JP3781279B2

JP3781279B2 - スイッチング電源

Info

Publication number: JP3781279B2
Application number: JP2001316089A
Authority: JP
Inventors: 良信下蔵
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP2003125584A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源を整流する整流回路と、該整流回路側と入力端子との間に設けられた高周波除去用のフィルタ回路と、前記整流回路の出力側に設けられた力率改善回路と、該力率改善回路の出力側に設けられ、スイッチング素子によりオンオフされるトランスとを備えたスイッチング電源に係り、特に磁性部品間の干渉の低減構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスイッチング電源においては、力率改善回路のギャップ付きチョークコイルの漏れ磁束により空中に放射される電磁波ノイズによる干渉を入力側フィルタ回路が受けることを防止し、もって電源ラインを通して外部に高周波が伝播することを防止するため、フィルタ回路を金属製シールド部材により覆うことによってシールドして電磁干渉ノイズ（ＥＭＩ）を低減している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記フィルタ回路は、交流入力ラインに接続されており、グランドに接続されるシールド部材と交流ラインとの安全上の距離を確保する必要があるため、スイッチング電源の小型化が困難であるという問題点がある。また、交流ラインとシールド部材との距離を確保するため、構造が複雑化し、コストアップの原因になるという問題点がある。また、フィルタ回路以外のスイッチング電源の磁性部品（トランスやチョークコイル）どうしの距離が近くなると、磁性部品どうしの干渉の問題が生じ、ノイズ発生の原因となる。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、小型化とコスト削減が図れるＥＭＩ低減構造のスイッチング電源を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１のスイッチング電源は、交流電源を整流する整流回路と、該整流回路の入力側と入力端子との間に設けられた高周波除去用のフィルタ回路と、前記整流回路の出力側に設けられた力率改善回路と、該力率改善回路の出力側に設けられ、スイッチング素子によりオンオフされるトランスとを備えたスイッチング電源であって、
前記トランスの主として一次側回路部品を搭載した基板と、主として前記トランスおよびその二次側回路部品を搭載した基板とを備え、
前記２つの基板を、搭載部品が互いに向き合うように対面させ、
前記主として一次側回路部品を搭載した基板において、前記力率改善回路を構成するギャップ付きチョークコイルと前記フィルタ回路のチョークコイルとをヒートシンクにより互いにシールドし、
前記トランスと、前記力率改善回路を構成するギャップ付きチョークコイルおよび前記フィルタ回路のチョークコイルとをヒートシンクにより互いにシールドし、
前記ヒートシンクを前記トランスの一次側回路の安定電位となるラインに接続した
ことを特徴とする。
【０００６】
このように、ギャップ付きチョークコイルにより空中に放射される電磁波ノイズをヒートシンクによってフィルタ回路に対して遮蔽することにより、フィルタ回路のチョークコイルに対する干渉が防止され、外部へのノイズの漏れが低減される。また、ギャップ付きチョークコイルやフィルタ回路のチョークコイルをトランスに対して遮蔽することにより、相互の干渉も防止される。また、ヒートシンクを前記トランスの一次側回路の安定電位となるラインに接続することにより、ヒートシンクをグランドに接続する場合に比較し、シールド部材に兼用されるヒートシンクと他の回路との距離の制約が緩和され、小型化が図れる。
【０００７】
また、主として一次側回路部品、二次側回路部品を搭載した基板をそれぞれ別々に設けて対面させれば、基板の広さを小さくすることができる。また、各基板に搭載する部品の高さに応じて、すなわち高い部品と低い部品とが対向するように組み合わせることにより、全体の高さをそれほど大きくすることなく構成することができる。
【０００８】
請求項２のスイッチング電源は、請求項１において、
前記スイッチング電源は冷却用ファンを備えると共に、前記ヒートシンクを導風板として用いた
ことを特徴とする。
【０００９】
このように、ヒートシンクをファンによる風流を整流する導風板として用いることにより、乱流が防止され、チョークコイルの温度上昇が抑制されると共に、ヒートシンクひいてはヒートシンクに搭載する部品の温度上昇が抑制される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるスイッチング電源の一実施の形態を示す回路図である。図１において、１は交流電源が接続される入力端子、２は直流出力端子である。
３は入力端子１に接続された高周波除去用フィルタ回路であり、インダクタにより高周波の出入りを防止するものである。該フィルタ回路３は、コモンモードチョークコイル４、５とコンデンサ６〜１０とからなる。
【００１１】
１１は交流を整流する整流回路、１２、１３はその出力側に設けられたコンデンサとチョークコイルであり、これらによりローパスフィルタを構成する。
【００１２】
１４は力率改善回路であり、この回路１４は、ギャップ付きチョークコイル１５と、スイッチング素子１６と、ダイオード１７と、電解コンデンサ１８とからなる。該力率改善回路１４は、スイッチング素子１６を例えば７０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚでオンオフさせることにより、整流回路１１の入力側の電流を正弦波に出来るだけ近づけることにより、無効電流を少なくして入力電流を極力小さくするものである。
【００１３】
２０はＤＣ−ＤＣコンバータを構成するためのトランス、２１はそのトランスの一次側に流れる電流をオンオフさせるスイッチング素子であり、出力端子２の電圧が一定になるように制御回路（図示せず）により例えば１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚでオンオフ制御するものである。トランス２０の二次側回路は、ダイオード２２、２３、チョークコイル２４およびコンデンサ２５からなる。
【００１４】
前記フィルタ回路３のコンデンサ９、１０間の接続点はフレームグランド２６に接続される。また、前記ギャップ付きチョークコイル１５はシールド２７により空中に放射される電磁波ノイズを遮蔽され、該シールド２７は一次側回路の安定電位であるマイナス電位ライン２９に接続される。
【００１５】
図２は本発明のスイッチング電源の外観を示す分解斜視図、図３はその反対側から見た分解斜視図、図４はその端版を除いた組み合わせ状態を片側から見た側面図である。
【００１６】
図２〜図４において、３１、３２はスイッチング電源のケースを構成する略Ｌ字形金属製フレームであり、ねじにより互いに結合される。３３は冷却用ファン３４を取付けた端板であり、前記フレーム３１、３２の端面にねじにより結合される。前記フレーム３１、３２の端板３３との対向面には、それぞれ半分の高さにわたり、通風孔３５を有する端板部３１ａ、３２ａが形成されている。
【００１７】
３６、３７はそれぞれフレーム３１の底板の上面、フレーム３２の天板の下面に所定の間隔を保持して間座３９（間隔保持用ねじ筒とねじ）により固定されたプリント基板である。下方のプリント基板３６には図１に示した主としてトランス２０の一次側回路の構成部品（フィルタ回路３、力率改善回路１４、電解コンデンサ１８等）が搭載される。上方のプリント基板３７には主としてトランス２０とその二次側回路の構成部品（ダイオード２２、２３やチョークコイル２４および制御回路用トランス４４等）が搭載される。
【００１８】
１５は図１に示した力率改善回路１４のギャップ付きチョークコイルであり、これはプリント基板３６に固定される。２７ａ、２７ｂはそれぞれ前記プリント基板３６にねじ４０、４１（図４参照）により固定したヒートシンク、２７ｃはこれらの頂部にねじ４２、４３により固定したヒートシンクであり、これらのヒートシンク２７ａ〜２７ｃにより前記シールド２７を構成し、該シールド２７により前記ギャップ付きチョークコイル１５を覆う。
【００１９】
前記ヒートシンク２７ａ、２７ｂの外面にはそれぞれ前記スイッチング素子２１、１６を固定して放熱を図る。
【００２０】
プリント基板３６には、前記ヒートシンク２７ｂによって互いにシールドされるようにフィルタ回路３のチョークコイル４、５と前記力率改善回路１４のチョークコイル１５を配置する。また、該チョークコイル１５と前記プリント基板３７に固定したトランス２０とは、チョークコイル１５の上面側に配置したヒートシンク２７ｃにより互いにシールドする。また、トランス２０と前記チョークコイル４、５とは、それぞれプリント基板３６、３７上の反対側コーナー部寄りに配置して遠ざけると共に、極力ヒートシンク２７ａ、２７ｃが両者間に介在するように配置して両者間の相互干渉を防止する。
【００２１】
上述のように、力率改善回路１４のギャップ付きチョークコイル１５とフィルタ回路３のチョークコイル４、５との間にヒートシンクを介在させて遮蔽することにより、フィルタ回路３のチョークコイル４、５に対するチョークコイル１５からの干渉が防止され、その干渉による入力端子１からの外部へのノイズの漏れが低減される。また、ギャップ付きチョークコイル１５をトランス２０に対して遮蔽することにより、相互の干渉も防止され、誤動作等が防止される。
【００２２】
また、シールド２７を前記トランス２０の一次側回路の安定電位となるライン２９に接続することにより、シールド２７をフレームグランド２６に接続する場合に比較し、シールド２７と他の回路との距離の制約が緩和され、シールド２７によって前記各磁性部品が近接配置可能となることと相俟って、さらなる小型化が図れる。
【００２３】
また、２つのプリント基板３６、３７に、前記トランス２０の主として一次側回路部品と、主として前記トランス２０およびその二次側回路部品とを分離して搭載してそれぞれ別々に設けて部品を対面させれば、基板３６、３７の広さを小さくすることができる。また、各基板３６、３７に搭載する部品のうち、高いものを低いものと対向させることにより、全体の高さをそれほど大きくすることなく構成することができ、これらのことから、さらなる小型化が図れる。
【００２４】
また、シールド２７は、その板面が前記冷却用ファン３４による風流の方向（図４において紙面に対して垂直方向）と平行をなすように配置して冷却風を整流する導風板として兼用してので、乱流が抑制される。このため、チョークコイル１５等、各基板３６、３７に搭載した部品の温度上昇が抑制されると共に、ヒートシンク２７ａ〜２７ｃの温度上昇と、ヒートシンクに搭載するスイッチング素子２１、１６等の部品の温度上昇が抑制される。また、本実施の形態においては、ヒートシンク２７ｃの一端はスイッチング素子１６の上面に突出させてその部位における整流作用を果たすように構成しているので、スイッチング素子１６の冷却が良好になされる。
【００２５】
本発明において、シールド２７は、図１において、マイナス側安定電位となるライン２９ではなく、プラス側安定電位３０に接続することもできるが、マイナス側ライン２９とする方が、プラス側安定電位３０に接続した場合に比較し、電位との関係において、シールド２７の他の部品との近接配置や配線パターンとの近接配置が図れる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１によれば、力率改善回路のギャップ付きチョークコイルとフィルタ回路のチョークコイルとの間にヒートシンクを介在させたので、フィルタ回路のチョークコイルに対する干渉が防止され、外部へのノイズの漏れが低減される。また、ギャップ付きチョークコイルおよびフィルタ回路のチョークコイルをトランスに対してヒートシンクで遮蔽することにより、相互の干渉も防止され、ＥＭＩが低減できる。
【００２７】
また、ヒートシンクを前記トランスの一次側回路の安定電位となるラインに接続したので、ヒートシンクをグランドに接続する場合に比較し、シールド部材に兼用されるヒートシンクと他の回路との距離の制約が緩和され、小型化が図れる。また、小型化により、コスト低減が図れる。
【００２８】
また、主として一次側回路部品、二次側回路部品を搭載した基板をそれぞれ別々に設けて対面させたので、基板の広さを小さくすることができる上、各基板に搭載する部品の高さに応じて、各基板の部品の高さに応じて組み合わせることにより、全体の高さをそれほど大きくすることなく構成することができ、小型化をさらに促進することができる。
【００２９】
請求項２によれば、ヒートシンクをファンによる風流を整流する導風板として用いたので、乱流が防止され、チョークコイル等の各基板搭載の部品の温度上昇が抑制されると共に、ヒートシンクひいてはヒートシンクに搭載する部品の温度上昇が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスイッチング電源の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】本実施の形態のスイッチング電源を示す分解斜視図である。
【図３】本実施の形態のスイッチング電源を図２の反対側から見た分解斜視図である。
【図４】本実施の形態のスイッチング電源を示す端面図である。
【符号の説明】
１：入力端子、２：出力端子、３：フィルタ回路、４、５：チョークコイル、６〜１０：コンデンサ、１１：整流回路、１２：コンデンサ、１３：チョークコイル、１４：力率改善回路、１５：チョークコイル、１６：スイッチング素子、１７：ダイオード、１８：電解コンデンサ、２０：トランス、２１：スイッチング素子、２２、２３：ダイオード、２４：チョークコイル、２５：コンデンサ、２６：フレームグランド、２７：シールド、２７ａ〜２７ｃ：ヒートシンク、３６、３７：プリント基板、３９：間座、４０〜４３：ねじ、４４：制御用トランス

Claims

交流電源を整流する整流回路と、該整流回路の入力側と入力端子との間に設けられた高周波除去用のフィルタ回路と、前記整流回路の出力側に設けられた力率改善回路と、該力率改善回路の出力側に設けられ、スイッチング素子によりオンオフされるトランスとを備えたスイッチング電源であって、
前記トランスの主として一次側回路部品を搭載した基板と、主として前記トランスおよびその二次側回路部品を搭載した基板とを備え、
前記２つの基板を、搭載部品が互いに向き合うように対面させ、
前記主として一次側回路部品を搭載した基板において、前記力率改善回路を構成するギャップ付きチョークコイルと前記フィルタ回路のチョークコイルとをヒートシンクにより互いにシールドし、
前記トランスと、前記力率改善回路を構成するギャップ付きチョークコイルおよび前記フィルタ回路のチョークコイルとをヒートシンクにより互いにシールドし、
前記ヒートシンクを前記トランスの一次側回路の安定電位となるラインに接続した
ことを特徴とするスイッチング電源。
請求項１のスイッチング電源において、
前記スイッチング電源は冷却用ファンを備えると共に、前記ヒートシンクを導風板として用いた
ことを特徴とするスイッチング電源。