JP2013003714A - 電源装置および車両用電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント配線板の製造コストの増加を抑制しつつ、効率よく放熱することができる電源装置およびその電源装置を備えた車両用電子制御装置を提供する。
【解決手段】多段接続されるシリーズレギュレータを構成する主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、チップで発生する熱を外部に伝達するための放熱フィン３２、３３を備えている。主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の各放熱フィン３２、３３は、プリント配線板３１に形成された放熱パターン３４、３５にそれぞれ接続される。放熱パターン３４、３５間には、放熱パターン３４、３５と電気的に接続されていない挿入パターン４９が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、多段接続されたシリーズレギュレータを備えた電源装置およびその電源装置を備えた車両用電子制御装置に関する。

例えば、車両に搭載される電子制御装置（ＥＣＵ）に用いられる電源装置は、車載バッテリから供給される入力電圧（例えば＋１２Ｖ）を所望の電圧（例えば＋５Ｖ）に降圧して出力する。このような電源装置として、複数のシリーズレギュレータを多段接続することにより、入力電圧を段階的に降圧して出力するという構成が採用されることがある（例えば、特許文献１参照）。シリーズレギュレータは、入力電源線と出力電源線との間に直列に介在する主トランジスタの導通状態を制御することにより、入力電圧を降圧して出力するものである。

そのため、シリーズレギュレータの主トランジスタは、入出力電圧（入出力電力）の差に応じた熱を発生する。また、主トランジスタにおいて、最も発熱する部分は、チップにて生じた熱をパッケージ外部に伝達するための放熱フィン（金属板）が取り付けられる端子である。その端子は、主トランジスタがバイポーラトランジスタであればコレクタ端子であり、ＭＯＳＦＥＴであればドレイン端子である。

プリント配線板上に実装する部品により上記電源装置を構成する場合、シリーズレギュレータ、特に主トランジスタの発熱対策（放熱）が必要となる。特許文献１記載の構成は、複数のシリーズレギュレータを用いているため、各シリーズレギュレータを構成する主トランジスタごとの発熱は比較的小さくなり、各トランジスタ単体での許容損失が満たされると考えられる。しかし、各トランジスタの配置次第によっては、それぞれのトランジスタによる発熱が相互に影響し合うため、十分に放熱されず、上記許容損失が満たされなくなる可能性がある。

特開２００６−１２７２５３号公報 特開２００５−２２８８４３号公報

上記問題の対策として、各シリーズレギュレータを構成する主トランジスタ同士が十分に離れた状態となるようなレイアウト設計を行うことが考えられる。しかし、主トランジスタ同士の距離をむやみに長くすると、各シリーズレギュレータ間を接続するための導体パターンの長さや面積が増大する。パターン長およびパターン面積が増大することは、回路性能（電力変換効率や耐ノイズ性能など）の低下や、プリント配線板の面積（外形寸法）の増加、ひいてはプリント配線板のコスト高といった問題に繋がる。

一方、特許文献２には、プリント配線板に熱遮断用の溝（スリット）を形成する構成が開示されている。このような構成によれば、プリント配線板上に搭載される各回路部品において発生する熱の伝導が上記溝により遮断される。そのため、各回路部品による発熱が相互に影響することが抑制され、回路部品の放熱が効率よく行われる。しかし、特許文献２記載の構成は、プリント配線板に溝を形成するものであるため、プリント配線板の製造コストが高くなるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プリント配線板の製造コストの増加を抑制しつつ、効率よく放熱することができる電源装置およびその電源装置を備えた車両用電子制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の手段によれば、各シリーズレギュレータは、それぞれが、主トランジスタおよび電源制御回路を備えている。主トランジスタは、入力電源線および出力電源線の間に直列に介在するように設けられている。電源制御回路は、入力電源線を通じて与えられる入力電圧を降圧した出力電圧が出力電源線を通じて出力されるように主トランジスタの導通状態を制御する。各シリーズレギュレータが多段接続されることにより、初段のシリーズレギュレータへの入力電圧が段階的に降圧され、最終段のシリーズレギュレータから所望の電圧値を持つ出力電圧が出力される。

主トランジスタは、それぞれが、そのチップで発生する熱を外部に伝達するための放熱フィンを備えている。このような主トランジスタを含むシリーズレギュレータを構成する各回路素子は、プリント配線板上に搭載される。プリント配線板には、各主トランジスタの放熱フィンに接続される端子を接続するための導体パターンである放熱パターンが形成されている。また、所定段のシリーズレギュレータを構成する主トランジスタの放熱パターンと、その所定段とは異なる段のシリーズレギュレータを構成する主トランジスタの放熱パターンとの間には、各放熱パターンと電気的に接続されていない他の導体パターンである第１挿入パターンが設けられている。

シリーズレギュレータを構成する回路素子のうち、最も発熱する部分は、主トランジスタの放熱フィンに接続される端子である。なお、一般に、上記放熱フィンに接続される端子は、バイポーラトランジスタであればコレクタ端子であり、ＭＯＳＦＥＴであればドレイン端子である。上記構成によれば、その放熱フィンに接続される端子から直接またはプリント配線板に形成された放熱パターンを通じて放射される熱が、第１挿入パターンを通じて放熱される。

従って、第１挿入パターンを挟んで配置された主トランジスタ同士による発熱が相互に影響し合うことが抑制される。その結果、主トランジスタにより生じる熱が放射状に分散されて、効率よく放熱される。また、本手段によれば、プリント配線板に形成される導体パターンの配置に工夫を加えることにより、上記した作用および効果が得られる。つまり、本手段によれば、プリント配線板の製造コストの増加を抑制しつつ、シリーズレギュレータにより発生する熱を効率よく放熱することができる。

請求項２に記載の手段によれば、第１挿入パターンは、プリント配線板上において占める面積が比較的多い導体パターンである。このように比較的面積が多い導体パターンとしては、例えば、ＧＮＤや電源などが考えられる。比較的面積が多い第１挿入パターンにより主トランジスタから生じる熱が一層放熱されることになるため、シリーズレギュレータにより発生する熱を一層効率よく放熱することが可能となる。

請求項３に記載の手段によれば、第１挿入パターンは、ビアを通じて、その第１挿入パターンが形成された層とは異なる他の層（外層または内層）に接続されている。このような構成によれば、第１挿入パターンの面積が多くなる。そのため、第１挿入パターンによる放熱効果が向上することになり、シリーズレギュレータにより発生する熱を一層効率よく放熱することが可能となる。

請求項４に記載の手段によれば、第１挿入パターンは、ビアを通じて、その第１挿入パターンが形成された層とは異なる他の外層に接続されている。このような構成によれば、第１挿入パターンの面積が多くなるとともに、空気に触れる面積が多くなる。そのため、第１挿入パターンによる放熱効果がさらに向上することになり、シリーズレギュレータにより発生する熱を一層効率よく放熱することが可能となる。

請求項５に記載の手段によれば、放熱パターンと電気的に接続されていない他の導体パターンである第２挿入パターンが設けられている。その第２挿入パターンは、放熱パターンの周囲に隣接して配置される。このような構成によれば、主トランジスタから直接または放熱パターンを通じて周囲に放射される熱が、第１挿入パターンだけでなく、さらに第２挿入パターンを通じて放熱されることになる。つまり、主トランジスタから発生する熱が放射状に放熱される。従って、シリーズレギュレータにより発生する熱を一層効率よく放熱することが可能となる。

シリーズレギュレータは、出力電圧を一定に保つため電源供給先となる負荷の状態に応じて、主トランジスタの導通状態を制御するようになっている。そして、主トランジスタによる発熱は、主トランジスタの導通状態に応じて変動する。このような熱の変動（温度の上昇および低下）が他の回路素子に伝わると次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、主トランジスタの発熱状態に応じて、回路素子をプリント配線板に取り付けるためのはんだの温度が変動する。一般に、主トランジスタなどの比較的大きな回路素子に対し、例えばチップ抵抗やチップコンデンサなどの比較的小さな回路素子は、少量のはんだによりプリント配線板に実装されている。このように少ない量のはんだは、特に温度変動によってクラックが生じやすい。つまり、比較的小さな回路素子が主トランジスタの発熱の影響を受けると、はんだ部分にクラックが生じる問題が引き起こされる可能性が高い。このような問題の対策として、請求項６に記載の手段を採用するとよい。

請求項６に記載の手段によれば、放熱パターンと、シリーズレギュレータを構成する回路素子のうち、主トランジスタに比べて小さい回路素子を接続するための導体パターンである接続ランドとの間に、その導体パターンと電気的に接続されていない他の導体パターンである第３挿入パターンが設けられている。このような構成によれば、主トランジスタの放熱フィンに接続される端子から直接または放熱パターンを通じて放射される熱が、第３挿入パターンを通じて放熱される。従って、上記比較的小さい回路素子およびその接続ランドに対する主トランジスタの発熱による影響が抑制され、はんだクラックなどの問題の発生が未然に防止される。

請求項７に記載の手段によれば、第３挿入パターンは、ビアを通じて、その第３挿入パターンが形成された層とは異なる他の層（外層または内層）に接続されている。このような構成によれば、第３挿入パターンの面積が多くなる。そのため、第３挿入パターンによる放熱効果が向上することになり、比較的小さい回路素子およびその接続ランドに対する主トランジスタの発熱による影響が一層抑制される。

請求項８に記載の手段によれば、上記各手段のいずれか一つに記載の電源装置を備えた車両用電子制御装置である。一般に、車両に搭載される装置（車載装置）は、比較的広い温度範囲において動作することが要求される場合が多い。本手段によれば、シリーズレギュレータにより発生する熱を効率よく放熱可能な電源装置を備えている。そのため、動作可能な温度範囲が広くなるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態を示す車両用電子制御装置の概略構成を示す図 シリーズレギュレータを構成する部品のレイアウトの一例を示す図 図２におけるＸ−Ｘ線に沿う縦断面図 本発明の第２の実施形態を示す図２相当図 図４におけるＹ−Ｙ線に沿う縦断面図 本発明の第３の実施形態を示す図２相当図

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１は、車両に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）の構成を概略的に示している。図１に示すＥＣＵ１（車両用電子制御装置に相当）は、ＥＣＵ１の動作全般を制御する制御装置２および制御装置２に対する電源供給を行う電源装置３などを備えている。電源装置３は、２つのシリーズレギュレータ４、５および平滑用コンデンサ６により構成されている。

シリーズレギュレータ４は、電源線７（入力電源線に相当）を通じてバッテリ８から与えられる入力電圧Ｖｉ（例えば＋１２Ｖ）を第１出力電圧Ｖｏ１（例えば＋８Ｖ）まで降圧し、電源線９（この場合、出力電源線に相当）を通じて出力する。シリーズレギュレータ４は、主トランジスタＴｒ１、電源制御回路１０、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１などを備えている。

バッテリ８の正極端子は、電源線７に接続されている。バッテリ８の負極端子は、グランド線１１に接続されている。主トランジスタＴｒ１は、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタである。主トランジスタＴｒ１のエミッタは抵抗Ｒ１を介して電源線７に接続されている。主トランジスタＴｒ１のコレクタは電源線９に接続されている。主トランジスタＴｒ１のベースには、電源制御回路１０から制御信号が与えられる。従って、主トランジスタＴｒ１の駆動は、電源制御回路１０により制御される。具体的には、電源制御回路１０は、電源線７を通じて与えられる入力電圧Ｖｉを降圧した第１出力電圧Ｖｏ１が、電源線９を通じて出力されるように主トランジスタＴｒ１の駆動をフィードバック制御する。電源制御回路１０は、第１出力電圧Ｖｏ１を検出する電圧検出回路１２、第１出力電圧Ｖｏ１の目標値に応じた基準電圧Ｖｒ１を生成する基準電圧生成回路１３、電圧検出回路１２による検出電圧Ｖｄ１と基準電圧Ｖｒ１との誤差を増幅して上記制御信号を出力する差動増幅回路１４、過電流検出回路１５などを備えている。

抵抗Ｒ１はシャント抵抗であり、その両端電圧は過電流検出回路１５に与えられている。過電流検出回路１５は、抵抗Ｒ１の両端電圧に基づいて主トランジスタＴｒ１に流れる電流を検出する。そして、過電流検出回路１５は、その検出値が所定の判定閾値を超えると、主トランジスタＴｒ１に過電流が流れていると判断し、過電流検出信号を差動増幅回路１４に出力する。差動増幅回路１４は、過電流検出信号が与えられると、主トランジスタＴｒ１の駆動を停止する（オフ駆動する）。コンデンサＣ１は位相補償用コンデンサであり、差動増幅回路１４を構成するオペアンプ（図示せず）の入出力端子間に接続される。

シリーズレギュレータ５は、電源線９（この場合、入力電源線に相当）を通じてシリーズレギュレータ４から与えられる第１出力電圧Ｖｏ１を第２出力電圧Ｖｏ２（例えば＋５Ｖ）まで降圧し、電源線１６（出力電源線に相当）を通じて出力する。シリーズレギュレータ５は、主トランジスタＴｒ２、電源制御回路１７、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２などを備えている。

主トランジスタＴｒ２は、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタである。主トランジスタＴｒ２のエミッタは抵抗Ｒ２を介して電源線９に接続されている。主トランジスタＴｒ２のコレクタは電源線１６に接続されている。主トランジスタＴｒ２のベースには、電源制御回路１７から制御信号が与えられている。従って、主トランジスタＴｒ２の駆動は、電源制御回路１７により制御される。具体的には、電源制御回路１７は、電源線９を通じて与えられる第１出力電圧Ｖｏ１を降圧した第２出力電圧Ｖｏ２が、電源線１６を通じて出力されるように主トランジスタＴｒ２の駆動をフィードバック制御する。電源制御回路１７は、第２出力電圧Ｖｏ２を検出する電圧検出回路１８、第２出力電圧Ｖｏ２の目標値に応じた基準電圧Ｖｒ２を生成する基準電圧生成回路１９、電圧検出回路１８による検出電圧Ｖｄ２と基準電圧Ｖｒ２との誤差を増幅して上記制御信号を出力する差動増幅回路２０、過電流検出回路２１などを備えている。

抵抗Ｒ２はシャント抵抗であり、その両端電圧は過電流検出回路２１に与えられている。過電流検出回路２１は、抵抗Ｒ２の両端電圧に基づいて主トランジスタＴｒ２に流れる電流を検出する。そして、過電流検出回路２１は、その検出値が所定の判定閾値を超えると、主トランジスタＴｒ２に過電流が流れていると判断し、過電流検出信号を差動増幅回路２０に出力する。差動増幅回路２０は、過電流検出信号が与えられると、主トランジスタＴｒ２の駆動を停止する（オフ駆動する）。コンデンサＣ２は位相補償用コンデンサであり、差動増幅回路２０を構成するオペアンプ（図示せず）の入出力端子間に接続される。

このように、シリーズレギュレータ４、５が多段接続されることにより、１段目（初段）のシリーズレギュレータ４に対する入力電圧Ｖｉが段階的に降圧され、２段目（最終段）のシリーズレギュレータ５から制御装置２に供給可能となる所望の電圧値（例えば＋５Ｖ）を持つ出力電圧Ｖｏ２が出力される。出力電圧Ｖｏ２は、電源線１６およびグランド線１１間に接続された平滑用コンデンサ６により平滑され、制御装置２に供給される。

上記したような構成の電源装置３は、プリント配線板上に実装された各回路素子（部品）により構成される。図２は、電源装置を構成する各回路素子のうち、一部の回路素子のプリント配線板上におけるレイアウトを示している。図３は、図２におけるＸ−Ｘ線に沿う縦断面図である。図３に示すように、プリント配線板３１は、例えば銅箔などの導体によって構成される４つの層（第１層Ｌ１〜第４層Ｌ４）を有する４層基板（多層基板）である。

第１層Ｌ１および第２層Ｌ２の間にはプリプレグＰ１が介在している。第２層Ｌ２および第３層Ｌ３の間にはプリプレグＰ２が介在している。第３層Ｌ３および第４層Ｌ４の間にはプリプレグＰ３が介在している。プリプレグＰ１〜Ｐ３は、ガラス繊維に樹脂を染み込ませたものであり、各層間を接着するとともに絶縁している。このように、第１層Ｌ１および第４層Ｌ４は外層であり、第２層Ｌ２および第３層Ｌ３は内層である。

図２は、第１層Ｌ１側から見たプリント配線板３１の平面図である。主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、比較的大きいコレクタ電流を流すことができるものであり、いわゆるパワートランジスタに分類されるものである。このような主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、そのチップで発生する熱をパッケージの外部に伝達するための金属板からなる放熱フィン３２、３３をそれぞれ備えている。また、通常、放熱フィン３２、３３はコレクタ端子（以下では、コレクタ端子３２、３３とも称す）と共通になっている。主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２がプリント配線板３１上に実装される形態においては、そのチップで発生する熱の一部が、このようなコレクタ端子３２、３３を通じてプリント配線板３１に放熱されるようになっている。

主トランジスタＴｒ１のコレクタ端子３２は、プリント配線板３１の第１層Ｌ１を構成する導体パターンである放熱パターン３４に接続される。放熱パターン３４は略矩形状に形成されている。主トランジスタＴｒ２のコレクタ端子３３は、プリント配線板３１の第１層Ｌ１を構成する導体パターンである放熱パターン３５に接続される。放熱パターン３５は略矩形状に形成されている。主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の各ベース端子３６、３７は、導体パターン３８、３９にそれぞれ接続されている。

主トランジスタＴｒ１のエミッタ端子４０は、導体パターン４１に接続されている。導体パターン４１において、エミッタ端子４０との接続部分とは反対側の端部は接続ランド４２となっている。接続ランド４２には抵抗Ｒ１の一方の端子が接続される。抵抗Ｒ１の他方の端子は、導体パターン４３に繋がる接続ランド４４に接続される。

放熱パターン３４は、図２中、右下部分から下方向に延びた後、右方向に略９０度曲げられて延びており、その先端部が接続ランド４５となっている。接続ランド４５には抵抗Ｒ２の一方の端子が接続される。主トランジスタＴｒ２のエミッタ端子４６は、導体パターン４７に接続されている。導体パターン４７は、図２中、下方向に延びた後、左方向に略９０度曲げられて延びており、その先端部が接続ランド４８となっている。接続ランド４８には抵抗Ｒ２の他方の端子が接続される。なお、各導体パターンにおける部品との接続部分および各接続ランドは銅箔が露出した状態になっている。これにより、プリント配線板３１上に各部品を、はんだ接続することが可能となっている。

放熱パターン３４、３５間には、第１層Ｌ１を構成する導体パターンである挿入パターン４９（第１挿入パターンに相当）が形成されている。挿入パターン４９は、バッテリ８の負極端子に電気的に接続されるものであり、グランド線１１の電位（０Ｖ）を持つ。すなわち、挿入パターン４９は、いわゆるＧＮＤパターンであり、放熱パターン３４、３５と電気的に接続されていない。挿入パターン４９は、矩形状に形成されている。図２および図３中、挿入パターン４９の左側部および放熱パターン３４の右側部が互いに隣接するとともに、挿入パターン４９の右側部および放熱パターン３５の左側部が互いに隣接している。

挿入パターン４９上には３つのビア５０〜５２が設けられている。挿入パターン４９は、それらビア５０〜５２を通じて、第２層Ｌ２および第４層Ｌ４におけるグランド線１１の電位を持つ導体パターンに接続されている。なお、第２層Ｌ２は、グランド線１１の電位を持つ導体パターンのみによって構成されている。また、第３層Ｌ３は、各種の電源電位を持つ導体パターンによって構成されている。

以上説明したように、本実施形態の電源装置３を構成する各回路素子が実装されるプリント配線板３１には、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の各コレクタ端子３２、３３を接続するための各放熱パターン３４、３５間に、それら放熱パターン３４、３５と電気的に接続されていない挿入パターン４９が設けられている。これにより、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、互いにある程度の距離だけ離れて配置されることになる。また、シリーズレギュレータ４、５を構成する回路素子のうち、最も発熱する部分は、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の放熱フィンに接続されるコレクタ端子３２、３３である。従って、挿入パターン４９は、放熱パターン３４、３５に比べると温度が低い。そのため、コレクタ端子３２、３３から直接放射される熱および放熱パターン３４、３５を通じて間接的に放射される熱は、挿入パターン４９をも通じて放熱される。

このような構成によれば、挿入パターン４９を挟んで配置された主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２同士による発熱が相互に影響し合うことが抑制される。その結果、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２により生じる熱が放射状に分散され、効率よく放熱されることになる。そして、本実施形態によれば、プリント配線板３１のアートワーク設計において前述した工夫を加えることにより、上記作用および効果が得られる。つまり、本実施形態によれば、プリント配線板３１の製造コストの増加を抑制しつつ、シリーズレギュレータ４、５により発生する熱を効率よく放熱することができる。

挿入パターン４９は、グランド線１１の電位を持つＧＮＤパターンにより構成されている。一般に、ＧＮＤパターンは、プリント配線板３１に形成される各導体パターンのうち、プリント配線板３１上において占める面積が最も大きい。本実施形態では、挿入パターン４９は、ビア５０〜５２を通じて、内層である第２層Ｌ２および外層である第４層Ｌ４に接続されている。このように、プリント配線板３１において最大の面積を持つＧＮＤパターンにより挿入パターン４９を構成すれば、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２から生じる熱の放熱作用が高まる。従って、シリーズレギュレータ４、５により発生する熱が効率よく放熱される。

また、上記したとおり、挿入パターン４９は、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が配置される一方の外層である第１層Ｌ１だけでなく、他方の外層である第４層Ｌ４にも接続されている。このような構成によれば、挿入パターン４９の面積が多くなるだけでなく、空気に触れる面積も多くなる。そのため、挿入パターン４９による放熱作用（空冷作用）が一層向上することになり、シリーズレギュレータ４、５により発生する熱が一層効率よく放熱される。

また、挿入パターン４９を構成するＧＮＤパターン（グランド線１１の電位を持つ導体パターン）は、例えばワイヤハーネスなどを通じてプリント配線板３１の外部に接続されることが多い。さらに、車両に搭載されるＥＣＵ１の場合であれば、上記ＧＮＤパターンは、最終的には車両のボディなどに接続される可能性が高い。このような面から、挿入パターン４９による放熱作用がさらに向上することになり、シリーズレギュレータ４、５により発生する熱がさらに効率よく放熱される。

一般に、車両に搭載される装置は、比較的広い温度範囲において動作することが要求される場合が多い。言い換えると、他の装置に比べて熱への対策が十分に施されている必要性が高い。本実施形態のＥＣＵ１は、シリーズレギュレータ４、５により発生する熱を効率よく放熱可能な電源装置３を備えているため、比較的広い温度範囲にわたって正常に動作することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、上記実施形態と異なる部分を主体に図４および図５を参照しながら説明する。
図４は、第１の実施形態における図２相当図である。図５は、図２におけるＹ−Ｙ線に沿う縦断面図である。図４に示すように、プリント配線板６１に搭載される主トランジスタＴｒ１は、第１の実施形態の配置に対し、時計回りに９０度回転した配置に変更されている。また、その配置変更に伴い、抵抗Ｒ１の配置、主トランジスタＴｒ１に接続される各配線の配置が変更されている。主トランジスタＴｒ１のコレクタ端子３２が接続される放熱パターン６２は、略矩形状に形成されている。放熱パターン６２は、図４中、左下部分から下方向に延びた後、右方向に略９０度曲げられて延びており、その先端部が接続ランド４５となっている。

放熱パターン６２、３５間には、第１の実施形態と同様、挿入パターン４９が配置されている。また、放熱パターン６２と、抵抗Ｒ２を接続するための接続ランド４５、４８との間には、第１層Ｌ１を構成する導体パターンである挿入パターン６３（第３の挿入パターンに相当）が形成されている。挿入パターン６３は、挿入パターン４９と同様、グランド線１１の電位（０Ｖ）を持つ。すなわち、挿入パターン６３は、いわゆるＧＮＤパターンであり、放熱パターン６２および接続ランド４５、４８のいずれとも電気的に接続されていない。挿入パターン６３は、矩形状に形成されている。図４および図５中、挿入パターン６３の左上側部および放熱パターン６２の下側部が互いに隣接するとともに、挿入パターン６３の左下側部および接続ランド４５、４８の上側部が互いに隣接している。

挿入パターン６３上には３つのビア６４〜６６が設けられている。挿入パターン６３は、それらビア６４〜６６を通じて、第２層Ｌ２および第４層Ｌ４におけるグランド線１１の電位を持つ導体パターンに接続されている。なお、第１層Ｌ１において、挿入パターン４９、６３を分離せずに、一体化した一つの挿入パターンとして構成してもよい。その場合、その挿入パターンは、略逆Ｌ字状に形成されることになる。

放熱パターン３５は、図４中、中央下部分から下方向に延びた後、右方向に略９０度曲げられて延びており、その先端部が接続ランド６７となっている。接続ランド６７にはコンデンサＣ２の一方の端子が接続される。コンデンサＣ２の他方の端子は、導体パターン６８に繋がる接続ランド６９に接続される。放熱パターン３５と、コンデンサＣ２を接続するための接続ランド６７、６９との間には、第１層を構成する導体パターンである挿入パターン７０（第３の挿入パターンに相当）が形成されている。挿入パターン７０は、挿入パターン４９、６３と同様、グランド線１１の電位を（０Ｖ）を持つ。すなわち、挿入パターン７０は、いわゆるＧＮＤパターンであり、放熱パターン３５および接続ランド６７、６９のいずれとも電気的に接続されていない。

挿入パターン７０は、矩形状に形成されている。図４および図５中、挿入パターン７０の上側部および放熱パターン３５の右下側部が互いに隣接するとともに、挿入パターン７０の下側部および接続ランド６７、６９の上側部が互いに隣接している。挿入パターン７０上には３つのビア７１〜７３が設けられている。挿入パターン７０は、それらビア７１〜７３を通じて、第２層Ｌ２および第４層Ｌ４におけるグランド線１１の電位を持つ導体パターンに接続されている。

さて、シリーズレギュレータ４、５は、電源供給先である制御装置２の動作状態（通常動作、スリープ動作など）が変化した場合でも、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の導通状態を制御することにより、出力電圧Ｖｏ２を所望の目標値に保つようになっている。そして、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の導通状態が変化すると、その発熱の度合いも変化する。このような熱（の変動）が、シリーズレギュレータ４、５を構成する他の回路素子に伝わると次のような問題が生じるおそれがある。

すなわち、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の発熱状態に応じて、回路素子をプリント配線板６１に取り付けるためのはんだの温度が変動する。一般に、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２などの比較的大型の回路素子に対し、例えば抵抗Ｒ１、Ｒ２やコンデンサＣ１、Ｃ２などの比較的小型の回路素子は、少量のはんだによってプリント配線板６１に実装されることになる。はんだの温度が変動すると、溶けた状態および固まった状態の状態遷移が繰り返され、クラックが生じるおそれがある。特に、少量のはんだの場合、クラックの問題は顕著に表れる。従って、少量のはんだによりプリント配線板６１に取り付けられた抵抗Ｒ１、Ｒ２やコンデンサＣ１、Ｃ２が、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の発熱の影響を受けると、はんだにクラックが生じて断線などの問題に繋がる可能性がある。

このような問題の対策として、本実施形態では、放熱パターン６２と抵抗Ｒ２を接続する接続ランド４５、４８との間に挿入パターン６３を設け、放熱パターン３５とコンデンサＣ２を接続する接続ランド６７、６９との間に挿入パターン７０を設けている。挿入パターン６３、７０は、いずれもＧＮＤパターンである。このような構成によれば、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の各コレクタ端子３２、３３から直接放射される熱または放熱パターン６２、３５を通じて間接的に放射される熱が、挿入パターン６３、７０を通じて放熱される。従って、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２と、その接続ランド４５、４８、６７、６９とに対する主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の発熱による影響が抑制され、はんだクラックなどの問題の発生が未然に防止される。

また、挿入パターン６３、７０は、グランド線１１の電位を持つＧＮＤパターンにより構成され、それぞれビア６４〜６６、７１〜７３を通じて、内層である第２層Ｌ２および外層である第４層Ｌ４に接続されている。そのため、第１の実施形態のおける挿入パターン４９と同様、挿入パターン６３、７０による放熱作用（空冷作用）が一層向上することになり、シリーズレギュレータ４、５により発生する熱が一層効率よく放熱される。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について、上記各実施形態と異なる部分を主体として、図６を参照しながら説明する。
図６は、第１の実施形態における図２相当図である。本実施形態のプリント配線板８１は、第１の実施形態のプリント配線板３１に対し、挿入パターン８２を備えている点が異なる。

挿入パターン８２（第２挿入パターンに相当）は、放熱パターン３４の左側部に隣接する左部８２ａと、放熱パターン３５の右側部に隣接する右部８２ｂと、左部８２ａおよび右部８２ｂの上端部同士を結ぶように延びる上部８２ｃとから構成されている。挿入パターン８２は、挿入パターン４９と同様、グランド線１１の電位（０Ｖ）を持つ。すなわち、挿入パターン８２は、いわゆるＧＮＤパターンであり、放熱パターン３４、３５と電気的に接続されていない。また、本実施形態では、第１層Ｌ１において、挿入パターン８２は、挿入パターン４９と一体的に形成されている。なお、挿入パターン８２は、第１層Ｌ１において、挿入パターン４９と分離して形成してもよい。

上記したように、挿入パターン８２は、放熱パターン３４、３５の周囲に隣接して配置されている。このような構成によれば、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２から直接的に放射される熱および放熱パターン３４、３５を通じて間接的に周囲に放射される熱が、挿入パターン４９に加え、さらに挿入パターン８２を通じて放熱されることになる。つまり、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２から発生する熱が、その周囲全体に（放射状に）放熱される。従って、本実施形態によれば、シリーズレギュレータ４、５により発生する熱をより一層効率よく放熱することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
電源装置３は、３つ以上のシリーズレギュレータを多段接続した構成であってもよい。その場合、３つ以上の主トランジスタに対応する各放熱パターンのうち、少なくともいずれか２つの放熱パターン同士の間に第１挿入パターンが配置されればよい。

シリーズレギュレータは、主トランジスタとしてＰＮＰ形バイポーラトランジスタを用いる構成に限らずともよい。例えば、主トランジスタとしてＮＰＮ形バイポーラトランジスタを用いた構成、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた構成、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた構成などでもよい。主トランジスタとしては、チップで発生した熱をパッケージ外部に伝達するための放熱フィンを備えた構成であればよい。なお、ＭＯＳＦＥＴの場合、放熱フィンに接続される端子はドレイン端子となる。

第１〜第３挿入パターンは、グランド線１１の電位（０Ｖ）を持つ、いわゆるＧＮＤパターンに限らずともよい。第１〜第３挿入パターンは、電源線７、９、１６などの電位を持つ、いわゆる電源パターンであってもよい。すなわち、第１〜第３挿入パターンは、プリント配線板上において占める面積が比較的多いパターンにより構成するとよい。また、第１〜第３挿入パターンは、各種の信号が供給される導体パターンにより構成してもよい。つまり、第１〜第３挿入パターンは、放熱パターンと電気的に接続されていない他の導体パターンにより構成されていればよい。

第１〜第３挿入パターンは、少なくとも１つのビアを通じて、第１層Ｌ１とは異なる他の層（第２層Ｌ２〜第４層Ｌ４）の少なくとも１つの層に接続される構成であってもよい。また、第１〜第３挿入パターンは、他の層（第２層Ｌ２〜第４層Ｌ４）に接続されない構成であってもよい。その場合、ビアは不要となる。第１〜第３挿入パターンの形状は、上記各実施形態において示したものに限らずともよい。

シリーズレギュレータの回路素子が搭載されるプリント配線板の層数は、４層に限らない。例えば、プリント配線板は、片面基板や両面基板でもよいし、６層以上有する基板でもよい。
電源装置３は、車両に搭載されるＥＣＵ１に限らず、その他の装置に用いることも可能である。

図面中、１はＥＣＵ（車両用電子制御装置）、３は電源装置、４、５はシリーズレギュレータ、７は入力電源線、９は出力電源線（入力電源線）、１０、１７は電源制御回路、１６は出力電源線、３１、６１、８１はプリント配線板、３２、３３は放熱フィン（コレクタ端子）、３４、３５は放熱パターン、４５、４８、６７、６９は接続ランド、４９は挿入パターン（第１挿入パターン）、５０〜５２、６４〜６６、７１〜７３はビア、６３、７０は挿入パターン（第３挿入パターン）、８２は挿入パターン（第２挿入パターン）、Ｃ２はコンデンサ（回路素子）、Ｒ２は抵抗（回路素子）、主トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を示す。

Claims (8)

1. 多段接続されたシリーズレギュレータを備えた電源装置であって、
   前記シリーズレギュレータは、それぞれが、プリント配線板上に搭載されており、入力電源線および出力電源線の間に直列に介在する主トランジスタと、前記入力電源線を通じて与えられる入力電圧を降圧した出力電圧が前記出力電源線を通じて出力されるように前記主トランジスタの導通状態を制御する電源制御回路とを備え、
   前記主トランジスタは、それぞれが、チップで発生する熱を外部に伝達するための放熱フィンを備え、
   所定段の前記シリーズレギュレータを構成する前記主トランジスタの前記放熱フィンに接続される端子を接続するために前記プリント配線板に形成される導体パターンである放熱パターンと、前記所定段とは異なる段の前記シリーズレギュレータを構成する前記主トランジスタの前記放熱フィンに接続される端子を接続するために前記プリント配線板に形成される導体パターンである放熱パターンとの間に、前記放熱パターンと電気的に接続されていない他の導体パターンである第１挿入パターンが設けられていることを特徴とする電源装置。
2. 前記第１挿入パターンは、前記プリント配線板上において占める面積が比較的多いパターンであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記第１挿入パターンは、ビアを通じて、その第１挿入パターンが形成された層とは異なる他の層に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
4. 前記第１導体パターンは、ビアを通じて、その第１パターンが形成された層とは異なる他の外層に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電源装置。
5. 前記放熱パターンの周囲に隣接して配置されるとともに、その放熱パターンと電気的に接続されていない他の導体パターンである第２挿入パターンが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電源装置。
6. 前記放熱パターンと、前記シリーズレギュレータを構成するための回路素子のうち前記主トランジスタに比べて小さい回路素子を接続するための導体パターンである接続ランドとの間に、その導体パターンと電気的に接続されていない他の導体パターンである第３挿入パターンが設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電源装置。
7. 前記第３挿入パターンは、ビアを通じて、その第３挿入パターンが形成された層とは異なる他の層に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一つに記載された電源装置を備えていることを特徴とする車両用電子制御装置。

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