JP3142501U

JP3142501U - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JP3142501U
Application number: JP2008002105U
Authority: JP
Inventors: 泉実熊田
Original assignee: Cosel Co Ltd
Current assignee: Cosel Co Ltd
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2018-04-04

Abstract

【課題】安価な片面プリント配線板を用いて構成可能であり、スイッチングノイズの放出を抑制し、外部に接続される負荷等に悪影響を及ぼさないスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】交流電圧を発生するインバータ回路１２と、交流電圧を整流して平滑コンデンサＣ１２に出力電圧を発生させる整流平滑回路１４と、平滑コンデンサＣ１２の両端に接続された出力端子ＣＮ１１，ＣＮ１２，ＣＮ２を有する。電子部品が片面プリント配線板に実装され、平滑コンデンサＣ１２の両端と一対の出力端子ＣＮ１１，ＣＮ１２，ＣＮ２とを接続する一対の接続パターンＰ１，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂのうち、少なくとも一方の接続パターンＰ２ａ，Ｐ２ｂは、片面プリント配線板上の他方の接続パターンＰ１を挟んで分断されている。分断された一方の接続パターンＰ２ａ，Ｐ２ｂの互いに対向する各端部が金属ジャンパＪ１１により接続され、他方の接続パターンＰ１は金属ジャンパＪ１１と立体的に交差している。
【選択図】図１

Description

この考案は、片面プリント配線板により構成されたスイッチング電源装置に関し、特に、出力に設けられた平滑コンデンサと出力端子を接続する配線構造のスイッチング電源装置に関する。

一般に、スイッチング電源装置はスイッチング素子の高周波スイッチングによってサージが発生する。そして、そのサージは出力に伝導ノイズとして伝達されたり、磁性部品等から漏洩磁束となって放射され、負荷である電子機器などに悪影響を及ぼすという問題があった。

このようなスイッチングノイズによる障害を防止する方法として、例えば、特許文献１に開示されているように、スイッチング電源装置と蛍光表示器が搭載されたリモコン基板を備えた給湯器において、スイッチング電源装置の一対の出力端子と蛍光表示器の一対の入力端子とを接続する一対の接続パターンが、リモコン基板の同一面上に並行に近接して設けられた構造が提案されている。また、上記一対の接続パターンが、リモコン基板の表面と裏面の両方に、互いに重ね合わせ状態で設けられた構造も提案されている。これらの構造によれば、上記一対の接続パターンで形成されるループアンテナの面積を小さくすることができ、スイッチング電源装置から放出されたスイッチングノイズと接続パターンによるループアンテナとの相互干渉が抑制され、蛍光表示器その他の周辺装置への悪影響を抑制することができる。
実開平７−２６６５４号公報

しかしながら、上記一対の接続パターンがリモコン基板の同一面上に並行に設けられた構造にあっては、互いの回路パターンの絶縁距離を確保するため、ループアンテナの面積は一定の値以下にすることができず、スイッチングノイズとの相互干渉の抑制に限界があった。また、上記一対の接続パターンがリモコン基板の表面と裏面の両方に互いに重ね合わせ状態で設けられた構造にあっては、リモコン基板として、導体層を２層以上有する多層プリント配線板を用いる必要があり、片面プリント配線板に比べてコスト増となるものであった。

本考案は、上記背景技術に鑑みてなされたもので、安価な片面プリント配線板を用いて構成可能な簡単な構造により、スイッチングノイズの放出を抑制し、外部に接続される負荷等に悪影響を及ぼさないスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

本考案は、入力電圧をスイッチング素子で断続し、交流電圧を発生するインバータ回路と、前記交流電圧を整流し、平滑コンデンサに出力電圧を発生させる整流平滑回路と、前記平滑コンデンサの両端に接続され、負荷に前記出力電圧を供給する一対の出力端子とを有し、前記各回路を構成する電子部品が片面プリント配線板に実装されたスイッチング電源装置であって、前記平滑コンデンサの両端と前記一対の出力端子とを接続する一対の接続パターンのうち少なくとも一方の接続パターンは、前記片面プリント配線板上の他方の接続パターンを挟んで分断され、分断された前記一方の接続パターンの互いに対向する各端部が金属ジャンパにより接続され、前記他方の接続パターンは前記金属ジャンパと交差して配線されるスイッチング電源装置である。

また、前記金属ジャンパは、中央部に自動マウント用の吸着面が形成された本体と、前記本体の端部に設けられた複数の面実装端子を備えていることが好ましい。

前記金属ジャンパは、前記本体の端部が折り曲げられてコ字状に形成され、前記他方の接続パターンと所定の空間を空けて立体的に交差したものである。

本考案のスイッチング電源装置は、平滑コンデンサの両端と一対の出力端子とを接続する接続パターンを片面プリント配線板上で交差させた構造を備えているので、上記接続パターンによって形成されるループは、その接続パターンが交差する部分で分割される。そして、スイッチング電源装置から放出される漏洩磁束が一対のループを通過すると、各ループに生じる誘導起電力は相殺されるので、誘導電流の発生を抑制することができる。

また、漏洩磁束の放出源であるトランス等のごく近傍でノイズ電流の誘導を防止するものであるため、スイッチング電源装置の外部配線に施した対策に比べ、ノイズ抑制の効果が大きい。

さらに、一対の接続パターンを立体交差構造にすることは、片面プリント配線板とコ字型等の簡単な形状の面実装型金属ジャンパを用いて形成可能なため、部材コストは安価に実現でき、組立コストもほとんど増加しない。

以下、この考案の一実施形態のスイッチング電源装置１０について、図面に基づいて説明する。スイッチング電源装置１０の回路構成は、図１に示すように、一次側巻線Ｔ１ａと二次側Ｔ１ｂとが回捲されたトランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１とが設けられ、入力端子ＣＮ１１，ＣＮ１２に印加された入力電圧Ｅｉｎを、スイッチング素子Ｑ１を断続することによって二次側巻線Ｔ１ｂに交流電圧を発生させるインバータ回路１２を備えている。

二次側巻線Ｔ１ｂには、ダイオードＤ１１，Ｄ１２、インダクタＬ１１、平滑コンデンサＣ１１，Ｃ１２で構成された整流平滑回路１４が接続され、さらに整流平滑回路１４の出力である平滑コンデンサＣ１２の両端は、一対の出力端子ＣＮ２１，ＣＮ２２に各々接続されている。すなわち、スイッチング素子Ｑ１の断続によって二次側巻線Ｔ１ｂに発生した交流電圧はダイオードＤ１１，Ｄ１２によって整流され、インダクタＬ１１，平滑コンデンサＣ１１，Ｃ１２によって平滑され、さらに平滑コンデンサＣ１２の両端に発生した直流電圧は、一対の出力端子ＣＮ２１，ＣＮ２２に出力される。そして、一対の出力端子ＣＮ２１，ＣＮ２２には負荷ＬＤが接続され、負荷ＬＤは所定の電力供給を受けて動作する。

平滑コンデンサＣ１２のプラス側端子は、後述する片面プリント配線板１６の接続パターンＰ１を介して出力端子ＣＮ２１に接続されている。一方、平滑コンデンサＣ１２のマイナス側端子は、接続パターンＰ２ａ、金属ジャンパＪ１１、接続パターンＰ２ｂを介して出力端子ＣＮ２２に接続されている。金属ジャンパＪ１１は、電圧降下がほとんど発生しない低抵抗に形成されており、材質は、例えば銅に所定のメッキ処理がされたもの等が好ましい。この金属ジャンパＪ１１、各接続パターンについては、スイッチング電源装置１０の構造を説明する中で詳しく述べる。

次に、スイッチング電源装置１０の構造について、図２〜図５に基づいて説明する。図２〜図４は、スイッチング電源装置１０のトランスＴ１の二次側の部分を示している。回路基板は、一方の面に導体パターンが形成された銅張積層板である片面プリント配線板１６が用いられている。コストや信頼性等の観点からガラス・コンポジット基板（ガラス布・ガラス不織布複合基材樹脂）が好ましいが、紙フェノール基板（紙基材フェール樹脂）、ガラスエポキシ基板（ガラス布基材エポキシ樹脂）などでもよい。片面プリント配線板１６は略長方形の外形を有し、その四隅には、スイッチング電源装置１０を各種装置の筐体などに取り付けるための取付穴１６ｃが形成されている。

片面プリント配線板１６に実装される電子部品のうち、リード端子を有するリード部品は、導体パターンが形成されていない表面１６ａ側に配置され、リード端子２０はスルーホール１８に挿入され、裏面１６ｂ側に貫通してランド２２に接続されている。ここでは、図２、図３に示すように、大型部品であるトランスＴ１、ダイオードＤ１１，Ｄ１２、インダクタＬ１１、平滑コンデンサＣ１１，Ｃ１２、入出力端子ＣＮ２１，ＣＮ２２を備えたコネクタＣＮ２が該当する。

一方、面実装端子を有する面実装部品は、裏面１６ｂ側に配置され、図示しないランドに接続されている。ここでは、図３、図４に示すように、制御回路２４を構成する小型外形の面実装部品２４ａや金属ジャンパＪ１１がこれに該当する。

上記リード部品と面実装部品の各端子は、片面プリント配線板１６のランドにはんだ付けによって接続されており、その製造方法について以下に説明する。まず、裏面１６ｂにはんだペーストが印刷され、そのはんだペースト上に面実装部品２４ａと金属ジャンパＪ１１が自動マウントされ、リフロー装置を用いてはんだ付けが行われる。

面実装部品２４ａなどのはんだ付けが終わると、片面プリント配線板１６の表面１６ａ側に上記リード部品が搭載される。リード端子２０をスルーホール１８に挿入する作業は、自動機による挿入が困難な特殊外形の部品が多いため、作業者による手作業で行われることが多い。

リード部品が搭載された片面プリント配線板１６は、裏面１６ｂを下向きにして、専用の図示しないパレット治具の上に載置される。パレット治具は、スルーホール１８から突出するリード端子２０に対応する箇所を開口した透孔が設けられ、裏面１６ｂから突出するリード端子２０とランド２２のみが、上記透孔から下方に露出する状態となる。そして、片面プリント配線板１６は、パレット治具に載置された状態ではんだ噴流槽に投入され、パレット治具の透孔から露出した部分に溶融はんだが供給され、リード端子２０とランド２２がはんだ付けされる。このとき、面実装部品２４ａ等はパレット治具の底板で覆われているので、既にはんだ付けがなされた端子は再溶融せず、面実装部品２４ａは脱落しない。

次に、片面プリント基板１６の裏面１６ｂに形成された回路パターンについて、図４に基づいて説明する。トランスＴ１の二次側巻線Ｔ１ｂ、整流平滑回路１４を構成するダイオードＤ１１，Ｄ１２、インダクタＬ１１、平滑コンデンサＣ１１，Ｃ１２は、図１に示す回路図に従って回路パターンが形成されている。整流平滑回路１４の出力は、直流電圧が発生する２つの平滑コンデンサＣ１１，Ｃ１２の端子から出されるが、スイッチングノイズの放出に関しては、後段のコネクタＣＮ２に近い位置にある平滑コンデンサＣ１２が問題となる。

平滑コンデンサＣ１２のプラス側端子は、接続パターンＰ１を介して出力端子ＣＮ２１に接続されている。一方、平滑コンデンサＣ１２のマイナス側端子は、接続パターンＰ２ａ、金属ジャンパＪ１１、接続パターンＰ２ｂを介して出力端子ＣＮ２２に接続されている。金属ジャンパＪ１１は、図５（ａ）に示すように、コの字型の本体Ｊ１１ａと、本体Ｊ１１ａの長手方向の両端に延設された一対の面実装端子Ｊ１１ｂを備え、本体Ｊ１１ａの中央の上面には平坦な自動マウント用の吸着面Ｊ１１ｃが形成されている。そして、図５（ｂ）に示すように、一対の面実装端子Ｊ１１ｂは、接続パターンＰ２ａ，Ｐ２ｂ上のランドに各々接続され、本体Ｊ１１ａ下方の空間には、片面プリント基板１６の裏面１６ｂ上の接続パターンＰ１が通過している。すなわち、平滑コンデンサＣ１２の両端に繋がった配線は、出力端子ＣＮ２１，ＣＮ２２に対して立体的に交差して各々接続されている。

次に、スイッチング電源装置１０の動作について図１、図６に基づいて説明する。入力端子ＣＮ１１，ＣＮ１２に入力電圧Ｅｉｎが接続され、出力端子ＣＮ２１，ＣＮ２２には負荷ＬＤが接続されている。スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１１，Ｄ１２が高周波で断続すると、それに起因してサージが発生する。そのサージは、トランスＴ１とインダクタＬ１１から漏洩磁束φとして放出され、平滑コンデンサＣ１２、出力端子ＣＮ２１，ＣＮ２２、負荷ＬＤの配線部分に鎖交する。平滑コンデンサＣ１２、接続パターンＰ１，Ｐ２ａで構成される第一のアンテナループには、図６に示すように、磁束φａが鎖交して誘導起電力が発生し、誘導電流ｉａを流そうとする。一方、負荷ＬＤとその配線、接続パターンＰ１，Ｐ２ｂで構成される第二のアンテナループには、磁束φｂが鎖交して誘導起電力が発生し、誘導電流ｉａを流そうとする。ここで磁束φａ，φｂは共に漏洩磁束φの一部であるため、磁束の方向は同じである。従って、誘導電流ｉａ，ｉｂの向きは互いに逆方向となって互いに相殺されるので、スイッチング電源装置外部へのノイズの放出を抑制することができる。

以上説明したように、スイッチング電源装置１０においては、平滑コンデンサＣ１２の両端と出力端子ＣＮ２１，ＣＮ２２とを各々接続する接続パターンを、立体的に交差させる構造を備えているので、２つに分断された各アンテナループに発生する誘導電流ｉａ，ｉｂを逆方向に発生させ、互いに相殺することができる。特に、漏洩磁束φの放出源であるトランスＴ１等のごく近傍で誘導電流を抑制するため、スイッチング電源装置外部へのノイズ放出を抑制する効果が大きい。

また、金属ジャンパＪ１１は、数十μｍ程度の厚みを有する接続パターンＰ１と接触しない形状であればよいので、高さ寸法ｈは、さほど高くする必要はない。すなわち、一般的なリード端子２０の先端の突出長さと同等以下に設定することは容易であり、スイッチング電源装置１０の小型化、薄型化を妨げない。

また、片面プリント配線板１６と金属ジャンパＪ１１を用いた接続パターンの立体交差構造は、両面プリント配線板を用いた場合に比べ、部材コストを抑えることができる。さらに、金属ジャンパＪ１１は、他の面実装部品２２ａと同時に自動マウントが可能であるため、組み立てコストの増加もほとんどない。

なお、この考案のスイッチング電源装置は上記の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、平滑コンデンサと出力端子とを接続する一対の接続パターンは、どちらに金属ジャンパを挿入してもよく、同様の作用効果が奏する。

また、複数の平滑コンデンサを備え、各平滑コンデンサと出力端子を接続する接続パターンが各々独立して形成されている場合には、一方または両方の接続パターンに前記金属ジャンパを挿入して立体交差状に配線してもよく、自由に選択できる。

また、金属ジャンパの形状は、本体の中央部に自動マウント用の吸着面が形成されていればよく、例えば、面実装端子Ｊ１１ｂを３個以上設け、はんだ接続部のインピーダンスを低減し、また信頼性を向上させてもよい。

この考案の一実施形態のスイッチング電源装置の回路図である。この実施形態のスイッチング電源装置の部分平面図である。この実施形態のスイッチング電源装置の側面図である。この実施形態のスイッチング電源装置の部分底面図である。この実施形態のスイッチング電源装置の金属ジャンパの斜視図（ａ）と、金属ジャンパの取付状態を説明する図４のＡ−Ａ断面図（ｂ）である。この実施形態のスイッチング電源装置の動作を説明する模式図である。

符号の説明

１０スイッチング電源装置
１２インバータ回路
１４整流平滑回路
１６片面プリント配線板
１８スルーホール
２０リード端子
Ｔ１トランス
Ｌ１１インダクタ
Ｃ１１，Ｃ１２平滑コンデンサ
ＣＮ１，ＣＮ２出力端子
Ｐ１，Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂ接続パターン
Ｊ１１金属ジャンパ

Claims

入力電圧をスイッチング素子で断続し、交流電圧を発生するインバータ回路と、前記交流電圧を整流し、平滑コンデンサに出力電圧を発生させる整流平滑回路と、前記平滑コンデンサの両端に接続され、負荷に前記出力電圧を供給する一対の出力端子とを有し、前記各回路を構成する電子部品が片面プリント配線板に実装されたスイッチング電源装置において、
前記平滑コンデンサの両端と前記一対の出力端子とを接続する一対の接続パターンのうち少なくとも一方の接続パターンは、前記片面プリント配線板上の他方の接続パターンを挟んで分断され、分断された前記一方の接続パターンの互いに対向する各端部が金属ジャンパにより接続され、前記他方の接続パターンは前記金属ジャンパと交差して配線されたことを特徴とするスイッチング電源装置。
前記金属ジャンパは、中央部に自動マウント用の吸着面が形成された本体と、前記本体の端部に設けられた複数の面実装端子を備えたことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
前記金属ジャンパは、前記本体の端部が折り曲げられてコ字状に形成され、前記他方の接続パターンと所定の空間を空けて立体的に交差したことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。