JP2019030040A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子の発熱温度のばらつきを低減できるスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置10は、ハイサイドスイッチング素子11ｗ、１１ｖ、１１ｕを構成する複数の第１トランジスタ110と、ローサイドスイッチング素子12ｗ、１２ｖ、１２ｕを構成する複数の第２トランジスタ120と、第１領域部501と、第２領域部502と、第１領域部と第２領域部とを接続する第３領域部503とを有する出力パターン50と、を備える。複数の第１トランジスタは、出力パターンの第１領域部に接続される。複数の第２トランジスタは、出力パターンの第２領域部に接続される。出力接続線55は、出力パターンの第３領域部に接続される。
【選択図】図２

Description

この開示は、スイッチング電源装置に関する。

従来、スイッチング電源装置が知られている。例えば、特許文献１には、金属基板の一方面部にセラミック系基板を介して半導体チップ（インバータを構成するスイッチング素子およびダイオードからなる半導体チップ）が実装された基板実装インバータ装置が開示されている。この装置では、三相インバータの上アームを構成するスイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子）のコレクタが上アーム側ＤＢＣ基板パターンに実装され、三相インバータの下アームを構成するスイッチング素子（ローサイドスイッチング素子）のエミッタが下アーム側ＤＢＣ基板パターンに実装されている。また、ハイサイドスイッチング素子のエミッタとローサイドスイッチング素子のコレクタとが上下アーム接続用ビームリード電極により電気的に接続されている。

特開２００１−２８６１５６号公報

ところで、特許文献１のようなスイッチング電源装置において、ハイサイドスイッチング素子とローサイドスイッチング素子の各々を複数のトランジスタによって構成し、基板に設けられた配線パターンの一部である出力パターンによってハイサイドスイッチング素子を構成する複数のトランジスタとローサイドスイッチング素子を構成する複数のトランジスタとを接続し、その出力パターンに出力接続線（出力パターンとスイッチング電源装置の駆動対象とを接続するための配線）を接続することが考えられる。しかしながら、このような構成では、ハイサイドスイッチング素子を構成するトランジスタの出力電流経路（トランジスタと出力パターンとの接続点から出力パターンを経由して出力接続線と出力パターンとの接続点に至る電流経路）の長さとローサイドスイッチング素子を構成するトランジスタの出力電流経路の長さとの差が大きくなり、その結果、ハイサイドスイッチング素子とローサイドスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子を構成するトランジスタに電流が集中して発熱温度が高くなってしまう可能性がある。

この開示におけるスイッチング電源装置は、直列に接続されたハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を有するスイッチング電源装置であって、絶縁層と、該絶縁層の一方面に設けられて出力パターンが形成された導電層と、該絶縁層の他方面に設けられた放熱層とを有する基板と、前記ハイサイドスイッチング素子を構成する複数の第１トランジスタと、前記ローサイドスイッチング素子を構成する複数の第２トランジスタと、出力接続線とを備え、前記出力パターンは、第１領域部と、第２領域部と、該第１領域部と該第２領域部とを接続する第３領域部とを有し、前記複数の第１トランジスタは、前記出力パターンの第１領域部に接続され、前記複数の第２トランジスタは、前記出力パターンの第２領域部に接続され、前記出力接続線は、前記出力パターンの第３領域部に接続される。

この開示によれば、ハイサイドスイッチング素子を構成する第１トランジスタの出力電流経路（第１トランジスタと出力パターンとの接続点から出力パターンを経由して出力接続線と出力パターンとの接続点に至る電流経路）の長さとローサイドスイッチング素子を構成する第２トランジスタの出力電流経路（第２トランジスタと出力パターンとの接続点から出力パターンを経由して出力接続線と出力パターンとの接続点に至る電流経路）の長さとの差を小さくすることができるので、ハイサイドスイッチング素子とローサイドスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子を構成するトランジスタに電流が集中することを緩和することができる。これにより、ハイサイドスイッチング素子とローサイドスイッチング素子の発熱温度のばらつきを低減することができる。

実施形態によるスイッチング電源装置の構成を例示する回路図である。 実施形態によるスイッチング電源装置の構成を例示する平面図である。 実施形態によるスイッチング電源装置の構成を例示する断面図である。 実施形態によるスイッチング電源装置の構成を例示する断面図である。 出力接続線のネジ止め構造を例示する分解斜視図である。 スイッチング電源装置の変形例の構成を例示する断面図である。

以下、実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。

（スイッチング電源装置）
図１は、実施形態によるスイッチング電源装置１０の構成を例示している。スイッチング電源装置１０は、電源（この例では直流電源Ｐ）から供給された電力をスイッチング動作により出力電力に変換して出力電力を駆動対象（この例ではモータＭ）に供給するように構成されている。この例では、モータＭは、三相交流モータを構成し、スイッチング電源装置１０は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータを構成している。

スイッチング電源装置１０は、電源線ＬＰと、接地線ＬＧと、１つまたは複数の出力線ＬＯと、１つまたは複数のスイッチング部ＳＷと、平滑容量部１３とを備えている。平滑容量部１３は、電源配線ＬＰと接地配線ＬＧとの間に接続されている。スイッチング部ＳＷは、電源配線ＬＰと接地配線ＬＧとの間に直列に接続されたハイサイドスイッチング素子１１およびローサイドスイッチング素子１２を有している。スイッチング部ＳＷの中間点（すなわちハイサイドスイッチング素子１１とローサイドスイッチング素子１２との接続点）は、出力線ＬＯを経由して駆動対象（この例ではモータＭ）に接続されている。なお、図中のハイサイドスイッチング素子１１およびローサイドスイッチング素子１２にそれぞれ並列に接続された還流ダイオードは、ハイサイドスイッチング素子１１およびローサイドスイッチング素子１２に寄生する寄生ダイオードにそれぞれ該当する。

この例では、スイッチング電源装置１０には、３つの出力線（第１，第２，第３出力線ＬＯｕ，ＬＯｖ，ＬＯｗ）と、３つのスイッチング部（第１，第２，第３スイッチング部ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗ）とが設けられ、直流電源Ｐの一端（正極）が電源線ＬＰに接続され、直流電源Ｐの他端（負極）が接地線ＬＧに接続されている。

第１スイッチング部ＳＷｕは、第１ハイサイドスイッチング素子１１ｕと第１ローサイドスイッチング素子１２ｕとを有し、第１ハイサイドスイッチング素子１１ｕと第１ローサイドスイッチング素子１２ｕとの接続点が第１出力線ＬＯｕを経由してモータＭのＵ相の巻線（図示を省略）に接続されている。

第２スイッチング部ＳＷｖは、第２ハイサイドスイッチング素子１１ｖと第２ローサイドスイッチング素子１２ｖとを有し、第２ハイサイドスイッチング素子１１ｖと第２ローサイドスイッチング素子１２ｖとの接続点が第２出力線ＬＯｖを経由してモータＭのＶ相の巻線（図示を省略）に接続されている。

第３スイッチング部ＳＷｗは、第３ハイサイドスイッチング素子１１ｗと第３ローサイドスイッチング素子１２ｗとを有し、第３ハイサイドスイッチング素子１１ｗと第３ローサイドスイッチング素子１２ｗとの接続点が第３出力線ＬＯｗを経由してモータＭのＷ相の巻線（図示を省略）に接続されている。

〔スイッチング電源装置の構造〕
次に、図２，図３，図４を参照して、実施形態によるスイッチング電源装置１０の構造について説明する。なお、図２は、スイッチング電源装置１０の平面構造を例示する概略平面図である。図３と図４は、スイッチング電源装置１０の断面構造の一部を例示する概略断面図であり、図２のIII−III線における断面図とIV−IV線における断面図にそれぞれ対応する。スイッチング電源装置１０は、基板２０を備えている。

〈基板〉
基板２０は、絶縁層２１と導電層２２と放熱層２３とを有している。この例では、基板２０は、矩形の板状に形成されている。

絶縁層２１は、絶縁材料（例えばエポキシ樹脂シートなど）により構成され、板状に形成されている。導電層２２は、導電材料（例えば銅など）により構成され、絶縁層２１の一方面に設けられて箔状に形成されている。放熱層２３は、伝熱材料（例えばアルミニウムなど）により構成され、絶縁層２１の他方面に設けられている。

この例では、絶縁層２１の厚みは、導電層２２および放熱層２３の各々の厚みよりも薄くなっている。放熱層２３の厚みは、導電層２２の厚みよりも厚くなっている。例えば、絶縁層２１の厚みは、１００μｍ程度に設定され、導電層２２の厚みは、２００μｍ程度に設定され、放熱層２３の厚みは１〜３ｍｍ程度に設定されていてもよい。そして、絶縁層２１の熱伝導率は、導電層２２および放熱層２３の各々の熱伝導率よりも低くなっている。導電層２２の熱伝導率は、放熱層２３の熱伝導率よりも高くなっている。

〈放熱部材〉
また、この例では、放熱層２３は、放熱部材２４に接続されて固定されている。放熱部材２４は、例えば、基板２０を収納する筐体（図示を省略）の一部であり、空冷（空気による冷却）や液冷（冷却水や冷却油などの液体による冷却）により冷却されるように構成されている。

〈固定ネジ〉
また、基板２０の周縁部は、複数（この例では５つ）の固定ネジ２５によって放熱部材２４にネジ止めされて固定されている。固定ネジ２５は、基板２０を貫通して放熱部材２４に締結される。具体的は、基板２０には固定ネジ２５を挿通させる挿通孔（図示を省略）が設けられ、放熱部材２４には固定ネジ２５に締結されるネジ穴（図示を省略）が設けられており、固定ネジ２５が基板２０の挿通孔に挿通されて放熱部材２４のネジ穴に締結されている。なお、固定ネジ２５の胴部と基板２０の挿通孔との間には隙間が形成され、固定ネジ２５の頭部と基板２０の導電層２２との間には絶縁紙などの絶縁部材（図示を省略）が設けられている。このような構成により、基板２０の導電層２２と放熱層２３と放熱部材２４との絶縁性を確保することができる。

〔配線パターン〕
導電層２２には、配線パターンが形成されている。具体的には、導電層２２には、電源パターン３０と接地パターン４０と出力パターン５０とが形成されている。電源パターン３０と接地パターン４０と出力パターン５０は、互いに短絡しないように所定の間隔をおいて形成されている。

〈出力パターン〉
出力パターン５０は、スイッチング部ＳＷのハイサイドスイッチング素子１１とローサイドスイッチング素子１２とを直列に接続するために設けられている。すなわち、出力パターン５０は、図１に示したスイッチング部ＳＷの中間部（ハイサイドスイッチング素子１１とローサイドスイッチング素子１２との接続部）を構成する部分である。

この例では、出力パターン５０は、第１，第２，第３スイッチング部ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗにそれぞれ対応する第１，第２，第３出力領域５１ｕ，５１ｖ，５１ｗを有している。第１出力領域５１ｕは、第１領域部５０１と、第１領域部５０１との間に所定の間隔をおいて設けられた第２領域部５０２と、第１領域部５０１と第２領域部５０２とを接続する第３領域部５０３とを有している。第１出力領域５１ｕと同様に、第２出力領域５１ｖおよび第３出力領域５１ｗも、第１領域部５０１と第２領域部５０２と第３領域部５０３とを有している。

また、第１，第２，第３出力領域５１ｕ，５１ｖ，５１ｗは、所定の方向（以下「第１方向」と記載）に延伸するようにそれぞれ形成されている。また、第１，第２，第３出力領域５１ｕ，５１ｖ，５１ｗの各々は、その延伸方向（すなわち第１方向）に第１領域部５０１と第３領域部５０３と第２領域部５０２とが順に並ぶように構成されている。すなわち、出力パターン５０（この例では第１，第２，第３出力領域５１ｕ，５１ｖ，５１ｗ）は、第１領域部５０１，第３領域部５０３，第２領域部５０２の順となるように延伸した形状を有している。そして、第１，第２，第３出力領域５１ｕ，５１ｖ，５１ｗは、平面視において第１方向と直交する方向（以下「第２方向」と記載）において互いに離間して配置されている。

なお、この例では、出力パターン５０の出力領域の延伸方向（すなわち第１方向）は、基板２０の４つの縁部のうち互いに対向する２つの縁部の対向方向である第１対向方向（この例では基板２０の長手方向であり図２の左右方向）を向くように設定され、出力パターン５０の出力領域の離間方向（すなわち第２方向）は、基板２０の４つの縁部のうち残りの２つの縁部の対向方向である第２対向方向（この例では基板２０の短手方向であり図２の上下方向）を向くように設定されている。すなわち、この例では、第１，第２，第３出力領域５１ｕ，５１ｖ，５１ｗは、基板２０の第１対向方向（図２の左右方向）に延伸するようにそれぞれ形成され、第１出力領域５１ｕは、基板２０の第２対向方向の一端部（図２の下端部）に配置され、第３出力領域５１ｗは、基板２０の第２対向方向の他端部（図２の上端部）に配置され、第２出力領域５１ｖは、基板２０の第２対向方向の中央部に配置されている。

〈電源パターン〉
電源パターン３０は、電源（この例では直流電源Ｐ）とスイッチング部ＳＷのハイサイドスイッチング素子１１とを接続するために設けられている。すなわち、電源パターン３０は、図１に示した電源線ＬＰの一部を構成する部分である。

この例では、電源パターン３０は、第１，第２，第３ハイサイドスイッチング素子１１ｕ，１１ｖ，１１ｗにそれぞれ対応する第１，第２，第３電源領域３１ｕ，３１ｖ，３１ｗを有している。また、この例では、電源パターン３０は、第１および第２電源補助領域３２ａ，３２ｂと、第１および第２電源接続領域３３ａ，３３ｂとを有している。

第１電源領域３１ｕは、出力パターン５０の第１出力領域５１ｕの第１領域部５０１に沿うように第１方向に延伸している。この例では、第１電源領域３１ｕは、出力パターン５０の第１出力領域５１ｕと第２出力領域５１ｖとの間に配置されている。

第２電源領域３１ｖは、出力パターン５０の第２出力領域５１ｖの第１領域部５０１に沿うように第１方向に延伸している。この例では、第２電源領域３１ｖは、出力パターン５０の第１出力領域５１ｕと第２出力領域５１ｖとの間に配置されている。

第３電源領域３１ｗは、出力パターン５０の第３出力領域５１ｗの第１領域部５０１に沿うように第１方向に延伸している。この例では、第３電源領域３１ｗは、出力パターン５０の第２出力領域５１ｖと第３出力領域５１ｗとの間に配置されている。

第１電源補助領域３２ａは、後述する接地パターン４０の第１接地領域４１ｕと第２接地領域４１ｖとに沿うように第１方向に延伸している。この例では、第１電源補助領域３２ａと第１接地領域４１ｕと第２接地領域４１ｖは、出力パターン５０の第１出力領域５１ｕと第２出力領域５１ｖとの間に配置されている。具体的には、第１出力領域５１ｕから第２出力領域５１ｖへ向けて、第１接地領域４１ｕと第１電源補助領域３２ａと第２接地領域４１ｖとが順に配置されている。

第２電源補助領域３２ｂは、後述する接地パターン４０の第３接地領域４１ｗに沿うように第１方向に延伸している。この例では、第２電源補助領域３２ｂと第３接地領域４１ｗは、出力パターン５０の第２出力領域５１ｖと第３出力領域５１ｗとの間に配置されている。具体的には、第２出力領域５１ｖから第３出力領域５１ｗへ向けて、第２電源補助領域３２ｂと第３接地領域４１ｗとが順に配置されている。

第１電源接続領域３３ａは、第２方向に延伸して第１電源領域３１ｕと第２電源領域３１ｖと第３電源領域３１ｗとを接続している。この例では、第１電源接続領域３３ａは、基板２０の第１対向方向の一端部（図２の左端部）に配置されている。

第２電源接続領域３３ｂは、第２方向に延伸して第１電源補助領域３２ａと第２電源補助領域３２ｂとを接続している。この例では、第２電源接続領域３３ｂは、基板２０の第１対向方向の他端部（図２の右端部）に配置されている。

〈接地パターン〉
接地パターン４０は、電源（この例では直流電源Ｐ）とスイッチング部ＳＷのローサイドスイッチング素子１２とを接続するために設けられている。すなわち、接地パターン４０は、図１に示した接地線ＬＧの一部を構成する部分である。

この例では、接地パターン４０は、第１，第２，第３ローサイドスイッチング素子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗにそれぞれ対応する第１，第２，第３接地領域４１ｕ，４１ｖ，４１ｗを有している。また、この例では、接地パターン４０は、第１および第２接地補助領域４２ａ，４２ｂと、第１および第２接地接続領域４３ａ，４３ｂとを有している。

第１接地領域４１ｕは、出力パターン５０の第１出力領域５１ｕの第２領域部５０２に沿うように第１方向に延伸している。この例では、第１接地領域４１ｕは、出力パターン５０の第１出力領域５１ｕと第２出力領域５１ｖとの間に配置されている。

第２接地領域４１ｖは、出力パターン５０の第２出力領域５１ｖの第２領域部５０２に沿うように第１方向に延伸している。この例では、第２接地領域４１ｖは、出力パターン５０の第１出力領域５１ｕと第２出力領域５１ｖとの間に配置されている。

第３接地領域４１ｗは、出力パターン５０の第３出力領域５１ｗの第２領域部５０２に沿うように第１方向に延伸している。この例では、第３接地領域４１ｗは、出力パターン５０の第２出力領域５１ｖと第３出力領域５１ｗとの間に配置されている。

第１接地補助領域４２ａは、電源パターン３０の第１電源領域３１ｕと第２電源領域３１ｖとに沿うように第１方向に延伸している。この例では、第１接地補助領域４２ａと第１電源領域３１ｕと第２電源領域３１ｖは、出力パターン５０の第１出力領域５１ｕと第２出力領域５１ｖとの間に配置されている。具体的には、第１出力領域５１ｕから第２出力領域５１ｖへ向けて、第１電源領域３１ｕと第１接地補助領域４２ａと第２電源領域３１ｖとが順に配置されている。

第２接地補助領域４２ｂは、電源パターン３０の第３電源領域３１ｗに沿うように第１方向に延伸している。この例では、第２接地補助領域４２ｂと第３電源領域３１ｗは、出力パターン５０の第２出力領域５１ｖと第３出力領域５１ｗとの間に配置されている。具体的には、第２出力領域５１ｖから第３出力領域５１ｗへ向けて、第２接地補助領域４２ｂと第３電源領域３１ｗとが順に配置されている。なお、第２接地補助領域４２ｂは、第３接地領域４１ｗに接続されている。

第１接地接続領域４３ａは、第２方向に延伸して第１接地領域４１ｕと第３接地領域４１ｗとを接続している。この例では、第１接地接続領域４３ａは、基板２０の第１対向方向の他端部（図２の右端部）に配置されている。

第２接地接続領域４３ｂは、第２方向に延伸して第１接地領域４１ｕと第２接地領域４１ｖと第１接地補助領域４２ａとを接続している。この例では、第２接地接続領域４３ｂは、基板２０の第１対向方向（図２の左右方向）の中央部に配置されている。

〈ハイサイドスイッチング素子と第１トランジスタ〉
また、このスイッチング電源装置１０では、基板２０の導電層２２にハイサイドスイッチング素子１１が設けられている。ハイサイドスイッチング素子１１は、複数の第１トランジスタ１１０によって構成されている。具体的には、複数の第１トランジスタ１１０が並列に接続されてハイサイドスイッチング素子１１が構成されている。すなわち、このスイッチング電源装置１０は、ハイサイドスイッチング素子１１を構成する複数の第１トランジスタ１１０を備えている。

複数の第１トランジスタ１１０は、電源パターン３０と出力パターン５０の第１領域部５０１とに接続されている。この例では、第１トランジスタ１１０は、電源パターン３０に面実装されて出力パターン５０の第１領域部５０１に接続されている。具体的には、第１トランジスタ１１０は、電源パターン３０に載置され、その一端（ドレイン/放熱面）が半田により電源パターン３０の表面に接合され、その他端（ソース）が出力パターン５０の第１領域部５０１に延出して半田により出力パターン５０の第１領域部５０１の表面に接合されている。なお、第１トランジスタ１１０のゲート（図示を省略）は、ゲート配線（図示を省略）に電気的に接続されている。例えば、第１トランジスタ１１０は、面実装型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により構成されている。

具体的には、この例では、基板２０の導電層２２に第１，第２，第３ハイサイドスイッチング素子１１ｕ，１１ｖ，１１ｗが設けられ、第１，第２，第３ハイサイドスイッチング素子１１ｕ，１１ｖ，１１ｗの各々が４つの第１トランジスタ１１０によって構成されている。第１ハイサイドスイッチング素子１１ｕを構成する４つの第１トランジスタ１１０は、電源パターン３０の第１電源領域３１ｕに面実装され、出力パターン５０の第１出力領域５１ｕの第１領域部５０１に接続されている。第２ハイサイドスイッチング素子１１ｖを構成する４つの第１トランジスタ１１０は、電源パターン３０の第２電源領域３１ｖに面実装され、出力パターン５０の第２出力領域５１ｖの第１領域部５０１に接続されている。第３ハイサイドスイッチング素子１１ｗを構成する４つの第１トランジスタ１１０は、電源パターン３０の第３電源領域３１ｗに面実装され、出力パターン５０の第３出力領域５１ｗの第１領域部５０１に接続されている。

〈ローサイドスイッチング素子と第２トランジスタ〉
また、このスイッチング電源装置１０では、基板２０の導電層２２にローサイドスイッチング素子１２が設けられている。ローサイドスイッチング素子１２は、複数の第２トランジスタ１２０によって構成されている。具体的には、複数の第２トランジスタ１２０が並列に接続されてローサイドスイッチング素子１２が構成されている。すなわち、このスイッチング電源装置１０は、ローサイドスイッチング素子１２を構成する複数の第２トランジスタ１２０を備えている。

複数の第２トランジスタ１２０は、接地パターン４０と出力パターン５０の第２領域部５０２とに接続されている。この例では、第２トランジスタ１２０は、出力パターン５０の第２領域部５０２に面実装されて接地パターン４０に接続されている。具体的には、第２トランジスタ１２０は、出力パターン５０の第２領域部５０２に載置され、その一端（ドレイン/放熱面）が半田により出力パターン５０の第２領域部５０２の表面に接合され、その他端（ソース）が接地パターン４０に延出して半田により接地パターン４０の表面に接合されている。なお、第２トランジスタ１２０のゲート（図示を省略）は、ゲート配線（図示を省略）に電気的に接続されている。例えば、第２トランジスタ１２０は、面実装型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により構成されている。

具体的には、この例では、基板２０の導電層２２に第１，第２，第３ローサイドスイッチング素子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗが設けられ、第１，第２，第３ローサイドスイッチング素子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗの各々が４つの第２トランジスタ１２０によって構成されている。第１ローサイドスイッチング素子１２ｕを構成する４つの第２トランジスタ１２０は、出力パターン５０の第１出力領域５１ｕの第２領域部５０２に面実装され、接地パターン４０の第１接地領域４１ｕに接続されている。第２ローサイドスイッチング素子１２ｖを構成する４つの第２トランジスタ１２０は、出力パターン５０の第２出力領域５１ｖの第２領域部５０２に面実装され、接地パターン４０の第２接地領域４１ｖに接続されている。第３ローサイドスイッチング素子１２ｗを構成する４つの第２トランジスタ１２０は、出力パターン５０の第３出力領域５１ｗの第２領域部５０２に面実装され、接地パターン４０の第３接地領域４１ｗに接続されている。

〈平滑容量部とキャパシタ〉
また、このスイッチング電源装置１０では、基板２０の導電層２２に平滑容量部１３が設けられている。平滑容量部１３は、複数のキャパシタ１３０によって構成されている。すなわち、このスイッチング電源装置１０は、平滑容量部１３を構成する複数のキャパシタ１３０を備えている。

複数のキャパシタ１３０は、電源パターン３０と接地パターン４０に接続されている。この例では、キャパシタ１３０は、電源パターン３０と接地パターン４０とに面実装されている。具体的には、キャパシタ１３０は、電源パターン３０と接地パターン４０に跨がるように載置され、その一端（正極）が半田により電源パターン３０の表面に接合され、その他端（負極）が半田により接地パターン４０の表面に接合されている。例えば、キャパシタ１３０は、電解コンデンサ，フィルムコンデンサ，セラミックコンデンサなどにより構成されている。

また、この例では、複数のキャパシタ１３０は、複数の第１トランジスタ１１０および複数の第２トランジスタ１２０にそれぞれ対応している。そして、複数のキャパシタ１３０の各々は、複数の第１トランジスタ１１０および複数の第２トランジスタ１２０のうちそのキャパシタ１３０に対応するトランジスタと隣り合うように配置されている。

具体的には、この例では、基板２０の導電層２２に設けられた１２個の第１トランジスタ１１０および１２個の第２トランジスタ１２０にそれぞれ対応する２４個のキャパシタ１３０が設けられている。

第１ハイサイドスイッチング素子１１ｕを構成する４つの第１トランジスタ１１０に対応する４つのキャパシタ１３０は、その４つの第１トランジスタ１１０と隣り合うようにそれぞれ配置され、電源パターン３０の第１電源領域３１ｕと接地パターン４０の第１接地補助領域４２ａとに面実装されている。第２ハイサイドスイッチング素子１１ｖを構成する４つの第１トランジスタ１１０に対応する４つのキャパシタ１３０は、その４つの第１トランジスタ１１０と隣り合うようにそれぞれ配置され、電源パターン３０の第２電源領域３１ｖと接地パターン４０の第１接地補助領域４２ａとに面実装されている。第３ハイサイドスイッチング素子１１ｗを構成する４つの第１トランジスタ１１０に対応する４つのキャパシタ１３０は、その４つの第１トランジスタ１１０と隣り合うようにそれぞれ配置され、電源パターン３０の第３電源領域３１ｗと接地パターン４０の第２接地補助領域４２ｂとに面実装されている。

第１ローサイドスイッチング素子１２ｕを構成する４つの第２トランジスタ１２０に対応する４つのキャパシタ１３０は、その４つの第２トランジスタ１２０と隣り合うようにそれぞれ配置され、電源パターン３０の第１電源補助領域３２ａと接地パターン４０の第１接地領域４１ｕとに面実装されている。第２ローサイドスイッチング素子１２ｖを構成する４つの第２トランジスタ１２０に対応する４つのキャパシタ１３０は、その４つの第２トランジスタ１２０と隣り合うようにそれぞれ配置され、電源パターン３０の第１電源補助領域３２ａと接地パターン４０の第２接地領域４１ｖとに面実装されている。第３ローサイドスイッチング素子１２ｗを構成する４つの第２トランジスタ１２０に対応する４つのキャパシタ１３０は、その４つの第２トランジスタ１２０と隣り合うようにそれぞれ配置され、電源パターン３０の第２電源補助領域３２ｂと接地パターン４０の第３接地領域４１ｗとに面実装されている。

〔接続線〕
また、このスイッチング電源装置１０は、電源接続線３５と、接地接続線４５と、１つまたは複数の出力接続線５５とを備えている。この例では、スイッチング電源装置１０には、第１，第２，第３スイッチング部ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗにそれぞれ対応する第１，第２，第３出力接続線５５ｕ，５５ｖ，５５ｗが設けられている。なお、図２では、電源接続線３５と接地接続線４５と出力接続線５５（第１，第２，第３出力接続線５５ｕ，５５ｖ，５５ｗ）を二点鎖線で図示している。

〈電源接続線〉
電源接続線３５は、電源（この例では直流電源Ｐ）と電源パターン３０とを接続するために設けられている。すなわち、電源接続線３５は、図１に示した電源線ＬＰの一部を構成する部分である。そして、電源接続線３５は、電源パターン３０に接続されている。

この例では、電源接続線３５は、バスバーによって構成されている。すなわち、電源接続線３５は、板状に形成されている。また、電源接続線３５は、連結ネジ６０により電源パターン３０にネジ止めされて固定されている。なお、電源接続線３５をネジ止めする連結ネジ６０は、電源接続線３５と導電層２２と絶縁層２１とを貫通して放熱層２３に締結されている。電源接続線３５のネジ止め構造については、後で詳しく説明する。

具体的には、この例では、電源接続線３５は、電源パターン３０の第２電源領域３１ｖと第２電源接続領域３３ｂとに接続され、連結ネジ６０により第２電源領域３１ｖと第２電源接続領域３３ｂとにネジ止めされて固定されている。

〈接地接続線〉
接地接続線４５は、電源（この例では直流電源Ｐ）と接地パターン４０とを接続するために設けられている。すなわち、接地接続線４５は、図１に示した接地線ＬＧの一部を構成する部分である。そして、接地接続線４５は、接地パターン４０に接続されている。

この例では、接地接続線４５は、バスバーによって構成されている。すなわち、接地接続線４５は、板状に形成されている。また、接地接続線４５は、連結ネジ６０により接地パターン４０にネジ止めされて固定されている。なお、接地接続線４５をネジ止めする連結ネジ６０は、接地接続線４５と導電層２２と絶縁層２１とを貫通して放熱層２３に締結されている。接地接続線４５のネジ止め構造については、後で詳しく説明する。

具体的には、この例では、接地接続線４５は、接地パターン４０の第１接地接続領域４３ａに接続され、連結ネジ６０により第１接地接続領域４３ａにネジ止めされて固定されている。

〈出力接続線〉
出力接続線５５は、スイッチング電源装置１０の駆動対象（この例ではモータＭ）と出力パターン５０とを接続するために設けられている。すなわち、出力接続線５５は、図１に示した出力線ＬＯを構成する部分である。出力接続線５５は、出力パターン５０の第３領域部５０３に接続されている。

この例では、出力接続線５５は、バスバーによって構成されている。すなわち、出力接続線５５は、板状に形成されている。また、出力接続線５５は、連結ネジ６０により出力パターン５０の第３領域部５０３にネジ止めされて固定されている。なお、出力接続線５５をネジ止めする連結ネジ６０は、出力接続線５５と導電層２２と絶縁層２１とを貫通して放熱層２３に締結されている。出力接続線５５のネジ止め構造については、後で詳しく説明する。

具体的には、この例では、第１，第２，第３出力接続線５５ｕ，５５ｖ，５５ｗは、図１に示した第１，第２，第３出力線ＬＯｕ，ＬＯｖ，ＬＯｗをそれぞれ構成する部分である。また、第１，第２，第３出力線ＬＯｕ，ＬＯｖ，ＬＯｗは、バスバーによって構成されている。そして、第１出力接続線５５ｕは、出力パターン５０の第１出力領域５１ｕの第３領域部５０３に接続され、連結ネジ６０により第１出力領域５１ｕの第３領域部５０３にネジ止めされて固定されている。第２出力接続線５５ｖは、出力パターン５０の第２出力領域５１ｖの第３領域部５０３に接続され、連結ネジ６０により第２出力領域５１ｖの第３領域部５０３にネジ止めされて固定されている。第３出力接続線５５ｗは、出力パターン５０の第３出力領域５１ｗの第３領域部５０３に接続され、連結ネジ６０により第３出力領域５１ｗの第３領域部５０３にネジ止めされて固定されている。

〔接続線のネジ止め構造〕
次に、図４および図５を参照して、電源接続線３５と接地接続線４５と出力接続線５５のネジ止め構造について説明する。なお、電源接続線３５のネジ止め構造と接地接続線４５のネジ止め構造は、出力接続線５５のネジ止め構造と同様となっている。以下では、出力接続線５５のネジ止め構造を例に挙げて説明する。

出力接続線５５のネジ止め構造は、連結ネジ６０により出力接続線５５を基板２０（具体的には導電層２２）にネジ止めして固定するための構造であり、台座部７１と絶縁部材７２とワッシャ７３と連結ネジ６０とを備えている。

台座部７１は、導電材料（例えば金属）により構成され、導電層２２に設けられる。この例では、台座部７１は、出力接続線５５と導電層２２との接続部（出力接続線５５を接続すべき部分）である出力パターン５０の第３領域部５０３に設けられる。また、この例では、台座部７１の台座面（図２の上面）は、矩形状に形成されている。そして、台座部７１の中央部には、連結ネジ６０を挿通させる挿通孔が設けられている。台座部７１の挿通孔の口径は、連結ネジ６０の胴部の外径よりも大きくなっている。

台座部７１の台座面には、出力接続線５５が載置される。この例では、板状に形成された出力接続線５５が台座部７１の台座面に載置される。また、出力接続線５５には、連結ネジ６０を挿通させる挿通孔が設けられている。出力接続線５５の挿通孔の口径は、連結ネジ６０の胴部の外径よりも大きくなっている。

なお、台座部７１の高さ（導電層２２の表面から台座部７１の台座面までの高さ）は、導電層２２に実装された第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０の高さ（導電層２２の表面を基準とする高さ）よりも高くなっている。このような構成により、台座部７１の台座面に載置された出力接続線５５と導電層２２に実装された第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０とを接触させないようにすることができる。

絶縁部材７２は、板状に形成され、台座部７１に載置された出力接続線５５に載置される。例えば、絶縁部材７２は、絶縁紙（絶縁ワニスが塗布された上質紙またはクラフト紙）によって構成されている。この例では、絶縁部材７２は、台座部７１の台座面の平面形状に対応する形状（すなわち矩形の板状）に形成されている。また、絶縁部材７２の中央部には、連結ネジ６０を挿通させる挿通孔が設けられている。絶縁部材７２の挿通孔の口径は、連結ネジ６０の胴部の外径よりも大きくなっているが、出力接続線５５の挿通孔の口径および台座部７１の挿通孔の口径よりも小さくなっている。なお、絶縁部材７２の挿通孔の周縁部には、環状凸部７２ａが設けられている。環状凸部７２ａは、例えば、絶縁部材７２の挿通孔の周縁部にエンボス加工を施すことにより形成されている。

ワッシャ７３は、板状に形成され、出力接続線５５に載置された絶縁部材７２に載置される。この例では、ワッシャ７３は、Ｕ字型の板状（Ｕ字型に屈曲する板状）に形成されている。そして、ワッシャ７３は、台座部７１の台座面との間に出力接続線５５と絶縁部材７２とを挟み込んだ状態で台座部７１に覆い被さるように構成されている。また、ワッシャ７３の中央部には、連結ネジ６０を挿通させる挿通孔が設けられている。ワッシャ７３の挿通孔の口径は、連結ネジ６０の胴部の外径よりも大きくなっている。

また、基板２０の導電層２２と絶縁層２１には、連結ネジ６０を挿通させる挿通孔が設けられている。導電層２２と絶縁層２１の挿通孔の口径は、連結ネジ６０の胴部の外径よりも大きく、且つ、絶縁部材７２の挿通孔の口径よりも大きくなっている。また、基板２０の放熱層２３には、連結ネジ６０に締結されるネジ穴６１が設けられている。

連結ネジ６０は、ワッシャ７３と絶縁部材７２と出力接続線５５と台座部７１と導電層２２と絶縁層２１とを貫通して放熱層２３に締結されている。具体的には、連結ネジ６０は、ワッシャ７３の挿通孔と絶縁部材７２の挿通孔と出力接続線５５の挿通孔と台座部７１の挿通孔と導電層２２の挿通孔と絶縁層２１の挿通孔とに挿通されて放熱層２３のネジ穴６１に締結されている。なお、出力接続線５５と台座部７１と導電層２２と絶縁層２１の挿通孔と連結ネジ６０の胴部との間には隙間が形成され、連結ネジ６０の頭部と出力接続線５５との間にはワッシャ７３と絶縁部材７２とが設けられている。このような構成により、出力接続線５５と放熱層２３との絶縁性を確保することができる。

〔実施形態による効果〕
以上のように、ハイサイドスイッチング素子１１を構成する複数の第１トランジスタ１１０を出力パターン５０の第１領域部５０１に接続し、ローサイドスイッチング素子１２を構成する複数の第２トランジスタ１２０を出力パターン５０の第２領域部５０２に接続し、出力接続線５５を出力パターン５０の第３領域部５０３（第１領域部５０１と第２領域部５０２とを接続する第３領域部５０３）に接続することにより、出力接続線５５を出力パターン５０を長手方向の端部に接続する場合よりも、第１トランジスタ１１０の出力電流経路（第１トランジスタ１１０と出力パターン５０との接続点から出力パターン５０を経由して出力接続線５５と出力パターン５０との接続点に至る電流経路）の長さと、第２トランジスタ１２０の出力電流経路（第２トランジスタ１２０と出力パターン５０との接続点から出力パターン５０を経由して出力接続線５５と出力パターン５０との接続点に至る電流経路）の長さとの差を小さくすることができる。これにより、ハイサイドスイッチング素子１１とローサイドスイッチング素子１２のうち一方のスイッチング素子を構成するトランジスタに電流が集中することを緩和することができるので、ハイサイドスイッチング素子１１とローサイドスイッチング素子１２の発熱温度のばらつきを低減することができる。

また、この例では、出力パターン５０（具体的には第１，第２，第３出力領域５１ｕ，５１ｖ，５１ｗ）は、第１領域部５０１，第３領域部５０３，第２領域部５０２の順となるように延伸した形状を有している。このような構成により、第１領域部５０１と第３領域部５０３との距離および第２領域部５０２と第３領域部５０３との距離の両方を同時に短くすることができる。その結果、第１トランジスタ１１０の出力電流経路および第２トランジスタ１２０の出力電流経路の長さを短くすることができるので、ハイサイドスイッチング素子１１とローサイドスイッチング素子１２の発熱温度のばらつきをさらに低減することができる。

また、導電層２２と絶縁層２１とを貫通して放熱層２３に締結される連結ネジ６０を用いて出力パターン５０の第３領域部５０３に出力接続線５５をネジ止めすることにより、絶縁層２１と放熱層２３との密着性を向上させることができる。これにより、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０から導電層２２と絶縁層２１とを経由して放熱層２３へ向かう熱の伝達を促進させることができる。このように、基板２０の放熱性を向上させることができるので、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０のスイッチング動作に起因する温度上昇を抑制することができる。

また、基板２０の放熱層２３を放熱部材２４に接続することにより、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０から導電層２２と絶縁層２１とを経由して放熱層２３へ向かう熱の伝達を促進させることができる。これにより、基板２０の放熱性を向上させることができるので、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０のスイッチング動作に起因する温度上昇を抑制することができる。

また、出力接続線５５をバスバーで構成することにより、出力接続線５５の放熱性を向上させることができる。これにより、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０から出力パターン５０を経由して出力接続線５５へ向かう熱の伝達を促進させることができるので、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０のスイッチング動作に起因する温度上昇を抑制することができる。

また、出力接続線５５と同様に、電源接続線３５をバスバーで構成することにより、電源接続線３５の放熱性を向上させることができる。これにより、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０から電源パターン３０を経由して電源接続線３５へ向かう熱の伝達を促進させることができるので、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０のスイッチング動作に起因する温度上昇を抑制することができる。

また、基板２０の導電層２２に第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０とともに平滑容量部１３を設けることにより、基板２０の導電層２２に平滑容量部１３を設けない場合（例えば第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０が設けられた基板２０とは異なる基板に平滑容量部１３を設ける場合）よりも、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０から平滑容量部１３に至る配線経路を短縮することができる。これにより、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０から平滑容量部１３に至る配線経路における寄生インダクタンスを低減することができるので、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０のスイッチング動作に起因するサージ電圧を低減することができる。

また、複数の第１トランジスタ１１０および複数の第２トランジスタ１２０とそれぞれ隣り合うように、平滑容量部１３を構成する複数のキャパシタ１３０を配置することにより、第１トランジスタ１１０（または第２トランジスタ１２０）からキャパシタ１３０に至る配線経路を短縮することができる。これにより、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０のスイッチング動作に起因するサージ電圧を低減することができる。

（スイッチング電源装置の変形例）
なお、図６に示すように、スイッチング電源装置１０は、連結ネジ６０が導電層２２と絶縁層２１と放熱層２３とを貫通して放熱部材２４に締結されるように構成されていてもよい。すなわち、出力接続線５５は、導電層２２と絶縁層２１と放熱層２３とを貫通して放熱部材２４に締結される連結ネジ６０により出力パターン５０の第３領域部５０３にネジ止めされていてもよい。電源接続線３５および接地接続線４５についても同様である。

図６の例では、導電層２２と絶縁層２１と放熱層２３とに連結ネジ６０を挿通させる挿通孔が設けられ、放熱部材２４に連結ネジ６０に締結されるネジ穴６１が設けられ、連結ネジ６０は、ワッシャ７３の挿通孔と絶縁部材７２の挿通孔と出力接続線５５の挿通孔と台座部７１の挿通孔と導電層２２の挿通孔と絶縁層２１の挿通孔と放熱層２３の挿通孔とに挿通されて放熱部材２４のネジ穴６１に締結されている。なお、出力接続線５５と台座部７１と導電層２２と絶縁層２１と放熱層２３の挿通孔と連結ネジ６０の胴部との間には隙間が形成され、連結ネジ６０の頭部と出力接続線５５との間にはワッシャ７３と絶縁部材７２とが設けられている。このような構成により、出力接続線５５と放熱部材２４との絶縁性を確保することができる。

以上のように、導電層２２と絶縁層２１と放熱層２３とを貫通して放熱部材２４に締結される連結ネジ６０を用いて出力接続線５５を出力パターン５０の第３領域部５０３にネジ止めすることにより、絶縁層２１と放熱層２３と放熱部材２４の密着性を向上させることができる。これにより、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０から導電層２２と絶縁層２１と放熱層２３とを経由して放熱部材２４へ向かう熱の伝達を促進させることができる。このように、基板２０の放熱性を向上させることができるので、第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０のスイッチング動作に起因する温度上昇を抑制することができる。

また、導電層２２と絶縁層２１と放熱層２３とを貫通して放熱部材２４に締結される連結ネジ６０を用いて出力接続線５５を出力パターン５０の第３領域部５０３にネジ止めすることにより、基板２０の反りを低減することができる。また、連結ネジ６０により基板２０と放熱部材２４とを共締めすることができるので、スイッチング電源装置１０の部品点数を削減することができる。

（その他の実施形態）
なお、以上の説明では、出力接続線５５が台座部７１を介して出力パターン５０の第３領域部５０３に接続されている場合を例に挙げたが、これに限らず、出力接続線５５は、出力パターン５０の第３領域部５０３に直接的に接続されていてもよい。例えば、図６に示したネジ止め構造において台座部７１が省略されて、連結ネジ６０がワッシャ７３と絶縁部材７２と出力接続線５５と導電層２２と絶縁層２１と放熱層２３とを貫通して放熱部材２４に締結されていてもよい。このような構成により、台座部７１を省略することができるので、スイッチング電源装置１０の部品点数を削減することができる。なお、このような構成において出力接続線５５と導電層２２に実装された第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０とが接触しないようにするために、出力接続線５５は、その端部の形状が長手方向断面においてクランク状（出力パターン５０の第３領域部５０３へ向けて屈曲する形状）となるように形成されていてもよい。電源接続線３５および接地接続線４５についても同様である。

また、以上の説明では、出力接続線５５がバスバーによって構成されている場合を例に挙げたが、これに限らず、出力接続線５５は、例えば、金属導線によって構成されていてもよい。電源接続線３５および接地接続線４５についても同様である。

また、以上の説明では、出力接続線５５が連結ネジ６０によって出力パターン５０の第３領域部５０３にネジ止めされて固定されている場合を例に挙げたが、これに限らず、出力接続線５５は、例えば、半田により出力パターン５０の第３領域部５０３に接合されて固定されていてもよい。電源接続線３５および接地接続線４５についても同様である。

また、以上の説明では、平滑容量部１３を構成するキャパシタ１３０の個数が基板２０に実装された第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０の総数と同数である場合を例に挙げたが、これに限らず、平滑容量部１３を構成するキャパシタ１３０の個数は、基板２０に実装された第１トランジスタ１１０および第２トランジスタ１２０の総数と異なる数であってもよい。

また、以上の実施形態および変形例を適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、この開示、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、この開示は、スイッチング電源装置として有用である。

１０ スイッチング電源装置
１１ ハイサイドスイッチング素子
１２ ローサイドスイッチング素子
１３ 平滑容量部
２０ 基板
２１ 絶縁層
２２ 導電層
２３ 放熱層
２４ 放熱部材
３０ 電源パターン
３５ 電源接続線
４０ 接地パターン
４５ 接地接続線
５０ 出力パターン
５５ 出力接続線
５０１ 第１領域部
５０２ 第２領域部
５０３ 第３領域部
１１０ 第１トランジスタ
１２０ 第２トランジスタ
１３０ キャパシタ

Claims (8)

1. 直列に接続されたハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を有するスイッチング電源装置であって、
   絶縁層と、該絶縁層の一方面に設けられて出力パターンが形成された導電層と、該絶縁層の他方面に設けられた放熱層とを有する基板と、
   前記ハイサイドスイッチング素子を構成する複数の第１トランジスタと、
   前記ローサイドスイッチング素子を構成する複数の第２トランジスタと、
   出力接続線とを備え、
   前記出力パターンは、第１領域部と、第２領域部と、該第１領域部と該第２領域部とを接続する第３領域部とを有し、
   前記複数の第１トランジスタは、前記出力パターンの第１領域部に接続され、
   前記複数の第２トランジスタは、前記出力パターンの第２領域部に接続され、
   前記出力接続線は、前記出力パターンの第３領域部に接続される
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 請求項１において、
   前記出力接続線は、前記導電層と前記絶縁層とを貫通して前記放熱層に締結される連結ネジにより前記出力パターンの第３領域部にネジ止めされている
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
3. 請求項１において、
   前記放熱層は、放熱部材に接続される
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
4. 請求項３において、
   前記出力接続線は、前記導電層と前記絶縁層と前記放熱層とを貫通して前記放熱部材に締結される連結ネジにより前記出力パターンの第３領域部にネジ止めされている
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   前記出力接続線は、バスバーによって構成されている
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   前記出力接続線は、金属導線によって構成されている
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、
   前記導電層に設けられた平滑容量部を備えている
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
8. 請求項７において、
   前記平滑容量部は、前記導電層に設けられて前記複数の第１トランジスタおよび前記複数の第２トランジスタにそれぞれ対応する複数のキャパシタを有し、
   前記複数のキャパシタの各々は、前記複数の第１トランジスタおよび前記複数の第２トランジスタのうち該キャパシタに対応するトランジスタと隣り合うように配置されている
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。

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