JP2011009418A - Insulating transformer for switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属ベース基板を用いて絶縁トランスの伝導放熱を行うスイッチング電源装置の絶縁トランスに関する。
The present invention relates to an insulating transformer of a switching power supply apparatus that conducts and dissipates heat of the insulating transformer using a metal base substrate.
金属ベース基板に実装してスイッチング電源装置として使用する絶縁トランスは、小型で実装スペースをとらず、放熱容易な構造であることが望まれている。 An insulating transformer that is mounted on a metal base substrate and used as a switching power supply device is desired to have a structure that is small in size, does not take a mounting space, and can easily dissipate heat.
しかしながら、小型化の課題は、絶縁トランス自体の小型化と同時に、安全規格に準じた絶縁距離の確保が要求され、空間を通して測定される端子とトランスの空間距離は、動作電圧に応じて決まっている。このため従来は、絶縁物を使用して絶縁物表面に沿って測定した沿面距離により絶縁距離の確保を図っていた。また、トランスを覆う絶縁物のカバーを使用する場合などでは絶縁距離は確保できても、放熱性を低下させる原因となっていた。 However, the challenge of miniaturization is that the insulation transformer itself must be miniaturized, and at the same time, it is necessary to ensure an insulation distance according to safety standards. The space distance between the terminal and the transformer measured through the space is determined according to the operating voltage Yes. For this reason, conventionally, the insulation distance has been secured by the creepage distance measured along the surface of the insulator using an insulator. In addition, when an insulating cover that covers the transformer is used, even if the insulation distance can be secured, the heat dissipation is reduced.
従来のスイッチング電源装置に用いる絶縁トランスは、例えば図9に示す構造となっている。
図9において、52はコア、54は一次側端子、56は二次側端子、58はボビン、60は金属ベース基板である。
An insulating transformer used in a conventional switching power supply device has a structure shown in FIG. 9, for example.
In FIG. 9, 52 is a core, 54 is a primary side terminal, 56 is a secondary side terminal, 58 is a bobbin, and 60 is a metal base substrate.
図9の従来例に示すように、放熱性を向上させるために、金属ベース基板60にコア52を直接接触させて放熱させる構造とし、絶縁距離は、コア52と一次側端子54との距離Xを長くすることにより確保していた。 As shown in the conventional example of FIG. 9, in order to improve heat dissipation, the core 52 is in direct contact with the metal base substrate 60 to dissipate heat, and the insulation distance is the distance X between the core 52 and the primary terminal 54. It was secured by lengthening.
このようなコアと金属ベース基板を直接接触させた方法での熱伝導効率を向上させる方法としては、コアと金属ベース基板間に微小な空隙を設けて、高熱伝導率樹脂、例えばゲル状のシリコン、エポキシ樹脂を充填し、またはシート状のシリコンを介して密着性を向上させてコアでの発生した熱を金属ベース基板に効率よく伝導放熱する方法が提案されている(例えば特開平4−209509号公報等参照)。 As a method for improving the heat conduction efficiency in the method in which the core and the metal base substrate are in direct contact with each other, a minute gap is provided between the core and the metal base substrate, and a high thermal conductivity resin such as gel-like silicon is provided. In other words, a method has been proposed in which the heat generated in the core is efficiently transferred to and dissipated from the metal base substrate by filling the epoxy resin or improving the adhesion through sheet-like silicon (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-209509). No. publication etc.).
絶縁距離を確保する方法としては、図10に示すものがある。図10において、72はコア、74は樹脂ケース、76は一次側端子、78は二次側端子、80は金属ベース基板であり、コア72自体を絶縁性の樹脂を充填した樹脂ケース74で覆う方法がある。また、トランスのボビンを利用して絶縁距離を確保する例もある(例えば特開2006−228996号公報等参照)。 As a method of ensuring the insulation distance, there is one shown in FIG. In FIG. 10, 72 is a core, 74 is a resin case, 76 is a primary side terminal, 78 is a secondary side terminal, and 80 is a metal base substrate, and the core 72 itself is covered with a resin case 74 filled with an insulating resin. There is a way. There is also an example in which an insulation distance is secured by using a bobbin of a transformer (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-228996).
しかしながら、従来の方法では、コアで発生した熱を効率よく金属ベース基板に伝導放熱しようとして、コアを金属ベース基板に直接接触させても、一次側端子との絶縁距離が長くなり、実装スペースを広くとらなければならないという問題があった。 However, in the conventional method, even if the core is brought into direct contact with the metal base substrate in an attempt to efficiently conduct and dissipate the heat generated in the core, the insulation distance from the primary side terminal becomes long and the mounting space is reduced. There was a problem that had to be taken widely.
また、実装スペースを狭くするために、コアを絶縁樹脂で覆う方法では、コアで発生した熱は、絶縁樹脂を通して伝導放熱されるため、熱伝導効率が低下して熱量の多く発生する高出力電力品では使用できない問題があった。 In addition, in the method of covering the core with insulating resin in order to reduce the mounting space, the heat generated in the core is conducted and dissipated through the insulating resin, resulting in a decrease in heat conduction efficiency and generation of a large amount of heat. There was a problem that could not be used with the product.
本発明の目的は、金属ベース基板に絶縁トランスを実装するスイッチング電源装置において、絶縁距離を長くとることなく伝導放熱特性の良好なスイッチング電源装置の絶縁トランスを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an insulating transformer for a switching power supply having good conduction and heat dissipation characteristics without taking a long insulation distance in a switching power supply in which an insulating transformer is mounted on a metal base substrate.
本発明は、金属ベース基板に実装してスイッチング電源装置に用いられる絶縁トランスであって、絶縁距離と放熱の問題を解決した絶縁トランスを提供する。 The present invention provides an insulating transformer which is mounted on a metal base substrate and used for a switching power supply device, and which solves the problems of insulating distance and heat dissipation.
本発明の絶縁トランスは、一次巻線と二次巻線が巻回されているコアと、一次巻線の一次側端子と、二次巻線の二次側端子と、一次側端子とコアの間及びコア部底面部に接する面に開口部を有する絶縁カバーと、コア底面部の絶縁カバー開口部に相対する位置に設けられた放熱板とを備えている。 The insulating transformer of the present invention includes a core around which a primary winding and a secondary winding are wound, a primary side terminal of the primary winding, a secondary side terminal of the secondary winding, a primary side terminal, and a core. An insulating cover having openings in the space and a surface in contact with the bottom surface of the core portion, and a heat radiating plate provided at a position facing the insulating cover opening in the core bottom surface portion.
スイッチング電源装置用の絶縁トランスは、入力電圧を整流平滑した直流電圧を出力電圧に変換する機能を有し、スイッチング電源の入力側である1次側と出力側である2次側を絶縁する機能を合わせて持っている。このため、絶縁距離は、コアと一次側端子間を考慮すればよく、この空間に絶縁カバーを設けて沿面距離を加算している。 An insulating transformer for a switching power supply device has a function of converting a DC voltage obtained by rectifying and smoothing an input voltage into an output voltage, and a function of insulating a primary side which is an input side of a switching power supply and a secondary side which is an output side Have together. For this reason, the insulation distance should just consider between a core and a primary side terminal, the insulation cover is provided in this space, and the creeping distance is added.
また、絶縁カバーのコア底面部に接する部分に開口部を設けて、コア底面部に備えた放熱板を金属ベース基板に接する構造とし、コアで発生する熱を、金属ベース基板に伝導放熱させる構造としている。 In addition, an opening is provided in the portion of the insulating cover that contacts the bottom surface of the core so that the heat sink provided on the bottom surface of the core is in contact with the metal base substrate, and the heat generated in the core is conducted and dissipated to the metal base substrate. It is said.
また、コアを1次側電位として、コアと2次側端子の間に絶縁ケースを設ける構造とすることも可能である。 It is also possible to employ a structure in which an insulating case is provided between the core and the secondary terminal with the core as the primary potential.
絶縁トランスにおいて、放熱板は、金属であることを特徴とする。金属とすることにより熱伝導効率を高くすることができる。 In the insulating transformer, the heat radiating plate is made of metal. By using a metal, the heat conduction efficiency can be increased.
さらに絶縁トランスにおいて、金属の放熱板を銅とすることを特徴とする。金属ベース基板と接触して伝導放熱を効率よく行うために、低コストでハンダ付け可能である銅を使用することにより密着性を向上させることができる。 Furthermore, in the insulating transformer, the metal heat dissipation plate is made of copper. In order to efficiently conduct and dissipate heat in contact with the metal base substrate, the adhesion can be improved by using copper which can be soldered at low cost.
また、絶縁トランスにおいて、放熱板は、表面にハンダ付け可能なメッキ処理が施されていることを特徴とする。 In the insulating transformer, the heat radiating plate is subjected to a plating process capable of being soldered to the surface.
絶縁トランスにおいて、放熱板はコアの一部を突起形状としてコアと一体的に成型されていることを特徴とする絶縁トランスとしてもよい。コア底面部の開口部からの放熱板としてコアそのものに放熱板の形状をした突起物を一体成型する。 In the insulating transformer, the heat radiating plate may be an insulating transformer characterized in that a part of the core is formed in a protruding shape and is integrally formed with the core. As a heat radiating plate from the opening on the bottom surface of the core, a protrusion having a heat radiating plate shape is integrally formed on the core itself.
放熱板を設けた絶縁トランスは、金属ベース基板に実装する際、金属ベース基板上に、コア底面部に取り付けた放熱板と相対する位置に伝導放熱用のパットを設けたことを特徴とする。これにより、コアでの発生した熱は、放熱板を伝導して金属ベース基板に効率よく拡散される。 An insulating transformer provided with a heat radiating plate is characterized in that a conductive heat radiating pad is provided on the metal base substrate at a position opposite to the heat radiating plate attached to the bottom surface of the core when mounted on the metal base substrate. Thereby, the heat generated in the core is efficiently diffused to the metal base substrate through the heat sink.
放熱板は、金属ベース基板上に実装される際に、金属ベース基板上のパッドとハンダ付けされて金属ベース基板に実装されることを特徴とする。パットは、金属ベース基板の絶縁層上に設けられたハンダ付け用のランドであり、絶縁トランスの一次側端子と二次側端子を金属ベース基板上のパターンにハンダ付けする際に、放熱板とパッドも同時にハンダ付けすることで良好な密着性を得た実装ができる。
When the heat sink is mounted on the metal base substrate, the heat sink is soldered to a pad on the metal base substrate and mounted on the metal base substrate. The pad is a land for soldering provided on the insulating layer of the metal base substrate. When soldering the primary and secondary terminals of the insulating transformer to the pattern on the metal base substrate, Mounting with good adhesion can be achieved by soldering the pad at the same time.
本発明によれば、コアと一次側端子の間に絶縁ケースを設けて、沿面距離を確保しているので、コアと一次側端子の距離を長くする必要がなく、実装スペースを小さくできる効果がある。 According to the present invention, the insulation case is provided between the core and the primary side terminal to ensure the creepage distance, so there is no need to increase the distance between the core and the primary side terminal, and the effect of reducing the mounting space can be achieved. is there.
コアで発生する熱は、コアと金属ベース基板間に放熱板を介して伝導放熱させることができるため、絶縁ケースを使用しても高効率の放熱が可能となる効果が得られる。 Since the heat generated in the core can be conducted and radiated between the core and the metal base substrate through a heat radiating plate, an effect of enabling high-efficiency heat dissipation is obtained even if an insulating case is used.
放熱板を金属、望ましくは銅とすることで、高熱伝導効率となり、放熱板はハンダ付けを可能とするメッキ処理をすることで、端子とともにハンダ付けが可能となる。これにより、放熱板と金属ベース基板の密着性が向上するほか、一次側端子と二次側端子のパターンとのハンダ付け工程と同時に製造可能となり製造性の向上も期待できる。 By making the heatsink a metal, preferably copper, high heat conduction efficiency is obtained, and the heatsink can be soldered together with the terminals by performing a plating process that enables soldering. Thereby, in addition to improving the adhesion between the heat sink and the metal base substrate, it is possible to manufacture at the same time as the soldering process of the pattern of the primary side terminal and the secondary side terminal, and an improvement in productivity can be expected.
放熱板は、コアの底面部に、放熱板形状相当の突起を設けることでコアと一体的に成型すれば部品点数を削減でき、低コスト化の効果が得られる。 If the heat sink is formed integrally with the core by providing a protrusion corresponding to the heat sink shape on the bottom surface of the core, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.
金属ベース基板には、放熱板と接するパットが設けられていることにより、ハンダ付けによる密着性の向上で、伝導放熱を効率よく行うことができる。 Since the metal base substrate is provided with a pad in contact with the heat radiating plate, conductive heat radiation can be efficiently performed with improved adhesion by soldering.
本発明によれば、金属ベース基板に実装した絶縁トランスによるスイッチング電源装置において、コアと一次側端子間を短くできるため小型化が可能で、高い伝導放熱効果を得ることができる効果がある。
According to the present invention, in a switching power supply device using an insulating transformer mounted on a metal base substrate, the distance between the core and the primary side terminal can be shortened, so that the size can be reduced and a high conductive heat radiation effect can be obtained.
本発明によるスイッチング電源装置の絶縁トランスの実施例を、図1〜図7を用いて以下に説明する。 An embodiment of an insulating transformer of a switching power supply device according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は、本発明の絶縁トランス11を金属ベース基板40に実装した実施形態の斜視図である。絶縁トランス11は、コア12、一次側端子18、二次側端子20、絶縁カバー16、一次側コイル22と二次側コイル24から構成されている。金属ベース基板40は、パターン32、絶縁層42と金属板44から構成されている。
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment in which the insulating transformer 11 of the present invention is mounted on a
一次側コイル22は一次側端子18からコア12に一次巻線として巻回される。同様に二次側コイル24は、二次側端子20からコア12に二次巻線として巻回されている。なお、一次側コイル22は入力側、また二次側コイル22は出力側のコア12からの引き出し部分のみを示している。
The
絶縁距離を確保するために、絶縁カバー16を設けている。絶縁カバー16は、コア12の底面部と、コア12と一次側端子18間を挟んで高い壁となるように構成した、ほぼL字形状をしている。コア12と一次側端子18との間の絶縁距離は、絶縁体である絶縁カバー16を介して配置されているので、空間距離に加えて絶縁カバー16の沿面に沿った沿面距離が加算された距離となり、コア12と一次側端子18の空間距離を長くしなくても絶縁距離は確保できる。
An
一次側端子18と二次側端子20は、金属ベース基板40の金属板44に積層された絶縁層42上に配線されたパターン32とハンダ付けされて実装される。絶縁トランス11が金属ベース基板40に実装された状態でのコア12において発生した熱の金属板44への伝導放熱については、図2により説明する。
The
図2は、本発明のスイッチング電源装置の正面図である。絶縁カバー16とコア12の底面部に接する部分には開口部26があり、コア12に接する放熱板14が開口部26から金属ベース基板40に接する構造となっている。金属ベース基板40での絶縁層42には、放熱板14と接するパット30を設けている。従って、コア12で発生した熱は、放熱板14、パット30そして絶縁層42を介して、金属板44に伝導放熱して、金属板44で熱拡散することになる。パット30は、配線となる銅線のランドパターンであり、放熱板14とはハンダ付けされる。ハンダ付けは、絶縁トランス11を金属ベース基板40に実装する際に、一次側端子18および二次側端子20とともにリフローによりハンダ付けを同時に行う。このようにハンダ付けすることにより、製造性を向上させることはもちろん、放熱板14と金属ベース基板40との密着性をよくして効率の良い放熱を実現させている。
FIG. 2 is a front view of the switching power supply device of the present invention. An opening 26 is provided at a portion in contact with the insulating
図3は、本発明の絶縁トランス11をヒートシンク46へ実装したときの正面図である。コア12で発生した熱は、放熱板14、パット30と絶縁層42を介して金属ベース基板40の金属板44に伝導放熱されるが、さらに放熱効果を高くするために、絶縁トランス11を、放熱用のヒートシンク46に搭載している。このコア12で発生した熱の伝導放熱の流れ48を矢印で示す。放熱板14、パット30から伝導した熱は金属板44で横方向に広く拡散し、ヒートシンク46全面に伝導して熱の放出効果を高めている。
FIG. 3 is a front view when the insulating transformer 11 of the present invention is mounted on the heat sink 46. The heat generated in the
図4は、本発明による絶縁トランス11の、コイル関係を除いた分解図である。コイルはコアの中足に巻回されるので、コア12の上面部と底面部にはコイルが存在せず、平面となっている。この底面部の平面に当接して平板状の放熱板14を設ける。
FIG. 4 is an exploded view of the insulating transformer 11 according to the present invention excluding the coil relation. Since the coil is wound around the middle leg of the core, the coil does not exist on the upper surface portion and the bottom surface portion of the
放熱板14の厚さは、コア12の底面部が接する絶縁カバー16の厚さ相当である。大きさは、コア12の底面部と同じか又はそれ以下とする。放熱板14はコアの熱を伝導放熱するために設けるものであり、材料は熱伝導率の高い金属とし、望ましくは銅とする。銅は低コストで、ハンダ付け可能であることから、図2に示した金属ベース基板40に形成されたパッド30へはハンダ付けにより良好な密着性を備えて製造できる。また、放熱板14は、他のハンダ付けできない材料を使用した場合は、放熱板14の表面にメッキ処理をしてハンダ付け可能とすることもできる。この場合の放熱板14への表面処理は、ニッケルメッキ、錫メッキ、ニッケルパラジュ−ムメッキ等がある。
The thickness of the
絶縁カバー16は、底板部分に開口部26を有し、コア12に設けられた放熱板14を通す。ただし、開口部26と1次側パターン32との間には安全規格で定められた絶縁距離を確保する必要がある。また、絶縁カバー16は、コア12の側面部には板状の絶縁壁16aを設けて、図1に示したコア12と一次側端子18との間に絶縁物を配置した構造としている。この絶縁壁16aは、コア12と図1に示した一次側端子18との絶縁距離が空間距離のみである場合に対して、絶縁壁16aに沿った沿面距離が加算されるので、コア12からの一次側端子18位置を短い距離で配置できるようになる。また、絶縁カバー16は、図1に示した一次側端子18と二次側端子20を支持する役割も果たしている。
The insulating
図5は絶縁トランス11の斜視図、図6は絶縁トランス11の底面部である。図5及び図6において、一次側コイル22と二次側コイル24を巻回したコア12と放熱板14に、一次側端子18と二次側端子20を取り付けた絶縁カバー16を組み立て、小型で放熱性の良好な絶縁トランス11とすることができる。絶縁カバー16底面の開口部26を通した放熱板14は、図1に示した金属ベース基板40のパットに当接する。
FIG. 5 is a perspective view of the insulating transformer 11, and FIG. 6 is a bottom surface portion of the insulating transformer 11. 5 and 6, the insulating
図7は、金属ベース基板40の斜視図である。伝導放熱用の金属板44に絶縁層42が積層され、さらに絶縁層42には、図1に示した一次側端子18と二次側端子20をハンダ付けして絶縁トランス11を固定するための銅配線によるパターン32,34が設けられている。そして、図6に示した放熱板14を受けるパット30を設けている。パット30は、パターン32,34と同様に銅の配線パターンであり、図6に示した放熱板14に対応した大きさのランドである。絶縁層42は薄く、熱伝導特性に与える影響は少ない。金属板44は、軽量なアルミ等を使用している。
FIG. 7 is a perspective view of the
図8は、放熱板14をコア12と一体に整形した場合のコア12の形状を示す図であり、図8(A)に底面を、図8(B)に側面を示している。コア12は、フェライト等を型で成型して製造するが、成型用の型を放熱板14に相当する形状を有する型とすることにより一体的に製造してもよい。これにより放熱板14を別の個別部品として用意する必要が無く、コスト面で有利であるばかりでなく、コア12と放熱板14との接続部がないため、熱伝導特性がよく放熱性に優れた構造とすることができる。
FIG. 8 is a diagram showing the shape of the core 12 when the
なお、上記の実施形態にあっては、コアを二次側電位とみなして一次側端子との間に絶縁カバーを設けた例で説明したが、コアを一次側電位とみなして二次側端子との間に絶縁カバーを設けてもよい。 In the above embodiment, the example in which the core is regarded as the secondary side potential and the insulating cover is provided between the core and the primary side terminal has been described. However, the core is regarded as the primary side potential and the secondary side terminal. An insulating cover may be provided between the two.
以上、本発明について説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した限定は受けない。
Although the present invention has been described above, the present invention includes appropriate modifications that do not impair the object and advantages thereof, and is not limited to the above-described embodiments.
11:絶縁トランス
12:コア
14:放熱板
16:絶縁カバー
16a:絶縁壁
18:一次側端子
20:二次側端子
22:一次側コイル
24:二次側コイル
26:開口部
30:パット
32、34:パターン
40:金属ベース基板
42:絶縁層
44:金属板
46:ヒートシンク
48:伝導放熱の流れ
11: insulation transformer 12: core 14: heat sink 16: insulation cover 16a: insulation wall 18: primary side terminal 20: secondary side terminal 22: primary side coil 24: secondary side coil 26: opening 30:
Claims (8)
一次巻線の一次側端子と、
二次巻線の二次側端子と、
一次側端子とコアの間及びコア部底面部に接する面に開口部を有する絶縁カバーと、
前記コア底面部の前記絶縁カバー開口部に相対する位置に設けられた放熱板と、
を備えた絶縁トランス。
A core around which a primary winding and a secondary winding are wound;
The primary terminal of the primary winding;
A secondary terminal of the secondary winding;
An insulating cover having an opening on the surface between the primary terminal and the core and on the surface in contact with the core bottom surface;
A heat dissipating plate provided at a position facing the insulating cover opening of the core bottom surface,
Insulation transformer with.
一次巻線の一次側端子と、
二次巻線の二次側端子と、
二次側端子とコアの間及びコア部底面部に接する面に開口部を有する絶縁カバーと、
前記コア底面部の前記絶縁カバー開口部に相対する位置に設けられた放熱板と、
を備えた絶縁トランス。
A core around which a primary winding and a secondary winding are wound;
The primary terminal of the primary winding;
A secondary terminal of the secondary winding;
An insulating cover having an opening on a surface between the secondary terminal and the core and in contact with the core bottom surface;
A heat dissipating plate provided at a position facing the insulating cover opening of the core bottom surface,
Insulation transformer with.
前記放熱板は、金属であること、
を特徴とする絶縁トランス。
The insulation transformer according to claim 1 or 2,
The heat sink is a metal;
Insulation transformer characterized by.
前記放熱板は、銅であること、
を特徴とする絶縁トランス。
The insulation transformer according to claim 3,
The heat sink is copper;
Insulation transformer characterized by.
前記放熱板は、表面にハンダ付け可能なメッキ処理が施されていること、
を特徴とする絶縁トランス。
The insulation transformer according to claim 1 or 2,
The heat sink is plated on the surface so that it can be soldered,
Insulation transformer characterized by.
前記放熱板は、前記コアの一部を突起形状として前記コアと一体的に成型されていること、
を特徴とする絶縁トランス。
The insulation transformer according to claim 1 or 2,
The heat sink is molded integrally with the core with a part of the core as a protruding shape,
Insulation transformer characterized by.
7. The insulating transformer according to claim 1, further comprising a metal base substrate disposed outside the insulating cover, wherein the metal base substrate is opposed to a heat sink attached to the bottom surface of the core. An insulating transformer characterized in that a conductive heat dissipating pad is provided.
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