JP2020191402A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させること。【解決手段】回路部品が実装された片面プリント基板12を有し、第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換するDC/DCコンバータであって、片面プリント基板12は、パターン配線が形成された半田面と、半田面と片面プリント基板12を介して対向し、パターン配線が形成されない部品面と、を有し、半田面には、回路部品が実装され、部品面には、回路部品の内の発熱素子が発する熱を放熱するために、板状の金属部材11が片面プリント基板12を介して発熱素子を覆う位置に設置され、金属部材11は、片面プリント基板12に設けられたスリット12a、12bから半田面側に突出する端子11a、11bを有し、端子11a、11bは、半田面に実装された回路部品に接続された、グランドのパターン配線と電気的に接続されている。【選択図】図3
Description
本発明は、電源装置、及び電源装置を搭載した画像形成装置に関する。
スイッチング電源装置のスイッチング素子のスイッチング動作により発生する電流は、スイッチング素子の内部配線や、プリント基板上のパターン配線等の電流経路に寄生するインダクタンスのインピーダンスに起因した電位変動を生じさせる。この電位変動がノイズ源となり、発生したノイズが同一プリント基板内の電源パターン、又はグランドパターンを伝搬し、プリント基板に接続される束線や金属筺体がアンテナとなって、ノイズが放射されてしまう。従来の放射ノイズ対策としては、ノイズが伝搬するプリント基板上のパターン配線上にフェライトビーズを配置したり、束線にコアを取り付けたり、束線をツイストする等の対策が挙げられる。また、その他の放射ノイズ対策として、例えばプリント基板上のパターン配線の幅を拡大したり、プリント基板を2層の両面プリント基板にして、パターン配線のインピーダンスを小さくしたりする方法がとられていた。
しかしながら、フェライトビーズやコア等のノイズ対策用の部品の追加や、束線のツイスト化、プリント基板のパターン配線幅の拡大は、プリント基板のサイズを拡大することになる。また、プリント基板のサイズ拡大や、プリント基板を2層の両面プリント基板にすることは、コストアップという課題を生じる。
そこで、この課題を解決するために、例えば特許文献1では、次のような片面プリント基板が提案されている。すなわち、特許文献1の片面プリント基板では、半田面側の高周波信号が流れるパターン配線と対向する部品面側に導電性シート部材を取付け、部品面側の導電性シート部材と半田面側のグランドパターンとをジャンパ線を介して電気的に接続している。これにより、片面プリント基板では、例えばCPUとASICが通信する際に高周波信号が流れるバスラインやクロックライン等のパターンと、基板を介して対向する面にグランドプレーンが形成されることになる。その結果、マイクロストリップ構造とほぼ同等の構成を形成されることにより、放射ノイズを低減させることができる。
上述した放射ノイズ対策の方法は、片面プリント基板上のCPUとASICが通信する際に高周波数の信号が流れるバスラインやクロックライン等を想定している。この種の片面プリント基板では、半田面側に設けられた、高周波信号が流れるバスラインやクロックラインのパターン領域と基板を介して対向する部品面側には部品が実装されていない。そのため、片面プリント基板の半田面側の高周波信号パターン領域に対向する部品面側を導電性シートで覆うことが可能である。
しかしながら、スイッチング電源装置では、プリント基板の部品面側には、コイルや半導体、ジャンパ線等のリード部品が実装されることが多い。そのため、スイッチング電源装置のプリント基板の半田面側の電流経路のパターン配線領域と、プリント基板を介して対向する部品面側の領域を、導電性シートで覆えない場合も考えられる。また、商用交流電源から入力される交流電圧からスイッチング素子のスイッチング動作により直流電圧を生成するスイッチング電源装置では、リード部品には高電圧が印加されている箇所がある。この高電圧が印加されている箇所と導電性シートとの距離が近いと放電現象が生じ、その結果、スイッチング電源装置の誤動作等が発生してしまう場合がある。そのため、導電性シートと高電圧が印加されているリード部品との間に距離を確保する必要があり、電流経路であるパターン配線領域を導電性シートで覆うことが困難な場合もある。
また、近年はスイッチング電源装置に使用される部品を小型化するために、スイッチング素子のスイッチング周波数が高周波化している。これにより、スイッチング素子のスイッチング動作時に発生するスイッチング損失が大きくなり、その際に生じるスイッチング素子の発熱が課題となっている。
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明では、以下の構成を備える。
(1)回路部品が実装されたプリント基板を有し、第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換する電源装置であって、前記プリント基板は、パターン配線が形成された第1の面と、前記第1の面と前記プリント基板を介して対向し、パターン配線が形成されない第2の面と、を有し、前記第1の面には、前記回路部品が実装され、前記第2の面には、前記回路部品の内の発熱素子が発する熱を放熱するために、板状の金属部材が前記プリント基板を介して前記発熱素子を覆う位置に設置され、前記金属部材は、前記プリント基板に設けられたスリットから前記第1の面側に突出する端子を有し、前記端子は、前記第1の面に実装された前記回路部品に接続された、グランドのパターン配線と電気的に接続されていることを特徴とする電源装置。
(2)記録材に画像形成を行う画像形成手段と、回路部品が実装されたプリント基板を有し、第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換する電源装置と、を備える画像形成装置であって、前記プリント基板は、パターン配線が形成された第1の面と、前記第1の面と前記プリント基板を介して対向し、パターン配線が形成されない第2の面と、を有し、前記第1の面には、前記回路部品が実装され、前記第2の面には、前記回路部品の内の発熱素子が発する熱を放熱するために、板状の金属部材が前記プリント基板を介して前記発熱素子を覆う位置に設置され、前記金属部材は、前記プリント基板に設けられたスリットから前記第1の面側に突出する端子を有し、前記端子は、前記第1の面に実装された前記回路部品に接続された、グランドのパターン配線と電気的に接続されていることを特徴とする画像形成装置。
本発明によれば、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることができる。
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[DC/DCコンバータの構成]
図1は、実施例1が適用される、第一の直流電圧を第二の直流電圧へ変換するスイッチング電源装置であるDC/DCコンバータの構成を示す回路図である。図1を参照しながら、DC/DCコンバータの構成及び動作について説明する。
図1は、実施例1が適用される、第一の直流電圧を第二の直流電圧へ変換するスイッチング電源装置であるDC/DCコンバータの構成を示す回路図である。図1を参照しながら、DC/DCコンバータの構成及び動作について説明する。
第一の直流電圧である入力電圧Vinは、入力コンデンサ1(第1のコンデンサ)、及びDC/DCコンバータを制御する制御部である制御IC10のVcc端子に印加される。その後、制御IC10が立ち上がり、スイッチング素子である電界効果トランジスタ2(以下、FET2という)のスイッチング動作の制御を開始する。FET2のゲート端子は、抵抗8を介して、制御IC10のOUT端子に接続されている。制御IC10は、断続的にOUT端子からFET2のゲート端子にパルス信号を出力することにより、FET2をオン、オフさせて、FET2のスイッチング動作を制御する。FET2をオン、オフすることにより、コンデンサ1の電圧がインダクタ4にパルス電圧として供給される。インダクタ4に供給されたパルス電圧は、インダクタ4、ダイオード3、出力コンデンサ5(第2のコンデンサ)により直流電圧に変換される。出力コンデンサ5に蓄積された直流電圧は、DC/DCコンバータの出力電圧Voutとして、接続された負荷に供給される。FET2がオン状態のときは、ダイオード3は概ね非導通状態(オフ状態)であり、FET2がオフ状態のときは、ダイオード3は導通状態(オン状態)となる。そのため、ダイオード3も、FET2と同様に、スイッチング素子ということができる。
また、出力電圧Voutは、分圧抵抗6、7により分圧され、分圧された電圧は、制御IC10のIN2端子に入力される。制御IC10は、内部に基準電圧とエラーアンプを有しており、基準電圧とIN2端子に入力された、出力電圧Voutの分圧された電圧との誤差情報に基づいて、FET2のオンデューティを制御する。これにより、制御IC10は、出力電圧Voutを目標とする直流電圧に安定して制御することができる。なお、上述した抵抗8は、FET2のゲート端子に接続されるゲート抵抗であり、抵抗9は、FET2をオフするために、FET2のドレイン端子とゲート端子との間に接続される抵抗である。
また、金属部材11は、DC/DCコンバータと図中、2箇所(A部、B部)で接続されている。A部は、入力コンデンサ1のグランド(図中、Gで示す)側(接地側)の端子であり、B部は、スイッチング素子であるダイオード3のグランド側に接続されたアノード端子である。
[ノイズ発生のメカニズム]
次に、FET2のスイッチング動作によるノイズ発生のメカニズムについて説明する。上述したように、FET2は、制御IC10の制御により、オン状態、オフ状態を繰り返す。FET2がオフ状態の間は、インダクタ4は、蓄えられたエネルギーを放出するために、図中の破線で示す電流経路i1により、出力コンデンサ5とダイオード3に電流が流れる。一方、制御IC10による制御により、FET2がオン状態になると、直前まで電流を流していたダイオード3の逆回復電流特性による逆回復電流により、図中の一点鎖線で示す電流経路i2で、電流が流れる。すなわち、入力コンデンサ1―FET2−ダイオード3―入力コンデンサ1の経路で、電流が流れる。このときに、FET2やダイオード3の内部配線(ボンディングワイヤー)や基板のパターン配線等の寄生インダクタンス成分に、エネルギーが蓄積される。そして、蓄積されたエネルギーは、ダイオード3の逆回復電流がなくなった際に解放されることにより、大きなオーバーシュートによる高電圧が発生し、その後、上述した電流経路i2の寄生インダクタンスと回路の寄生容量によるLC共振を生じる。LC共振によるリンギング電圧がノイズ源となったノイズが生じ、同一基板内のパターン配線を伝搬することになる。
次に、FET2のスイッチング動作によるノイズ発生のメカニズムについて説明する。上述したように、FET2は、制御IC10の制御により、オン状態、オフ状態を繰り返す。FET2がオフ状態の間は、インダクタ4は、蓄えられたエネルギーを放出するために、図中の破線で示す電流経路i1により、出力コンデンサ5とダイオード3に電流が流れる。一方、制御IC10による制御により、FET2がオン状態になると、直前まで電流を流していたダイオード3の逆回復電流特性による逆回復電流により、図中の一点鎖線で示す電流経路i2で、電流が流れる。すなわち、入力コンデンサ1―FET2−ダイオード3―入力コンデンサ1の経路で、電流が流れる。このときに、FET2やダイオード3の内部配線(ボンディングワイヤー)や基板のパターン配線等の寄生インダクタンス成分に、エネルギーが蓄積される。そして、蓄積されたエネルギーは、ダイオード3の逆回復電流がなくなった際に解放されることにより、大きなオーバーシュートによる高電圧が発生し、その後、上述した電流経路i2の寄生インダクタンスと回路の寄生容量によるLC共振を生じる。LC共振によるリンギング電圧がノイズ源となったノイズが生じ、同一基板内のパターン配線を伝搬することになる。
本実施例では、このノイズを低減するために、図1のグランドのパターン配線中のA部とB部を金属部材11で接続し、金属部材11により電流経路i2の上のグランドのパターン配線のインピーダンスを小さくする。これにより、ノイズを低減することができる。
[金属部材の配置]
図2は、片面プリント基板に取り付けられる金属部材11を説明する図である。図2(a)〜(d)の各図において、図1で説明した回路部品には同じ符号を用いることで、ここでの説明を省略する。
図2は、片面プリント基板に取り付けられる金属部材11を説明する図である。図2(a)〜(d)の各図において、図1で説明した回路部品には同じ符号を用いることで、ここでの説明を省略する。
図2(a)は、金属部材11を片面プリント基板12の部品面側に取り付ける前の状態を示した斜視図である。片面プリント基板12において、図中上側の面はインダクタ4を実装する部品面(第2の面)であり、パターン配線が形成されない部品面に対向する片面プリント基板12の裏面は、パターン配線が形成される半田面(第1の面)である。金属部材11は板状の部材であり、金属部材11の一部が図中下方向に折り曲げられて形成された、2つの端子11a,11bを有している。端子11a、11bは、金属部材11を片面プリント基板12の半田面側のグランドパターン配線と電気的に接続するために、片面プリント基板12の対向する位置に設けられた挿入穴に挿入する端子である。また、片面プリント基板12には、2つの挿入穴12a、12bが設けられている。挿入穴12a、12bは、それぞれ金属部材11の端子11a、11bを挿入するために設けられたスリット状の穴である。
図2(b)は、金属部材11を片面プリント基板12の部品面側に実装した状態を示す斜視図である。なお、枠で囲まれた吹き出し図は、金属部材11が片面プリント基板12に実装されている部分を拡大した斜視図であり、金属部材11の端子11a、11bが、それぞれ、片面プリント基板12に設けられた挿入穴12a、12bに挿入された状態を示している。図2(b)に示すように、金属部材11は、片面プリント基板12の部品面側に密着するように並行に実装されている。
図2(c)は、片面プリント基板12に実装された金属部材11を片面プリント基板12の部品面側の真上から見たときの上面図である。図2(c)では、片面プリント基板12の部品面側に実装される金属部材11、インダクタ4は実線で示している。一方、片面プリント基板12の部品面側の反対側の半田面に実装されるFET2、ダイオード3は、点線で示している。なお、片面プリント基板12の半田面側に実装されているFET2、ダイオード3は、スイッチング動作により発熱する発熱素子である。金属部材11は、発熱素子であるFET2、ダイオード3を、片面プリント基板12を介して覆いかぶさる形状を有し、部品面と並行に配置されている。
図2(d)は、片面プリント基板12を、図2(c)のA−A’線で切断したときの断面図である。図2(d)において、片面プリント基板12の図中上側のインダクタ4が実装されている面が部品面であり、図中下側のFET2、ダイオード3が実装されている面が半田面である。図2(d)に示すように、金属部材11は、片面プリント基板12の部品面に密着して配置され、片面プリント基板12を介して発熱素子であるFET2とダイオード3の半田面側の設置面積に対向する部品面側の領域を覆っているのが分かる。この構成により、FET2とダイオード3から生じる発熱は、片面プリント基板12を介して金属部材11に伝導し、金属部材11から周囲に放熱される。本実施例では、FET2とダイオード3が片面プリント基板12を介して対向する部品面側の領域を覆う位置に、金属部材11を配置することにより、FET2とダイオード3の放熱を行うことができる。また、金属部材11の端子11a、11bは、挿入穴12a、12bを通って半田面側に突出し、半田付けされている。
[片面プリント基板のパターン配線]
図3は、図1で示したDC/DCコンバータのパターン配線のレイアウトの一部を模式的に示した図であり、片面プリント基板12の部品面から見たときの透視図である。なお、図3では、図1に示す回路部品と同じ符号を付すことにより、ここでの説明を省略する。また、図3は、片面プリント基板12の部品面から見たときの透視図である。そのため、片面プリント基板12の部品面に実装される部品(例えば金属部材11、インダクタ4等)は破線で示し、片面プリント基板12の半田面に実装される部品(FET2、ダイオード3、制御IC10等)は実線で示している。なお、枠で囲まれた吹き出し図は、図1で説明した制御IC10の端子の位置を示す図である。
図3は、図1で示したDC/DCコンバータのパターン配線のレイアウトの一部を模式的に示した図であり、片面プリント基板12の部品面から見たときの透視図である。なお、図3では、図1に示す回路部品と同じ符号を付すことにより、ここでの説明を省略する。また、図3は、片面プリント基板12の部品面から見たときの透視図である。そのため、片面プリント基板12の部品面に実装される部品(例えば金属部材11、インダクタ4等)は破線で示し、片面プリント基板12の半田面に実装される部品(FET2、ダイオード3、制御IC10等)は実線で示している。なお、枠で囲まれた吹き出し図は、図1で説明した制御IC10の端子の位置を示す図である。
図3において、網掛け塗りで示されるパターン配線Gは、DC/DCコンバータのグランドのパターン配線である。また、ランドGaは、グランドのパターン配線Gと同電位のランドであり、金属部材11の端子11aと半田付けにより電気的に接続される。図3に示すように、図1のA部であるランドGaは、入力コンデンサ1のグランド側に接続される端子1aの可能な限り近傍に配置される。また、ランドGbも、ランドGaと同様に、グランドのパターン配線Gと同電位のランドであり、金属部材11の端子11bと半田付けにより電気的に接続される。図1のB部であるランドGbは、ダイオード3のグランド側に接続されるアノード端子である端子3a、3bの可能な限り近傍に配置される。また、パターン配線Gは、出力コンデンサ5の一端や、抵抗7の一端、制御IC10のGND(グランド)端子に接続されている。
斜線で示される入力電圧Vinのパターン配線は、端子1aがグランドのパターン配線Gに接続された入力コンデンサ1の他端やFET2のドレイン端子、抵抗9の一端、制御IC10のVcc端子に接続されている。ドットで示される出力電圧Voutのパターン配線は、ジャンパ線で接続された2つのパターン配線から構成されている。一方の出力電圧Voutのパターン配線は、インダクタ4の一端や出力コンデンサ5の一端と接続されている。また、一端が出力電圧Voutのパターン配線と接続されたインダクタ4の他端は、パターン配線を介して、ダイオード3のカソード端子や、FET2のソース端子と接続されている。もう一方の出力電圧Voutのパターン配線には、分圧抵抗6の一端と接続されている。また、分圧抵抗6の他端は、分圧抵抗7の一端及び制御IC10のIN2端子と接続され、分圧抵抗7の他端は、グランドのパターン配線Gと接続されている。また、制御IC10のOUT端子は、抵抗8の一端と接続され、抵抗8の他端は、抵抗9の一端及びFET2のゲート端子と接続されている。抵抗9の他端は、入力電圧Vinのパターン配線に接続されている。
以上説明したように、片面プリント基板12の部品面に金属部材11を設置し、半田面のグランドのパターン配線と電気的に接続することにより、グランドのパターン配線のインピーダンスを小さくすることができる。これにより、スイッチング素子のスイッチング動作時の電流経路上に生じる寄生インダクタンスに起因するノイズを抑えることができる。また、スイッチング素子であるFET2とダイオード3の発熱が片面プリント基板12を介して金属部材11に伝導され、金属部材11から周囲へ放熱される。これにより、FET2とダイオード3の温度上昇を抑制することができる。
本実施例では、金属部材11の端子11a、11bを、入力コンデンサ1とスイッチング素子であるダイオード3のグランドのパターン配線に接続する構成で説明した。しかしながら、接続箇所はこの構成に限定されるものではなく、例えば、金属部材11の端子11a、11bとの接続箇所を、入力コンデンサ1と出力コンデンサ5のグランドのパターン配線でも、同様の効果が得られる。また、金属部材11の端子11a、11bとの接続箇所を出力コンデンサ5とスイッチング素子であるダイオード3のグランドのパターン配線にしてもよい。
また、本実施例では、DC/DCコンバータは、ダイオード整流方式の降圧コンバータを例にして説明したが、この電源方式に限られたものでない。例えば、同期整流方式の降圧コンバータや昇圧コンバータ、トランスを用いたスイッチング電源装置にも、本実施例を適用することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることができる。
実施例1では、金属部材がDC/DCコンバータの片面プリント基板の部品面側に設置され、半田面側と接続されている実施例について説明した。実施例2では、金属部材がDC/DCコンバータが実装された電子機器にも接続されている実施例について説明する。
[DC/DCコンバータの構成]
図4は、本実施例が適用される、第一の直流電圧を第二の直流電圧へ変換するスイッチング電源装置であるDC/DCコンバータの構成を示す回路図である。実施例1の図1では、金属部材11はDC/DCコンバータのA部及びB部と接続されていたが、本実施例では、更にグランドに接続されている(接地されている)点が、実施例1とは異なる。本実施例では、金属部材11は、DC/DCコンバータが設置される電子機器(例えば画像形成装置)の筐体13(接地板金13とも言う)に電気的に接続されている点が、実施例1と異なる。なお、図4のその他の構成は、実施例1の図1と同様であり、同じ回路部品には図1と同じ符号を用いて説明することで、ここでの説明は省略する。
図4は、本実施例が適用される、第一の直流電圧を第二の直流電圧へ変換するスイッチング電源装置であるDC/DCコンバータの構成を示す回路図である。実施例1の図1では、金属部材11はDC/DCコンバータのA部及びB部と接続されていたが、本実施例では、更にグランドに接続されている(接地されている)点が、実施例1とは異なる。本実施例では、金属部材11は、DC/DCコンバータが設置される電子機器(例えば画像形成装置)の筐体13(接地板金13とも言う)に電気的に接続されている点が、実施例1と異なる。なお、図4のその他の構成は、実施例1の図1と同様であり、同じ回路部品には図1と同じ符号を用いて説明することで、ここでの説明は省略する。
[金属部材の配置]
図5は、片面プリント基板12に取り付けられる金属部材11を説明する図である。図5(a)〜(d)の各図において、図4で説明した回路部品には同じ符号を用いることで、ここでの説明を省略する。また、片面プリント基板12や金属部材11において、実施例1の図2と同様の構成については、同じ符号を用いることで、ここでの説明は省略する。
図5は、片面プリント基板12に取り付けられる金属部材11を説明する図である。図5(a)〜(d)の各図において、図4で説明した回路部品には同じ符号を用いることで、ここでの説明を省略する。また、片面プリント基板12や金属部材11において、実施例1の図2と同様の構成については、同じ符号を用いることで、ここでの説明は省略する。
図5(a)は、金属部材11を片面プリント基板12の部品面側に取り付ける前の状態を示した斜視図である。片面プリント基板12において、図中上側の面はインダクタ4を実装する部品面であり、部品面に対向する片面プリント基板12の裏面は、半田面である。金属部材11は、片面プリント基板12の半田面側のグランドのパターン配線と電気的に接続するために、片面プリント基板12に設けられた挿入穴12a、12bに挿入される端子11a、11bを有している。金属部材11は、更に、片面プリント基板12を介して電子機器の筐体13(図5(a)では不図示)と電気的に接続するためのビス14を通すためのネジ穴11dを有している。そして、金属部材11の端子11a、11bを片面プリント基板12の挿入穴12a,12bに挿入した際に、片面プリント基板12のネジ穴11dに対向する位置に、ビス14を通すためのネジ穴12dが設けられている。なお、本実施例では、金属部材11のネジ穴11dは、端子11a、11bとは、対角線上の反対側の端部の近傍に設けられている。
図5(b)は、金属部材11を片面プリント基板12の部品面側に実装した状態を示す斜視図である。図5(b)は、金属部材11の端子11a、11bが、それぞれ、片面プリント基板12に設けられた挿入穴12a、12bに挿入された状態を示している。更に、金属部材11に設けられたネジ穴11dには、ビス14が挿入され、電子機器の筐体13(図5(b)では不図示)と電気的に接続されるように締結されている状態を示している。
図5(c)は、片面プリント基板12に実装された金属部材11を片面プリント基板12の部品面側の真上から見たときの上面図である。図5(c)では、片面プリント基板12の部品面側に実装される金属部材11、インダクタ4は実線で示している。一方、片面プリント基板12の部品面側の反対側の半田面に実装されるFET2、ダイオード3は、点線で示している。なお、金属部材11は、発熱素子であるFET2、ダイオード3を、片面プリント基板12を介して覆いかぶさる形状を有し、部品面と並行に配置されている。また、金属部材11のネジ穴11d(図5(c)では不図示)には、ビス14が挿入されている状態を示している。
図5(d)は、片面プリント基板12を、図2(c)のA−A’線で切断したときの断面図である。図5(d)において、片面プリント基板12の図中上側の面が部品面であり、図中下側の面が半田面である。更に、図5(d)では、DC/DCコンバータの片面プリント基板12が、金属部材11のネジ穴11dに挿入されたビス14により、DC/DCコンバータを備える電子機器の筐体13と締結されている状態を示している。これにより、金属部材11は、電子機器の筐体13と電気的に接続されている。一般的に、電子機器の筐体は、グランドに接続されている(設置されている)。その結果、金属部材11は,電位的に安定した電子機器の筐体13に電気的に接続されることで、ノイズの伝搬を更に低減することが可能となる。以上説明したように、本実施例によれば、実施例1と比べて、金属部材11を電子機器の筐体13に電気的に接続することで、更に放射ノイズを低減することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることができる。
実施例3は、実施例2に対して、DC/DCコンバータの半田面に設けられたグランドのパターン配線を分割し、金属部材11を分割された半田面のグランドのパターン配線と接続することにより、グランドプレーンとする実施例について説明する。
[DC/DCコンバータの構成]
図6は、本実施例が適用される、第一の直流電圧を第二の直流電圧へ変換するスイッチング電源装置であるDC/DCコンバータの構成を示す回路図である。実施例2の図4では、金属部材11はDC/DCコンバータのA部、B部、電子機器の筐体13と接続されていたが、本実施例では、更に、出力コンデンサ5のグランド側(G側)のC部とも接続されている点が異なる。なお、図6のその他の構成は、実施例2の図4と同様であり、同じ回路部品は図4と同じ符号を用いて説明することで、ここでの説明は省略する。
図6は、本実施例が適用される、第一の直流電圧を第二の直流電圧へ変換するスイッチング電源装置であるDC/DCコンバータの構成を示す回路図である。実施例2の図4では、金属部材11はDC/DCコンバータのA部、B部、電子機器の筐体13と接続されていたが、本実施例では、更に、出力コンデンサ5のグランド側(G側)のC部とも接続されている点が異なる。なお、図6のその他の構成は、実施例2の図4と同様であり、同じ回路部品は図4と同じ符号を用いて説明することで、ここでの説明は省略する。
[金属部材の配置]
図7は、片面プリント基板12に取り付けられる金属部材11を説明する図である。図7(a)は、金属部材11を片面プリント基板12の部品面側に取り付ける前の状態を示した斜視図である。図7(a)では、実施例2の図5(a)と比べて、金属部材11を出力コンデンサ5のグランド側(G側)のC部に接続するために、金属部材11の端子11a、11bと対向する端部側に、端子11cが設けられている点が異なる。また、金属部材11を片面プリント基板12に設置した際に、片面プリント基板12の金属部材11の端子11cに対向する位置には、挿入穴12cが設けられている。なお、図7(a)、(b)の各図において、図6で説明した回路部品には同じ符号を用いることで、ここでの説明を省略する。また、片面プリント基板12や金属部材11において、実施例2の図6と同様の構成については、同じ符号を用いることで、ここでの説明は省略する。
図7は、片面プリント基板12に取り付けられる金属部材11を説明する図である。図7(a)は、金属部材11を片面プリント基板12の部品面側に取り付ける前の状態を示した斜視図である。図7(a)では、実施例2の図5(a)と比べて、金属部材11を出力コンデンサ5のグランド側(G側)のC部に接続するために、金属部材11の端子11a、11bと対向する端部側に、端子11cが設けられている点が異なる。また、金属部材11を片面プリント基板12に設置した際に、片面プリント基板12の金属部材11の端子11cに対向する位置には、挿入穴12cが設けられている。なお、図7(a)、(b)の各図において、図6で説明した回路部品には同じ符号を用いることで、ここでの説明を省略する。また、片面プリント基板12や金属部材11において、実施例2の図6と同様の構成については、同じ符号を用いることで、ここでの説明は省略する。
図7(b)は、金属部材11を片面プリント基板12の部品面側に実装した状態を示す斜視図である。図7(b)は、金属部材11の端子11a、11b、11cが、それぞれ、片面プリント基板12に設けられた挿入穴12a、12b、12cに挿入された状態を示している。更に、金属部材11に設けられたネジ穴11dには、ビス14が挿入され、電子機器の筐体13(図7(b)では不図示)と電気的に接続されるように締結されている状態を示している。
[片面プリント基板のパターン配線]
図8は、図6で示したDC/DCコンバータのパターン配線のレイアウトの一部を模式的に示した図であり、片面プリント基板12の部品面から見たときの透視図である。なお、図8では、図6に示す回路部品と同じ符号を付すことにより、ここでの説明を省略する。また、図8は、片面プリント基板12の部品面から見たときの透視図である。そのため、片面プリント基板12の部品面に実装される部品(例えば金属部材11、インダクタ4等)は破線で示し、片面プリント基板12の半田面に実装される部品(FET2、ダイオード3、制御IC10等)は実線で示している。なお、図8のネジ穴11dは、金属部材11に設けられたビス14が挿入される貫通穴である。
図8は、図6で示したDC/DCコンバータのパターン配線のレイアウトの一部を模式的に示した図であり、片面プリント基板12の部品面から見たときの透視図である。なお、図8では、図6に示す回路部品と同じ符号を付すことにより、ここでの説明を省略する。また、図8は、片面プリント基板12の部品面から見たときの透視図である。そのため、片面プリント基板12の部品面に実装される部品(例えば金属部材11、インダクタ4等)は破線で示し、片面プリント基板12の半田面に実装される部品(FET2、ダイオード3、制御IC10等)は実線で示している。なお、図8のネジ穴11dは、金属部材11に設けられたビス14が挿入される貫通穴である。
実施例1の図3では、網掛け塗りで示されていたDC/DCコンバータのグランドのパターン配線Gは、本実施例の図8の網掛け塗りで示されるグランドのパターン配線は、パターン配線G1、G2、G3の三箇所に分かれている。グランドのパターン配線G1は、入力コンデンサ1のグランド側(G側)の端子1aと、入力コンデンサ1の端子1aの近傍に配置され金属部材11の端子11aと半田付けにより電気的に接続されるランドGaと接続されている。また、グランドのパターン配線G2は、ダイオード3のグランド側に接続されるアノード端子である端子3a、3bと、端子3a、3bの近傍に配置され金属部材11の端子11bと半田付けにより電気的に接続されるランドGbと接続されている。なお、実施例1の図3では、ダイオード3の近傍に配置されていた出力コンデンサ5は、本実施例の図8では、位置を変更し、グランドのパターン配線G3と接続されている。更に、グランドのパターン配線G3は、出力コンデンサ5のグランド側(G側)の端子5aと、金属部材11の端子11cと半田付けにより電気的に接続されるランドGcと、抵抗7の一端と、制御IC10のGND(グランド)端子と、に接続されている。なお、ランドGcは、グランドのパターン配線G3と同電位のランドであり、上述した金属部材11の端子11cとの半田付けにより、金属部材11と電気的に接続される。
図8において、斜線で示される入力電圧Vinのパターン配線や、ドットで示され、ジャンパ線で接続された2つのパターン配線から構成されている出力電圧Voutのパターン配線は、実施例1の図3と同様であり、ここでの説明を省略する。また、その他のパターン配線も、実施例1の図3と同様であり、ここでの説明を省略する。
実施例1の図3では、片面プリント基板12の半田面に実装されている回路部品のグランド側(G側)の端子は、グランドのパターン配線Gに接続されている。そのため、グランドのパターン配線Gの領域を大きくする必要があった。一方、本実施例では、グランドのパターン配線G1、G2は、ランドGa、Gbに半田付けにより電気的に接続された端子11a、11bを有する金属部材11を介して接続され、半田面側のパターン配線では接続されていない。同様に、グランドのパターン配線G2、G3も、ランドGb、Gcに半田付けにより電気的に接続された端子11a、11bを有する金属部材11を介して接続され、半田面側のパターン配線では接続されていない。これにより、グランドのパターン配線G1、G2、G3を互いに接続するために必要なパターン配線を削除できるため、実施例1の図3のDC/DCコンバータのグランドのパターン配線Gに比べて、配線面積を小さくすることができる。例えば、図8の一点破線で示すスペースS1は、本実施例のパターン配線を適用することで、実施例1の図3のパターン配線と比較して、削減することができた片面プリント基板12の空きスペースである。なお、実施例1では、端子11a、11bに接続されたグランドのパターン配線は、半田面側で接続されていた。例えば、本実施例のように、端子11a、11bに接続されたグランドのパターン配線は半田面で接続されておらず、金属部材11経由で、電気的に接続されていてもよい。
以上説明したように、本実施例によれば、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることができる。
実施例1〜3で説明したDC/DCコンバータは、例えば画像形成装置の低圧電源、すなわちコントローラ(制御部)やモータ等の駆動部へ電力を供給する電源として適用可能である。以下に、実施例1〜3のDC/DCコンバータが適用される電子機器の一例である画像形成装置の構成を説明する。
[画像形成装置の構成]
画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタを例にあげて説明する。図9に電子写真方式のプリンタの一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ300は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム311、感光ドラム311を一様に帯電する帯電部317(帯電手段)、感光ドラム311に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部312(現像手段)を備えている。そして、感光ドラム311に現像されたトナー像をカセット316から供給された記録材としてのシート(不図示)に転写部318(転写手段)によって転写して、シートに転写したトナー像を定着器314で定着してトレイ315に排出する。この感光ドラム311、帯電部317、現像部312、転写部318が画像形成部(画像形成手段)である。また、レーザビームプリンタ300は、実施例1、2で説明した電源装置500を備えている。なお、実施例1、2の電源装置500を適用可能な画像形成装置は、図9に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム311上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像をシートに転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。
画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタを例にあげて説明する。図9に電子写真方式のプリンタの一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ300は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム311、感光ドラム311を一様に帯電する帯電部317(帯電手段)、感光ドラム311に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部312(現像手段)を備えている。そして、感光ドラム311に現像されたトナー像をカセット316から供給された記録材としてのシート(不図示)に転写部318(転写手段)によって転写して、シートに転写したトナー像を定着器314で定着してトレイ315に排出する。この感光ドラム311、帯電部317、現像部312、転写部318が画像形成部(画像形成手段)である。また、レーザビームプリンタ300は、実施例1、2で説明した電源装置500を備えている。なお、実施例1、2の電源装置500を適用可能な画像形成装置は、図9に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム311上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像をシートに転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。
レーザビームプリンタ300は、画像形成部による画像形成動作や、シートの搬送動作を制御するコントローラ320を備えており、実施例1〜3に記載のDC/DCコンバータは、コントローラ320に電力を供給する。また、実施例1〜3に記載のDC/DCコンバータは、感光ドラム311を回転するため、又はシートを搬送する各種ローラ等を駆動するためのモータ等の駆動部に電力を供給する。本実施例のDC/DCコンバータが実施例2、3のDC/DCコンバータである場合には、ビス14は、DC/DCコンバータの片面プリント基板12に実装された金属部材11とレーザビームプリンタ300の筐体とを締結する。これにより、DC/DCコンバータはレーザビームプリンタ300の筐体に接続される。その結果、DC/DCコンバータのグランド電位をレーザビームプリンタ300のグランド電位と同じ電位に設定することができ、DC/DCコンバータの片面プリント基板12のグランドのパターン配線のインピーダンスを小さくすることができる。
以上説明したように、本実施例によれば、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることができる。
11 金属部材11
11a、11b 端子
12 片面プリント基板12
12a、12b スリット
11a、11b 端子
12 片面プリント基板12
12a、12b スリット
Claims (14)
- 回路部品が実装されたプリント基板を有し、第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換する電源装置であって、
前記プリント基板は、パターン配線が形成された第1の面と、前記第1の面と前記プリント基板を介して対向し、パターン配線が形成されない第2の面と、を有し、
前記第1の面には、前記回路部品が実装され、
前記第2の面には、前記回路部品の内の発熱素子が発する熱を放熱するために、板状の金属部材が前記プリント基板を介して前記発熱素子を覆う位置に設置され、
前記金属部材は、前記プリント基板に設けられたスリットから前記第1の面側に突出する端子を有し、
前記端子は、前記第1の面に実装された前記回路部品に接続された、グランドのパターン配線と電気的に接続されていることを特徴とする電源装置。 - 前記金属部材は、前記発熱素子の前記第1の面における設置面積よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記第1の面に実装された前記回路部品、及び前記第1の面側に突出する前記端子は、半田付けにより、前記第1の面の前記グランドのパターン配線と接続されることを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
- 前記端子と接続される前記グランドのパターン配線は、前記第1の面側で接続されていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の電源装置。
- 前記端子と接続される前記グランドのパターン配線は、前記第1の面側では互いに接続されておらず、前記金属部材を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の電源装置。
- 前記回路部品には、
前記第1の直流電圧が入力される第1のコンデンサと、
前記第1のコンデンサに蓄積された直流電圧が入力され、オン、オフによりパルス電圧を出力するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子から出力される前記パルス電圧を蓄積するインダクタと、
前記インダクタに蓄積された前記パルス電圧を直流電圧に変換し、前記第2の直流電圧として出力する第2のコンデンサと、
前記スイッチング素子がオフ状態の場合に導通状態となり、前記インダクタから前記第2のコンデンサへ電流を流すダイオードと、
前記第2のコンデンサが出力する前記第2の直流電圧を分圧する分圧抵抗と、
前記分圧抵抗により分圧された電圧に基づいて、前記スイッチング素子のオン、オフ状態を制御する制御部と、
が含まれることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の電源装置。 - 前記金属部材は、2つの前記端子を有し、1つの前記端子は、前記第1のコンデンサに接続された前記グランドのパターン配線と電気的に接続され、もう1つの前記端子は、前記ダイオードのアノード端子に接続された前記グランドのパターン配線と電気的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。
- 前記金属部材は、2つの前記端子を有し、1つの前記端子は、前記第1のコンデンサに接続された前記グランドのパターン配線と電気的に接続され、もう1つの前記端子は、前記第2のコンデンサに接続された前記グランドのパターン配線と電気的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。
- 前記金属部材は、2つの前記端子を有し、1つの前記端子は、前記ダイオードのアノード端子に接続された前記グランドのパターン配線と電気的に接続され、もう1つの前記端子は、前記第2のコンデンサに接続された前記グランドのパターン配線と電気的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。
- 前記金属部材は、3つの前記端子を有し、1つ目の前記端子は、前記第1のコンデンサに接続された前記グランドのパターン配線と電気的に接続され、2つ目の前記端子は、前記ダイオードのアノード端子に接続された前記グランドのパターン配線と電気的に接続され、3つ目の前記端子は、前記第2のコンデンサに接続された前記グランドのパターン配線と電気的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。
- 前記発熱素子は、前記スイッチング素子、及び前記ダイオードであることを特徴とする請求項6から請求項10のいずれか1項に記載の電源装置。
- 記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の電源装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
回路部品が実装されたプリント基板を有し、第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換する電源装置と、
を備える画像形成装置であって、
前記プリント基板は、パターン配線が形成された第1の面と、前記第1の面と前記プリント基板を介して対向し、パターン配線が形成されない第2の面と、を有し、
前記第1の面には、前記回路部品が実装され、
前記第2の面には、前記回路部品の内の発熱素子が発する熱を放熱するために、板状の金属部材が前記プリント基板を介して前記発熱素子を覆う位置に設置され、
前記金属部材は、前記プリント基板に設けられたスリットから前記第1の面側に突出する端子を有し、
前記端子は、前記第1の面に実装された前記回路部品に接続された、グランドのパターン配線と電気的に接続されていることを特徴とする画像形成装置。 - 前記金属部材、及び前記プリント基板には、ビスを通すための穴が設けられ、
前記金属部材は、前記穴を介して前記ビスにより前記画像形成装置の筐体と締結されることにより、前記画像形成装置の筐体と電気的に接続されていることを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置。
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