm and the thickness of the
以上に説明したとおり、本発明のスイッチング電源装置を使用すれば、電気的絶縁を確実に確保でき、小型、高信頼性のスイッチング電源装置を提供することが可能である。 As described above, by using the switching power supply device of the present invention, it is possible to reliably ensure electrical insulation, and to provide a small and highly reliable switching power supply device.
本発明の第2の実施例になるスイッチング電源装置は、第1の実施例と全面スペーサのみ違う。図3に第2の実施例になるスイッチング電源装置に使用する全面スペーサの例を示す。全面スペーサ220は、抵抗器6のリードが挿入される非貫通穴206a、非貫通穴206bと、コンデンサ7のリードが挿入される非貫通穴207と、コイル8のリードが挿入される非貫通穴208a、非貫通穴208bと、スイッチ素子9のリードが挿入される非貫通穴209と、論理素子10のリードが挿入される非貫通穴210a、非貫通穴210bと、ネジ5aが挿入される貫通穴205aとネジ5bが挿入される貫通穴205bを有し、プリント基板2と同一縦横サイズで、厚さはプリント基板2と絶縁シート4の間の距離に等しく、材料はガラスエポキシ、N66ナイロンに代表される絶縁材料を使用する。よって、本実施例は第1の実施例に対して、全面スペーサの電子部品のリードが挿入される穴を貫通穴とせず、非貫通穴とした全面スペーサ220を用いた実施例であるため、第1の実施例と同じ効果が得られる。さらに、本実施例は全面スペーサの前記電子部品のリードが挿入される穴が貫通穴でないため、前記電子部品のリードと板金11の間の絶縁機能も有し、第1の実施例である図1の絶縁シート4が不要である。
The switching power supply according to the second embodiment of the present invention differs from the first embodiment only in the overall spacer. FIG. 3 shows an example of the entire spacer used in the switching power supply device according to the second embodiment. The full-
以上の説明したとおり、本発明のスイッチング電源装置を使用すれば、電気的絶縁を確実に確保でき、小型、高信頼性のスイッチング電源装置を提供することが可能である。 As described above, when the switching power supply device of the present invention is used, it is possible to reliably ensure electrical insulation, and to provide a small and highly reliable switching power supply device.
図4は本発明の第3の実施例で、実施例1または実施例2の実装構造をもつ電源システムである。図4において、301は電源システムであり、302は電源システム入力であり、303a、303b、303cは電源入力であり、304a、304b、304cは図1のスイッチング電源装置1であり、305a、305b、305cは電源出力であり、306は電源システム出力である。図4に示すように本実施例の電源システム301は電源システム入力302にスイッチング電源装置304a、304b、304cの電源入力303a、303b、303cを並列接続し、スイッチング電源装置304a、304b、304cの電源出力305a、305b、305cを並列接続したものに電源システム301の電源システム出力306を接続するものである。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention, which is a power supply system having the mounting structure of the first or second embodiment. 4, 301 is a power supply system, 302 is a power supply system input, 303a, 303b, and 303c are power supply inputs, 304a, 304b, and 304c are the switching
以上説明したとおり、本電源システム301は実施例1または実施例2のスイッチング電源装置を使用していることから、実施例1または実施例2と同様に電気的絶縁を確実に確保でき、小型、高信頼性のスイッチング電源システムを提供することが可能である。
As described above, since the
図5は本発明の第4の実施例で、実施例3の電源システムを有する電子装置である。図5において、401は電子装置であり、402は電源入力であり、403は電源入力であり、404は図1のスイッチング電源装置1であり、405は電源出力であり、406は電子回路である。図5に示すように本実施例の電子装置401は電源入力402にスイッチング電源装置404を接続し、スイッチング電源装置404に電子回路406を接続したものである。ここで、電子回路406は、例えば電子演算回路、メモリ回路、増幅回路、発振回路、D/Aコンバータ、A/Dコンバータなどのデジタル回路、アナログ回路を問わない全ての電子回路である。
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention, which is an electronic apparatus having the power supply system of the third embodiment. In FIG. 5, 401 is an electronic device, 402 is a power input, 403 is a power input, 404 is the switching
以上説明したとおり、電子装置401は実施例1または実施例2のスイッチング電源装置を使用していることから、実施例1または実施例2と同様に電気的絶縁を確実に確保でき、小型、高信頼性のスイッチング電源システムを有する電子装置を提供することが可能である。
As described above, since the
本発明は、電子部品のリードと板金間の電気的絶縁を確実に確保できるスイッチング電源装置、電源システム、電子装置に関するもので、小型、高信頼性のスイッチング電源装置、電源システム、電子装置を提供することができる。すなわち、AC/DC電源、DC/DC電源、UPS電源などの各種電源装置、各種電源システム、及び、各種電子装置に利用することができる。 The present invention relates to a switching power supply device, a power supply system, and an electronic device that can reliably ensure electrical insulation between a lead and a sheet metal of an electronic component, and provides a small, highly reliable switching power supply device, a power supply system, and an electronic device. can do. That is, it can be used for various power supply devices such as AC / DC power supply, DC / DC power supply, UPS power supply, various power supply systems, and various electronic devices.
1…スイッチング電源装置、2…プリント基板、4…絶縁シート、5a、5b…ネジ、6…抵抗器、7…コンデンサ、8…コイル、9…スイッチ素子、10…論理素子、11…板金、20…全面スペーサ、105a、105b…ネジが挿入される貫通穴、106a、106b…抵抗器のリードが挿入される貫通穴、107…コンデンサのリードが挿入される貫通穴、108a、108b…コイルのリードが挿入される貫通穴、109…スイッチ素子のリードが挿入される貫通穴、110a、110b…論理素子のリードが挿入される貫通穴、205a、205b…ネジが挿入される貫通穴、206a、206b…抵抗器のリードが挿入される非貫通穴、207…コンデンサのリードが挿入される非貫通穴、208a、208b…コイルのリードが挿入される非貫通穴、209…スイッチ素子のリードが挿入される非貫通穴、210a、210b…論理素子のリードが挿入される非貫通穴、220…全面スペーサ、301…電源システム、302…電源システム入力、303a、303b、303c…電源入力、304a、304b、304c…スイッチング電源装置、305a、305b、305c…電源出力、306…電源システム出力、401…電子装置、402…電源入力、403…電源入力、404…スイッチング電源装置、405…電源出力、406…電子回路、501…スイッチング電源装置、502…プリント基板、503a、503b…固定用金具、504…絶縁シート、505a、505b…ネジ、506…抵抗器、507…コンデンサ、508…コイル、509…スイッチ素子、510…論理素子、511…板金。
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JP2014127676A (en) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Panasonic Corp | Electronic apparatus |
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