JP2015141928A - 大電力抵抗器および車載機器 - Google Patents

Abstract

【課題】設計変更に柔軟に対応でき、低コストに作成できる大電力抵抗器および車載機器を実現する。
【解決手段】大電力抵抗器１は、専用基板２上に面状に並んだ多数のチップ抵抗３が電気的にマトリクス状に接続された構成であり、チップ抵抗３の接続数を変更することで抵抗値および定格電力をフレキシブルに変化させられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、多数の抵抗を接続して構成する大電力抵抗器、および大電力抵抗器を用いた車載機器に関するものである。

一般的な大電力抵抗器は、巻芯に抵抗線を巻回した大型の抵抗体を、セラミック等からなるケースに収容してセメントで封止した構造であった（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−７４００２号公報

大電力抵抗器を例えばスナバ抵抗に用いる場合、スナバ抵抗にどれほどの電力容量が必要かを設計初期に正確に見積もることは非常に難しいので、設計初期には大幅に余裕のあるスペックにしておく必要があり、コストが多大にかかってしまうという課題があった。
また、設計段階の途中で抵抗値を変える場合は、抵抗体の変更が必要となり、加えて、抵抗値を変更すると大抵の場合は定格電力のスペックも変更となるが、それにはケースから設計を見直さざるを得ない。そのため、設計変更が容易でなく、コストも多大にかかってしまうという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、設計変更に柔軟に対応でき、低コストに作成できる大電力抵抗器および車載機器を実現することを目的とする。

この発明に係る大電力抵抗器は、基板と、基板上に面状に並べられて電気的にマトリクス状に接続された多数のチップ抵抗とを備えたものである。

この発明に係る車載機器は、上述の大電力抵抗器をスナバ抵抗として用いるものである。

この発明によれば、多数のチップ抵抗を基板上に面状に並べて電気的にマトリクス状に接続するようにしたので、抵抗値および定格電力をフレキシブルに変化させることができる。従って、設計変更に柔軟に対応でき、低コストに作成できる大電力抵抗器を実現することができる。

この発明によれば、車載機器のスナバ抵抗として、多数のチップ抵抗を基板上に面状に並べて電気的にマトリクス状に接続した大電力抵抗器を用いるようにしたので、大電力抵抗器の大きさを変えることなく、抵抗値および定格電力をフレキシブルに変化させることができる。従って、車載機器の設計段階でのスナバ抵抗の定格電力の変更を容易、かつ低コストに実施できる。

この発明の実施の形態１に係る大電力抵抗器の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る大電力抵抗器の電気回路図である。 実施の形態１に係る大電力抵抗器の変形例を示す平面図であり、チップ抵抗の数を減らして定格電力を下げた例である。 実施の形態１に係る大電力抵抗器の発熱分布を説明する図であり、チップ抵抗の位置によらず抵抗値が同じ場合を示す。 実施の形態１に係る大電力抵抗器の発熱分布を説明する図であり、チップ抵抗の位置に応じて抵抗値を変えた場合を示す。 実施の形態１に係る大電力抵抗器を搭載した車載機器の構成例を示す回路図である。 図６に示す車載機器の分解斜視図である。 図６に示す車載機器の各部品の組み付け状態を表し、カバーとメイン基板部品を除いた斜視図である。 図７に示すポッティング部品の分解斜視図である。 図９に示す大電力抵抗器とホルダの分解斜視図である。

実施の形態１．
図１および図２に示す大電力抵抗器１は、独立した専用基板２上に多数のチップ抵抗３を面状に並べ、電気的にマトリクス状に接続して形成され、リード端子４が専用基板２の端部に引き出されている。図示例では、９９個のチップ抵抗３を１１列×９行にマトリクス接続、つまり、直列に接続した１１個のチップ抵抗３を、９行並列に接続しているが、列数と行数は任意でよい。
この構造によって、大電力抵抗器１の抵抗値と定格電力の変更を容易に実施することができる。

図３に、実装するチップ抵抗３の数を減らして定格電力を下げた例を示す。
また、図示は省略するが、列、行ともに等量だけチップ抵抗３の数を減らせば、抵抗値を変えずに定格電力を下げ、コスト低減を図ることが可能となる。また、チップ抵抗３の直列数および並列数を変えることによって定格電力を変えずに抵抗値を変化させるといった設計変更も容易に行うことができる。列数を減らせば抵抗値が下がり、行数を減らせば抵抗値が上がる。
また、チップ抵抗３それぞれの抵抗値を変えることによって、大電力抵抗器１の抵抗値を変化させてもよい。
さらに、図示例では１１個のチップ抵抗３を直列接続しているが、その直列接続数を増やすことで高い耐電圧を得ることが可能となる。

図４および図５に、大電力抵抗器１の発熱分布を説明する図を示す。発熱量が大きい部分を濃く、発熱量が小さい部分を薄く表現している。
多数のチップ抵抗３を面状に並べると、その発熱が図４に示すように中央部に集中し、定格電力の低下を招く。そこで、中央部に実装するチップ抵抗３を、端部に実装するチップ抵抗３より抵抗値の小さいものに変更することで、図５のように発熱分布を均一化させ、チップ抵抗３の数を増やさずに定格電力を上げるといったことも可能である。

このように、大電力抵抗器１の大きさを変えずに、抵抗値および定格電力の変更を容易に実施することができるため、この大電力抵抗器１を搭載する製品の設計変更に柔軟に対応できる。また、チップ抵抗と基板という比較的一般的な部品を使用することで信頼性も確保できる。

ここで、大電力抵抗器１を搭載する製品の具体例を説明する。
図６は、交流電源１００を直流電源に変換して、車載バッテリ１０１を充電する車載機器１０の構成例を示す回路図である。車載機器１０はＡＣ−ＤＣ変換をする充電装置であるが、回路内部は更にＡＣ−ＤＣ変換をする回路と、ＤＣ−ＤＣ変換をする回路とに大まかに分けられる。先に説明した大電力抵抗器１は、ＤＣ−ＤＣ変換をする回路においてスナバ抵抗Ｒとして使用される。

この車載機器１０は、スイッチ１１のオンオフにより車載バッテリ１０１への充電を行う。交流電源１００の電力は、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）リアクトル回路１２を介して電源整流回路１３でＡＣ−ＤＣ変換され、電源平滑回路１４にて平滑化される。整流および平滑された直流電圧は、スイッチング回路１５からトランス１６へ出力されてＤＣ−ＤＣ変換され、出力整流回路１７および出力平滑回路１８にて整流および平滑されて車載バッテリ１０１へ出力される。

一般的にＤＣ−ＤＣ変換をする回路では、スイッチング回路１５の駆動によりトランス１６の二次側に発生するサージ電圧を抑制するためにスナバ回路１９が必要となる。このスナバ回路１９は、直列接続されたスナバ抵抗ＲとコンデンサＣ、および、アノード端子が出力整流回路１７に接続されカソード端子がスナバ抵抗ＲとコンデンサＣの接続点に接続されたダイオードＤを備える。サージ電圧が発生するとダイオードＤを介してコンデンサＣにサージ電流が流入するので、過電流が抑制される。

サージ電圧は、スイッチング回路１５のスイッチング周波数、スイッチング素子の種類、スイッチング速度、寄生インダクタンスなど多数の要因によって変化し、かつ、設計初期に管理が難しいパラメータによって変化するという特徴があるため、スナバ抵抗Ｒにどれほどの電力容量が必要かを設計初期に正確に見積もることは非常に難しい。

サージエネルギが大きい回路では、想定され得るスナバ抵抗Ｒの電力範囲が広くなってしまうため、設計初期に設計中央値よりも十分大きい定格電力の抵抗器を採用せざるを得ない。
そのため、スナバ抵抗Ｒとして上記特許文献１のような巻線抵抗器を用いる場合、非常に高価になってしまう。また、設計最終段階でスナバ抵抗Ｒの定格電力が低くてもよいことが判明しても、採用した巻線抵抗器が大型であるためそれを変更するには装置全体の構造から見直す必要があり、また巻線抵抗器自体も別物を採用する必要がある。よって、設計最終段階での巻線抵抗器の定格電力の変更は難しい。

一方、スナバ抵抗Ｒとして本発明の大電力抵抗器１を用いる場合には、先に説明したように大きさを変えずに抵抗値と定格電力の変更を容易に実施することができるため、装置全体の構造を変更する必要がない。

図７は、図６に示した車載機器１０の分解斜視図である。図８は、車載機器１０の各部品の組み付け状態を表し、カバー６１とメイン基板部品５０を除いた斜視図である。
車載機器１０は、ポッティング部品２０、パワー半導体部品３０、フィルタ基板部品４０およびメイン基板部品５０、車載バッテリ１０１（図６）を接続する出力端子７０が、筐体６０の内部に収容されカバー６１で被覆されて構成されている。

図９にポッティング部品２０の分解斜視図を示し、図１０に大電力抵抗器１の分解斜視図を示す。ポッティング部品２０は、ＰＦＣリアクトル回路１２、トランス１６、出力平滑回路１８のリアクトル、スナバ回路１９のスナバ抵抗Ｒ（ここでは、大電力抵抗器１）などから構成されている。
このポッティング部品２０を筐体６０に組み付ける際には、筐体６０に樹脂製のポッティング部品用ホルダ２２を組み付け、放熱性に優れたポッティング材を注入する。また、図１０に示すように、大電力抵抗器１に対して、樹脂製のホルダ２１を組み付けて一体化し、このホルダ２１をポッティング部品用ホルダ２２に組み付ける。同様に、ＰＦＣリアクトル回路１２、トランス１６、出力平滑回路１８のリアクトルも、ポッティング部品用ホルダ２２に組み付ける。ポッティング部品２０の各回路部品（例えば、大電力抵抗器１）からの発熱は、ポッティング材を介して筐体６０に吸収され、各回路部品が冷却される。

パワー半導体部品３０は、電源整流回路１３、スイッチング回路１５、出力整流回路１７、およびスナバ回路１９のダイオードＤなどから構成されている。
これらポッティング部品２０、パワー半導体部品３０、フィルタ基板部品４０、出力端子７０等は、メイン基板部品５０に電気的に接続される。なお、フィルタ基板部品４０は、図６の回路図では省略されている。

以上より、実施の形態１によれば、大電力抵抗器１は、専用基板２と、専用基板２上に面状に並べられて電気的にマトリクス状に接続された多数のチップ抵抗３とを備える構成にしたので、抵抗値および定格電力をフレキシブルに変化させることができる。例えば、チップ抵抗３の直列数または並列数の少なくとも一方を変えることにより大電力抵抗器１の抵抗値を変更できる。また例えば、チップ抵抗３の直列接続数を変えることにより大電力抵抗器１の耐電圧を変更できる。
従って、設計変更に柔軟に対応でき、低コストに作成できる大電力抵抗器を実現することができる。

また、実施の形態１によれば、大電力抵抗器１は、チップ抵抗３の抵抗値をマトリクスの中央部で低く端部で高くすることにより、発熱分布を均一化できるので、チップ抵抗３の数を増やさずに定格電力を上げることができる。

また、実施の形態１によれば、大電力抵抗器１を車載機器１０のスナバ抵抗Ｒとして用いるようにしたので、大電力抵抗器１の大きさを変えることなく、抵抗値および定格電力をフレキシブルに変化させることができる。従って、設計段階でのスナバ抵抗の定格電力の変更を容易、かつ低コストに実施できる。
実施の形態１では、大電力抵抗器１の使用例として車載バッテリ１０１を充電する車載機器１０のスナバ抵抗Ｒを説明したが、これに限定されるものではない。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 大電力抵抗器、２ 専用基板、３ チップ抵抗、４ リード端子、１０ 車載機器、１１ スイッチ、１２ ＰＦＣリアクトル回路、１３ 電源整流回路、１４ 電源平滑回路、１５ スイッチング回路、１６ トランス、１７ 出力整流回路、１８ 出力平滑回路、１９ スナバ回路、２０ ポッティング部品、３０ パワー半導体部品、４０ フィルタ基板部品、５０ メイン基板部品、６０ 筐体、６１ カバー、１００ 交流電源、１０１ 車載バッテリ、Ｃ コンデンサ、Ｄ ダイオード、Ｒ スナバ抵抗。

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板上に面状に並べられて電気的にマトリクス状に接続された多数のチップ抵抗とを備えた大電力抵抗器。
2. 前記チップ抵抗の抵抗値は、前記マトリクスの中央部で低く端部で高いことを特徴とする請求項１記載の大電力抵抗器。
3. 請求項１または請求項２記載の大電力抵抗器をスナバ抵抗として用いることを特徴とする車載機器。

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