JP4389573B2

JP4389573B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4389573B2
Application number: JP2003417781A
Authority: JP
Inventors: 悦夫辻本; 浩二中嶋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: JP2005184883A

Description

本発明は、特に電源装置に使用するトランスにおける入出力の接続に関するものである。

従来、この種の電源装置は、図６に示されるような構成を有していた。

図６は従来の電源装置の正面図である。

図において、１はトランスであり、このトランス１には、トランスの入出力端子２を有し、プリント配線板３に半田付けし装着されている。また同一プリント配線板上には、入力コネクタ４、一次側コンデンサ５、一次側半導体６も装着されており、入力コネクタ４から電力を供給しトランス１にエネルギーを伝えている。

他方のプリント配線板３には、二次側半導体７、二次側コンデンサ８、出力コネクタ９が装着されており、出力に電力を供給している。またトランス１と二次側半導体７は接続コネクタ１０、リード線１１にて接続されている。本例では一次側半導体６、二次側半導体７、各々が放熱板１２を有している。

そして各々のプリント配線板３は、スペーサ１３、ねじ１４にて、筐体１５に装着されている。以上のような構成により、省スペースのなか、２枚のプリント配線板を利用し電源装置が構成されていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、２が知られている。
特開平８−４５７４８号公報特開平９−２９３９４１号公報

しかしながら、上記従来の構成では、トランスから一度プリント配線板に接続されたあと、放熱板を必要とする半導体に接続されるため整流平滑の配線長が長くなり、配線インピーダンスにより、トランスの両端にリンギング電圧としてスイッチングノイズが発生し、電流が高速でＯＮ・ＯＦＦできないという問題点を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、低ノイズ、かつ、より高速に電流をＯＮ・ＯＦＦさせることができるトランスまたはコイルおよび電源装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。

本発明の請求項１に記載の発明は、特に、トランス又はコイルもしくは半導体を装着する配線板と前記トランス又はコイルを装着しない配線板を少なくとも１枚以上有する電源装置において、前記トランスまたはコイルの入出力端子を双方の配線板に直接接続するとともに、並列して使用するコンデンサの両端を接続する配線パターンの中間に前記トランスまたはコイルもしくは前記半導体からの配線を接続するためのラウンドを設けたことを特徴とする電源装置の構成を有しており、これにより、トランスから整流平滑回路への配線長が短くなるので、配線インピーダンスを最小にすることができ、不要な配線インピーダンスにより、トランスの両端にリンギング電圧としてスイッチングノイズが発生することを防止できるため、電流を高速でＯＮ・ＯＦＦすることができるという作用効果が得られると同時に、２個のコンデンサに均等、かつ低インピーダンスで配線することができる。

本発明は、トランスまたはコイルを装着する配線板と前記トランスまたはコイルを装着しない配線板を少なくとも１枚以上有する電源装置において、トランスまたはコイルの入出力端子を双方の配線板に直接接続することを特徴としたものであり、配線長をより短くすることができ、配線インピーダンスを抑えることにより、スイッチングノイズの発生を抑制することが可能となり、より高速で電流をＯＮ・ＯＦＦさせることができるという効果を奏するものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１における電源装置の正面図である。

図において、１はトランスであり、このトランス１には、トランスの入力端子２を有し、プリント配線板３に半田付けし装着されている。また同一プリント配線板上には、入力コネクタ４、一次側コンデンサ５、一次側半導体６も装着されており、入力コネクタ４から電力を供給しトランス１にエネルギーを伝えている。

他方のプリント配線板３には、二次側半導体７、二次側コンデンサ８、出力コネクタ９が装着されており、出力に電力を供給している。

また、トランス１にはトランスの実装面と反対側に突出する出力端子１６を有する。この出力端子１６を介して、二次側半導体７に最短で接続することを可能にしている。このことにより、配線長が短くなるため、従来トランスの両端にリンギング電圧として発生していたスイッチングノイズを４５０Ｖｐｐから３００Ｖｐｐまで低減することができ、より高速で電流をＯＮ・ＯＦＦさせることができるという効果が生まれた。本実施の形態における実験ではスイッチング周波数を６６ｋＨｚから、１００ｋＨｚまで高速化することができた。

また、図１における出力端子１６とプリント配線板の接続は半田付けにて可能であるが、本例のようにプリント配線板３に装着されたコネクタ１７に出力端子１６を挿入すれば、半田作業が少なくなり、作業性が大幅に改善される。また、接続接点部に弾力性があるため、振動に対しても強くなる。

本例では一次側半導体６、二次側半導体７、各々が放熱板１２を有している。そして各々のプリント配線板３は、スペーサ１３、ねじ１４にて、筐体１５に装着されている。また従来例図６のようにリード線を有しないため、組み立て性がよくなるという効果もある。

なお本実施の形態１においてトランスと表現している部分はすべてコイルという表現に置き換えてもその効果は得られるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明について説明する。

図２は本発明の実施の形態２における正面図、図３はトランスおよびそれを装着する配線板の上面図、図４は同実施の形態における電源装置の上面図である。

なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。

図２において、実施の形態１と相違する点は、放熱板２１、絶縁物２２、配線２３からなる一方の配線板に、放熱を必要とするトランス１、一次側半導体６、二次側半導体７を装着している点である。

ここで使用した配線板は、絶縁物２２の片面に銅などの金属でできた板状の配線２３を一体成形し、反対面にアルミニウムなどの金属でできた放熱板２１を貼り付け一体構造にした高放熱機能を有するものを用いて構成している。

本実施の形態におけるトランス１は、コンデンサ５，８を装着するプリント配線板３に直接接続する入力端子２４と出力端子２５および、半導体７を装着する配線板に接続する出力端子２６を有する。

なお、本実施の形態では半導体６，７は配線２３，２９に装着された後、配線２３，２９を直角に切り起こすことによりプリント配線板３に接続する構造をとっている。

また熱に対して弱いコンデンサ５，８を発熱物であるトランス１、半導体６，７からプリント配線板３を介して隔離することにより、トランス１の発熱をコンデンサ５，８に伝わることを阻止できた。

また、従来トランス、半導体、コンデンサを順次配置することしかできなかったが、本発明の立体構造で三次元的に配置することが可能となり、本発明のトランスからの配線を任意の配線板に持っていくこととあわせ、従来例図６にそって設計した場合と比べトランスから二次側のコンデンサまでの配線長を９ｃｍから３ｃｍに短縮することができ、配線インピーダンスを最小にすることが可能となった。

本構成ではトランス出力端子２６から二次側半導体７に接続され配線２９を介してプリント配線板３に接続され、その位置から二次側コンデンサ８のリード２８に最短で接続されていることがわかる。同様にトランス出力端子２５から直接プリント配線板３に接続され、その位置から二次側コンデンサ８のリード２７に接続されている。

図３において、図２に示される発熱部品を搭載した配線板２１，２２，２３を上面から見た図を示す。

一次側半導体６は配線２３に装着され、配線２３の端部は直角に曲げられている。また二次側半導体７は配線２９，３０に装着され、配線２９もまた端部を直角に曲げられている。また配線３０にはトランス出力端子２６が半田付けされている。

破線で記載している二次側コンデンサ８は理解をしやすくするために他方のプリント配線板３における同部品の位置を便宜上示したもので実際に本配線板２２に装着されているものではない。また本説明では配線２３を曲げる構成にしているが、放熱が必要な部品を装着できかつ他方のプリント配線板３にコネクタ、端子などを通じて接続することが可能であれば配線板の構成に関係なく効果を得ることができる。

また、放熱板２１は筐体１５にねじなどを使用して取り付けられ、半導体６，７およびトランス１の発熱を効率よく筐体１５に伝える動作をしている。プリント配線板に放熱板を取り付けた従来の場合半導体の温度上昇は１９Ｋであったが、本実施の形態を適用した実験では７Ｋまで低減することができた。さらには筐体の外に内部発熱を放散させることにも効果があった。従来例図６に示される例では発熱物と同一面でかつ近接してコンデンサ５を装着することになり、コンデンサ５がその発熱の影響を受けることから、高耐熱のコンデンサの使用を余儀なくされコストが増大する。また熱によりコンデンサの寿命を短縮するというデメリットもあったが、本実施の形態によれば、放熱板２１と筐体１５は面対向するように取り付けられているため、トランス１、半導体６，７の発熱を筐体１５に伝熱できることとなり、発熱部品の温度を大幅に低減できる。この結果、発熱に弱いコンデンサへの熱的影響が皆無となり、高耐熱コンデンサを使用する必要もなくなり、低コスト化が図れる。また、寿命の短縮という問題も解消されることになる。

図４において、プリント配線板３に長方形の切り抜き４１を設けトランス１の一部を突出させている。このことでトランスの高さに関係なく配線板３と配線板２２の距離を短縮することが可能となる。またトランス１の高さが問題にならないときには切り抜き４１は無くても問題ない。

一次側コンデンサ５と一番近接するところからコンデンサに配線する端子を設ければ、トランス入力端子２４および一次側半導体からの配線２３の距離を容易に短縮できることが可能となる。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明について説明する。

図５は本発明の実施の形態３における配線パターン図を示している。図５に示す配線パターン図としては、並列して使用するコンデンサ８の両端を接続する配線パターン５１の中間にトランスまたはコイルおよび半導体からの配線を接続するためのラウンド５２を設けたものである。このラウンド５２と２個の二次側コンデンサ８のラウンド５３は近距離でかつ同一距離で配線されており、従来配線インピーダンスの違いから一方のコンデンサに多く高周波電流が流れ高周波電流による発熱が一方に集中するという欠点を解決することができる。また、２個のコンデンサに同等に配線インピーダンスを低減できるためコンデンサから外部に出て行くリップル電流を低減することもできる。

以上、本発明の実施の形態３によれば、２個のコンデンサに均等、かつ低インピーダンスで配線することができるという作用効果が得られる。

なお、二次側コンデンサを利用し説明しているが一次側コンデンサについても同様である。

本発明にかかる電源装置は、トランス、コイル周辺の配線インピーダンスを低減する構造を有するもので、特にノイズ、発熱の低減を必要とする電源装置等に有用である。

本発明の実施の形態１における電源装置の正面図本発明の実施の形態２における電源装置の正面図同実施の形態におけるトランスおよびそれを装着する配線板の上面図同実施の形態における電源装置の上面図本発明の実施の形態３における配線板のパターン図従来の電源装置の正面図

符号の説明

１トランス
２トランスの入出力端子
３プリント配線板
４入力コネクタ
５一次側コンデンサ
６一次側半導体
７二次側半導体
８二次側コンデンサ
９出力コネクタ
１０接続コネクタ
１１リード線
１２放熱板
１３スペーサ
１４ねじ
１５筐体
１６本発明のトランスの出力端子
１７コネクタ
２１放熱板
２２絶縁物
２３配線
２４本発明の実施の形態２におけるトランスの入力端子
２５本発明の実施の形態２におけるトランスの出力端子
２６本発明の実施の形態２におけるトランスの他方の出力端子
２７コンデンサ８のリード
２８コンデンサ８の他方のリード
２９配線
３０トランスと半導体を接続する配線
４１プリント配線板３に設けられた切り抜き
５１本発明の実施の形態３におけるプリント配線板のパターン
５２他方の配線板またはトランスからの配線を半田付けするためのラウンド
５３コンデンサ８のリードを半田付けするためのラウンド

Claims

トランス又はコイルを装着する配線板と前記トランス又はコイルもしくは半導体を装着しない配線板を少なくとも１枚以上有する電源装置において、前記トランスまたはコイルの入出力端子を双方の配線板に直接接続するとともに、並列して使用するコンデンサの両端を接続する配線パターンの中間に前記トランスまたはコイルもしくは前記半導体からの配線を接続するためのラウンドを設けたことを特徴とした電源装置。