JP4558407B2 - Switching power supply - Google Patents

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本発明は、電子機器の内部に設置されるスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply device installed inside an electronic device.

従来から、パーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載されている電源装置には、スイッチング電源装置が用いられている。このスイッチング電源装置は直流安定化電源の一種であり、商用電源又は蓄電池等の電源から得た直流をトランジスタ等の半導体デバイスの高速スイッチング作用によって可聴周波数以上(数百kHz程度)のパルス電圧に変換し、そのパルス電圧のパルス幅及びパルス間隔を制御することによって、一定の電圧の直流を出力するように構成されている。このように構成されたスイッチング電源装置は、負荷の消費電力の変動に関わらず出力電圧が常に一定であると共に、比較的小型でかつ軽量であり、更に高効率を特徴としているため、特に中央演算処理装置(以下、CPU)を搭載する様々な情報機器や通信機器において、従来から好適に用いられている。   Conventionally, a switching power supply device is used as a power supply device mounted on an electronic device such as a personal computer. This switching power supply device is a type of DC stabilized power supply, and converts direct current obtained from commercial power supplies or storage battery power supplies to pulse voltages above audible frequency (several hundreds of kHz) by high-speed switching action of semiconductor devices such as transistors. In addition, by controlling the pulse width and pulse interval of the pulse voltage, a constant voltage direct current is output. The switching power supply device configured in this way has a constant output voltage regardless of fluctuations in the power consumption of the load, is relatively small and lightweight, and is characterized by high efficiency. Conventionally, it has been used favorably in various information devices and communication devices equipped with a processing device (hereinafter referred to as CPU).

図19は従来のスイッチング電源装置の一例の構成を示した模式図である。尚、図19(a)は従来のスイッチング電源装置の側面図であり、図19(b)は従来のスイッチング電源装置の上面図である。図19に示すように、従来のスイッチング電源装置1000では、所定の電子回路を構成するように構成された複数の配線を備えるプリント基板Pの中央部に、トランスTが配設されている。又、前記プリント基板Pの所定の位置には、スイッチング制御回路U1と、スイッチング素子Q1及びQ2と、ダイオードD1及びD2と、コンデンサC1とが、それぞれ配設されている。そして、これらのトランスT、スイッチング制御回路U1、スイッチング素子Q1及びQ2、ダイオードD1及びD2、コンデンサC1がプリント基板Pに設けられた前記配線と電気的に接続するように配設されることによって、スイッチング電源装置1000が構成されている。このように構成されたスイッチング電源装置1000では、スイッチング素子Q1及びQ2の高速スイッチング作用によって生成されたパルス電圧が、トランスTの一次巻線に印加される。その際、トランスTの二次巻線には、一次巻線に印加されたパルス電圧の電圧の変化に応じた交流が誘起する。そして、その誘起した交流がダイオードD1及びD2の整流作用によって整流され、更にコンデンサC1によってリプルが抑制されることによって得られた直流が、スイッチング電源装置1000の出力端子から出力される。この際、スイッチング制御回路U1は、出力電圧の変動に応じてスイッチング素子Q1及びQ2のON時間及びOFF時間を制御することによって、出力電圧を一定にすべく動作する。従って、このように動作するスイッチング電源装置1000を用いることによって、変動する負荷に対して常に一定の電圧の直流を供給することが可能となる。ここで、図19に例示した従来のスイッチング電源装置1000では、トランスT、スイッチング制御回路U1、スイッチング素子Q1及びQ2、ダイオードD1及びD2、コンデンサC1等の、スイッチング電源装置1000を構成するための全ての電子部品等が、一枚のプリント基板P上に全て配設される構成が採用されている(例えば、特許文献1参照)。   FIG. 19 is a schematic diagram showing a configuration of an example of a conventional switching power supply device. FIG. 19A is a side view of a conventional switching power supply device, and FIG. 19B is a top view of the conventional switching power supply device. As shown in FIG. 19, in a conventional switching power supply apparatus 1000, a transformer T is disposed at the center of a printed circuit board P including a plurality of wirings configured to constitute a predetermined electronic circuit. A switching control circuit U1, switching elements Q1 and Q2, diodes D1 and D2, and a capacitor C1 are provided at predetermined positions on the printed circuit board P, respectively. Then, by arranging these transformer T, switching control circuit U1, switching elements Q1 and Q2, diodes D1 and D2, and capacitor C1 so as to be electrically connected to the wiring provided on the printed circuit board P, A switching power supply apparatus 1000 is configured. In the switching power supply device 1000 configured as described above, the pulse voltage generated by the high-speed switching action of the switching elements Q1 and Q2 is applied to the primary winding of the transformer T. At that time, an alternating current is induced in the secondary winding of the transformer T in accordance with a change in the voltage of the pulse voltage applied to the primary winding. Then, the induced alternating current is rectified by the rectifying action of the diodes D1 and D2, and further, the direct current obtained by suppressing the ripple by the capacitor C1 is output from the output terminal of the switching power supply apparatus 1000. At this time, the switching control circuit U1 operates to keep the output voltage constant by controlling the ON time and OFF time of the switching elements Q1 and Q2 according to the fluctuation of the output voltage. Therefore, by using the switching power supply device 1000 that operates in this way, it is possible to always supply a constant voltage direct current to a fluctuating load. Here, in the conventional switching power supply apparatus 1000 illustrated in FIG. 19, all of the transformer T, the switching control circuit U1, the switching elements Q1 and Q2, the diodes D1 and D2, the capacitor C1, and the like for configuring the switching power supply apparatus 1000 are included. A configuration is adopted in which all of the electronic components are arranged on a single printed circuit board P (see, for example, Patent Document 1).

ところで、近年では、パーソナルコンピュータ等の情報機器や携帯電話等の通信機器等の電子機器に搭載されているCPUへの電源供給条件は、低電圧大電流化の傾向にある。このため、上記の情報機器や通信機器等に搭載されるスイッチング電源装置に対しても、特に大電流の直流出力が得られる仕様が強く求められている。このような要求に対応するためには、スイッチング電源装置に配設されるトランスの一次巻線に流れる電流を大電流化する必要がある。そして、その大電流の高周波スイッチング電流や、トランスの二次巻線に誘起する大電流の交流を効率良く伝搬するためには、プリント基板の配線を幅広く形成する必要がある。より具体的には、プリント基板に形成される、特にスイッチング素子、トランス、整流素子及び平滑素子等と電気的に接続する配線を、従来以上に幅広くかつ短配線で形成する必要がある。その理由は、配線の寄生インダクタンスや表皮効果等の影響を最小限とし、スイッチング電源装置内における電力損失を最小限にするためである。   By the way, in recent years, power supply conditions to CPUs mounted on electronic devices such as information devices such as personal computers and communication devices such as mobile phones have tended to be low voltage and large current. For this reason, a specification that can obtain a DC output with a large current is also strongly demanded for a switching power supply device mounted on the information equipment or communication equipment. In order to meet such a demand, it is necessary to increase the current flowing in the primary winding of the transformer disposed in the switching power supply device. In order to efficiently propagate the high-frequency high-frequency switching current and the large-current alternating current induced in the secondary winding of the transformer, it is necessary to form a wide wiring on the printed circuit board. More specifically, it is necessary to form wirings that are formed on a printed circuit board and that are electrically connected to switching elements, transformers, rectifying elements, smoothing elements, and the like, with wider and shorter wirings than ever before. The reason for this is to minimize the power loss in the switching power supply device by minimizing the influence of the wiring parasitic inductance and skin effect.

一方、スイッチング電源装置からCPUへの電源供給が大電流化する場合には、スイッチング電源装置とCPUとを電気的に接続する配線における電圧降下等の影響を考慮する必要が生じる。そして、スイッチング電源装置とCPUとを電気的に接続する配線における電圧降下等の影響を最小限に抑えるためには、スイッチング電源装置とCPUとが近接するように配設する必要がある。より具体的には、スイッチング電源装置とCPUとを電気的に接続する配線の配線長を極力短くする必要がある。そして、このような要求に対応するためには、スイッチング電源装置を可能な限り小型化する必要がある。
特許第3196187号公報
On the other hand, when the power supply from the switching power supply to the CPU increases, it is necessary to consider the influence of a voltage drop or the like in the wiring that electrically connects the switching power supply and the CPU. In order to minimize the influence of a voltage drop or the like in the wiring that electrically connects the switching power supply and the CPU, it is necessary to dispose the switching power supply and the CPU close to each other. More specifically, it is necessary to shorten the wiring length of the wiring for electrically connecting the switching power supply device and the CPU as much as possible. And in order to respond to such a request | requirement, it is necessary to miniaturize a switching power supply device as much as possible.
Japanese Patent No. 3196187

しかしながら、従来のスイッチング電源装置1000では、スイッチング電源装置1000を構成するためのトランスT、スイッチング素子Q1及びQ2、整流素子D1及びD2、コンデンサC1及びスイッチング制御回路U1等が、一枚のプリント基板P上に二次元状に配設される構成が採られている。そのため、上記の如く大電流の高周波スイッチング電流等を効率良く伝搬させるために必要十分な線幅の配線をプリント基板Pに形成する場合には、特にスイッチング素子Q1及びQ2、トランスT、ダイオードD1及びD2、及びコンデンサC1等が配設される領域における電子部品等の二次元的な実装密度が低下するので、その実装密度の低下に応じてプリント基板Pを大型化する必要がある。又、従来のスイッチング電源装置1000では大きさの異なる電子部品等が混在するように配設されているため、プリント基板Pの上部には使用しない空間領域が発生する。つまり、従来のスイッチング電源装置1000の構成では、低電圧大電流の直流を出力し得る高効率のスイッチング電源装置を小型化することが非常に困難であるという問題が発生する。   However, in the conventional switching power supply apparatus 1000, the transformer T, the switching elements Q1 and Q2, the rectifying elements D1 and D2, the capacitor C1, the switching control circuit U1, and the like for configuring the switching power supply apparatus 1000 are formed on a single printed circuit board P. The structure arranged in a two-dimensional manner is employed. Therefore, in the case where a wiring having a sufficient line width for efficiently propagating a high-frequency high-frequency switching current or the like as described above is formed on the printed board P, the switching elements Q1 and Q2, the transformer T, the diode D1 and the like Since the two-dimensional mounting density of electronic components and the like in the region where D2, the capacitor C1, and the like are disposed decreases, it is necessary to increase the size of the printed board P in accordance with the decrease in the mounting density. Further, in the conventional switching power supply apparatus 1000, electronic parts and the like having different sizes are arranged so as to be mixed, so that a space area that is not used is generated above the printed circuit board P. That is, in the configuration of the conventional switching power supply apparatus 1000, there is a problem that it is very difficult to reduce the size of a high-efficiency switching power supply apparatus that can output a low-voltage, large-current DC.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低電圧大電流の直流を負荷の消費電力に関わらず一定の電圧で供給し得る高効率かつ小型のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a high-efficiency and small-sized switching power supply that can supply a low-voltage, large-current DC at a constant voltage regardless of the power consumption of the load. The purpose is to provide.

そして、これらの目的を達成するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、直流を断続してパルス電圧を生成するスイッチング回路と、一次巻線と二次巻線とがコアで磁気的に結合されてなるトランスと、前記一次巻線と前記二次巻線とを構成する配線を備える多層配線基板と、交流を整流する整流回路と、リプルを抑制する平滑回路と、前記平滑回路の出力電圧を安定化すべく前記スイッチング回路に該スイッチング回路のオンオフ比を制御するスイッチング動作を行うためのターンオン信号を出力する制御回路とを有し、前記パルス電圧が前記一次巻線の第一接続部に印加されて前記二次巻線の第二接続部に誘起する交流を前記整流回路で整流しかつ前記平滑回路で平滑して得る直流を出力するスイッチング電源装置であって、前記多層配線基板が、少なくとも前記スイッチング回路と前記整流回路とを備えかつ主配線基板上に配設され、かつ前記主配線基板に前記制御回路が配設されている。ここで、本明細書では、直流又は交流とは直流又は交流の電圧又は電流をいう。 In order to achieve these objects, the switching power supply device according to the present invention includes a switching circuit that intermittently generates direct current and generates a pulse voltage, and a primary winding and a secondary winding that are magnetically coupled by a core. A transformer, a multilayer wiring board provided with wiring constituting the primary winding and the secondary winding, a rectifying circuit for rectifying alternating current, a smoothing circuit for suppressing ripples, and an output voltage of the smoothing circuit And a control circuit that outputs a turn-on signal for performing a switching operation for controlling an on / off ratio of the switching circuit to the switching circuit, and the pulse voltage is applied to the first connection portion of the primary winding. A switching power supply that outputs a direct current obtained by rectifying the alternating current induced in the second connection portion of the secondary winding by the rectifier circuit and smoothing by the smoothing circuit, Multi-layer wiring substrate are disposed in at least said a switching circuit the rectifier circuit and the main circuit board, and said control circuit to said main circuit board is disposed. Here, in this specification, direct current or alternating current means direct current or alternating voltage or current.

このような構成とすることにより、トランスの一次巻線に流れる大電流の高周波スイッチング電流及び二次巻線に誘起する大電流の交流等が流れる配線を、制御回路等を構成するための他の配線との相互関係を考慮することなく、任意に設計することができるようになる。つまり、スイッチング回路、トランス、整流回路及び平滑回路等を構成するための配線を必要に応じて幅広くかつ短配線で形成することが可能になるため、配線の導体抵抗、表皮効果及び寄生インダクタンス等の悪影響を最小限に抑えることが可能になる。又、スイッチング電源装置を構成する能動素子及び受動素子等がスイッチング電源装置の内部において三次元的に配設されるようになるため、使用しない空間領域を飛躍的に減少させることが可能になる。それらの結果、低電圧大電流の直流を負荷の消費電力に関わらず一定の電圧で供給し得る高効率かつ小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。   By adopting such a configuration, a high-current high-frequency switching current that flows in the primary winding of the transformer and a wiring through which a large-current alternating current that is induced in the secondary winding flows can be used to construct other control circuits and the like. It becomes possible to design arbitrarily without considering the mutual relation with the wiring. In other words, the wiring for configuring the switching circuit, the transformer, the rectifying circuit, the smoothing circuit, etc. can be formed with a wide and short wiring as necessary, so that the conductor resistance of the wiring, the skin effect, the parasitic inductance, etc. It is possible to minimize adverse effects. In addition, since the active elements and passive elements constituting the switching power supply apparatus are three-dimensionally arranged inside the switching power supply apparatus, it is possible to drastically reduce the unused space region. As a result, it is possible to easily construct a high-efficiency and small-sized switching power supply device that can supply a low-voltage, large-current DC at a constant voltage regardless of the power consumption of the load.

前記コアは中足部を備え、前記中足部の短軸方向において該中足部の両側に前記トランスの前記第一接続部と前記第二接続部とが配置されていても良い。   The core may include a middle foot portion, and the first connection portion and the second connection portion of the transformer may be disposed on both sides of the middle foot portion in a short axis direction of the middle foot portion.

このような構成とすることにより、多層配線基板上に配設される能動素子及び受動素子等の実装密度を低下させることなく、トランスの第一接続部と第二接続部との電気的な絶縁距離を確保することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性に優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。   By adopting such a configuration, the electrical insulation between the first connection portion and the second connection portion of the transformer is achieved without reducing the mounting density of active elements and passive elements disposed on the multilayer wiring board. A distance can be secured. As a result, it is possible to easily configure a small switching power supply device excellent in electrical reliability and safety.

前記第一接続部側に前記スイッチング回路が、前記第二接続部側に前記整流回路が、それぞれ配設されており、前記第一接続部と前記スイッチング回路とが、及び、前記第二接続部と前記整流回路とが、それぞれ電気的に直結する部分を有し配設されていても良い。   The switching circuit is disposed on the first connection portion side, and the rectifier circuit is disposed on the second connection portion side, and the first connection portion and the switching circuit are disposed on the second connection portion. And the rectifier circuit may each be provided with a portion that is electrically connected directly.

このような構成とすることにより、スイッチング回路、整流回路及び平滑回路等とトランスの第一接続部又は第二接続部とを接続するための配線を極力短く形成することが可能になるため、それらの配線に起因する導体抵抗、表皮効果及び寄生インダクタンス等による悪影響をより一層効果的に抑制することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性がより一層優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。又、スイッチング回路、整流回路及び平滑回路等とトランスの第一接続部又は第二接続部とを接続するための配線を部分的に省略することが可能になるため、プリント基板の配線に起因する導体抵抗、表皮効果及び寄生インダクタンス等による悪影響を更に効果的に抑制することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性が更に優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。   By adopting such a configuration, the wiring for connecting the switching circuit, the rectifier circuit, the smoothing circuit, etc. and the first connection part or the second connection part of the transformer can be formed as short as possible. It is possible to more effectively suppress the adverse effects caused by the conductor resistance, skin effect, parasitic inductance, and the like caused by the wiring. As a result, there is an effect that it is possible to easily configure a small switching power supply device that is further excellent in electrical reliability and safety. In addition, the wiring for connecting the switching circuit, the rectifying circuit, the smoothing circuit, and the like to the first connection part or the second connection part of the transformer can be partially omitted, which is caused by the wiring of the printed circuit board. It is possible to more effectively suppress adverse effects due to conductor resistance, skin effect, parasitic inductance, and the like. As a result, it is possible to easily configure a small switching power supply device that is further excellent in electrical reliability and safety.

前記多層配線基板が前記主配線基板の第一主面に配設され、前記制御回路が前記主配線基板の第二主面に配設されていても良い。   The multilayer wiring board may be arranged on a first main surface of the main wiring board, and the control circuit may be arranged on a second main surface of the main wiring board.

このような構成とすることにより、回路構成の複雑な制御回路を構成する場合や、大きさの異なる複数の能動素子及び受動素子等を多数使用して制御回路を構成する場合であっても、それらの素子等の実装密度を下げることなく、小領域において制御回路を構成することが可能になるという効果が得られる。   By adopting such a configuration, even when configuring a control circuit with a complicated circuit configuration, or when configuring a control circuit using a plurality of active elements and passive elements having different sizes, There is an effect that the control circuit can be configured in a small area without lowering the mounting density of these elements.

前記主配線基板の第二主面には、前記制御回路のみが配設されていても良い。   Only the control circuit may be disposed on the second main surface of the main wiring board.

このような構成とすることにより、回路構成の複雑な制御回路を構成する場合や、大きさの異なる複数の能動素子及び受動素子等を多数使用して制御回路を構成する場合であっても、それらの素子等の実装密度を下げることなく、小領域において制御回路をより容易に構成することが可能になる。又、制御回路がスイッチング素子等の高周波ノイズ源から完全に遮蔽されることになるので、制御回路の動作の信頼性は高まることになる。その結果、電気的な信頼性及び安全性がより一層優れ、かつ誤動作が生じない小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。   By adopting such a configuration, even when configuring a control circuit with a complicated circuit configuration, or when configuring a control circuit using a plurality of active elements and passive elements having different sizes, It is possible to more easily configure the control circuit in a small area without reducing the mounting density of these elements. In addition, since the control circuit is completely shielded from high-frequency noise sources such as switching elements, the reliability of the operation of the control circuit is increased. As a result, there is an effect that it is possible to easily configure a small-sized switching power supply device that is further excellent in electrical reliability and safety and that does not cause malfunction.

前記制御回路は前記スイッチング回路から前記パルス電圧を生成させるべく駆動する駆動部を備え、前記駆動部は、前記主配線基板上において前記スイッチング回路に対し実質的に最短距離となる位置に配設され、かつ前記スイッチング回路と実質的に最短距離の配線で接続されていても良い。   The control circuit includes a drive unit that is driven to generate the pulse voltage from the switching circuit, and the drive unit is disposed on the main wiring board at a position that is substantially the shortest distance from the switching circuit. In addition, it may be connected to the switching circuit by a wiring having a substantially shortest distance.

前記制御回路は前記整流回路を前記整流するように駆動する駆動部を備え、前記駆動部は、前記主配線基板上において前記整流回路に対し実質的に最短距離となる位置に配設され、かつ前記整流回路と実質的に最短距離の配線で接続されていても良い。   The control circuit includes a drive unit that drives the rectifier circuit so as to rectify the drive circuit, and the drive unit is disposed on the main wiring board at a position that is substantially the shortest distance from the rectifier circuit, and It may be connected to the rectifier circuit by a wiring having a shortest distance.

このような構成とすることにより、配線に存在する寄生インダクタンスが最小となり、これにより配線による電流制限作用を低減することが可能になる。従って、高速のスイッチングが可能になり、スイッチング損失を低減することが可能になるという効果が得られる。   By adopting such a configuration, the parasitic inductance existing in the wiring is minimized, thereby making it possible to reduce the current limiting effect of the wiring. Therefore, it is possible to perform high-speed switching and to obtain an effect that switching loss can be reduced.

又、本発明に係るスイッチング電源装置は、直流を断続してパルス電圧を生成するスイッチング回路と、一次巻線と二次巻線とがコアで磁気的に結合されてなるトランスと、前記一次巻線と前記二次巻線とを構成する配線を備える多層配線基板と、交流を整流する整流回路と、リプルを抑制する平滑回路と、前記平滑回路の出力電圧を安定化すべく前記スイッチング回路に該スイッチング回路のオンオフ比を制御するスイッチング動作を行うためのターンオン信号を出力する制御回路とを有し、前記パルス電圧が前記一次巻線の第一接続部に印加されて前記二次巻線の第二接続部に誘起する交流を前記整流回路で整流しかつ前記平滑回路で平滑して得る直流を出力するスイッチング電源装置であって、前記スイッチング電源装置が、略二次元状に形成された配線層と放熱板とが少なくとも電気絶縁性樹脂とフィラーとを含む混合物からなる電気絶縁性部材を介して積層されてなるリードフレーム基板を有し、前記リードフレーム基板の前記配線層上には、少なくとも前記スイッチング回路と前記整流回路とを備える前記多層配線基板が配設され、かつ前記多層配線基板とは異なる制御回路用基板に前記制御回路が配設されている。 The switching power supply device according to the present invention includes a switching circuit that intermittently generates direct current and generates a pulse voltage, a transformer in which a primary winding and a secondary winding are magnetically coupled by a core, and the primary winding. A multilayer wiring board having a line and a wiring constituting the secondary winding, a rectifying circuit for rectifying alternating current, a smoothing circuit for suppressing ripple, and a switching circuit for stabilizing the output voltage of the smoothing circuit. A control circuit for outputting a turn-on signal for performing a switching operation for controlling an on / off ratio of the switching circuit, and the pulse voltage is applied to the first connection portion of the primary winding to A switching power supply device that outputs a direct current obtained by rectifying alternating current induced in two connection portions by the rectifier circuit and smoothing by the smoothing circuit, wherein the switching power supply device is substantially two-dimensional A lead frame substrate in which a wiring layer and a heat sink formed on each other are laminated via an electrically insulating member made of a mixture containing at least an electrically insulating resin and a filler, and the wiring layer of the lead frame substrate Above, the multilayer wiring board including at least the switching circuit and the rectifier circuit is disposed , and the control circuit is disposed on a control circuit board different from the multilayer wiring board .

このような構成とすることにより、スイッチング電源装置の動作中において特にスイッチング素子、トランス、整流素子等から発生する熱を、リードフレーム基板を介してスイッチング電源装置の外部へ放出することが可能になる。即ち、スイッチング電源装置を長時間に渡り動作させる場合においても、スイッチング素子、トランス、整流素子等の温度は比較的低温となりかつ安定するようになる。その結果、スイッチング電源装置は長時間に渡り安定して動作するようになる。又、スイッチング素子、整流素子等の半導体素子の経時的な熱破壊が低減されるという効果も得られる。   With such a configuration, it becomes possible to release heat generated from the switching element, transformer, rectifying element, etc. during operation of the switching power supply device to the outside of the switching power supply device via the lead frame substrate. . That is, even when the switching power supply device is operated for a long time, the temperature of the switching element, the transformer, the rectifying element, etc. becomes relatively low and becomes stable. As a result, the switching power supply device operates stably for a long time. In addition, there is an effect that the thermal breakdown of the semiconductor elements such as switching elements and rectifying elements over time is reduced.

前記コアは中足部を備え、前記中足部の短軸方向において該中足部の両側に前記トランスの前記第一接続部と前記第二接続部とが配置されていても良い。   The core may include a middle foot portion, and the first connection portion and the second connection portion of the transformer may be disposed on both sides of the middle foot portion in a short axis direction of the middle foot portion.

このような構成とすることにより、多層配線基板上に配設される能動素子及び受動素子等の実装密度を低下させることなく、トランスの第一接続部と第二接続部との電気的な絶縁距離を確保することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性に優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。   By adopting such a configuration, the electrical insulation between the first connection portion and the second connection portion of the transformer is achieved without reducing the mounting density of active elements and passive elements disposed on the multilayer wiring board. A distance can be secured. As a result, it is possible to easily configure a small switching power supply device excellent in electrical reliability and safety.

前記第一接続部側に前記スイッチング回路が、前記第二接続部側に前記整流回路が、それぞれ配設されており、前記第一接続部と前記スイッチング回路とが、及び、前記第二接続部と前記整流回路とが、それぞれ電気的に直結する部分を有し配設されていても良い。   The switching circuit is disposed on the first connection portion side, and the rectifier circuit is disposed on the second connection portion side, and the first connection portion and the switching circuit are disposed on the second connection portion. And the rectifier circuit may each be provided with a portion that is electrically connected directly.

このような構成とすることにより、スイッチング回路、整流回路及び平滑回路等とトランスの第一接続部又は第二接続部とを接続するための配線を極力短く形成することが可能になるため、それらの配線に起因する導体抵抗、表皮効果及び寄生インダクタンス等による悪影響をより一層効果的に抑制することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性がより一層優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。又、スイッチング回路、整流回路及び平滑回路等とトランスの第一接続部又は第二接続部とを接続するための配線を部分的に省略することが可能になるため、プリント基板の配線に起因する導体抵抗、表皮効果及び寄生インダクタンス等による悪影響を更に効果的に抑制することが可能になる。その結果、電気的な信頼性及び安全性が更に優れた小型のスイッチング電源装置を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。   By adopting such a configuration, the wiring for connecting the switching circuit, the rectifier circuit, the smoothing circuit, etc. and the first connection part or the second connection part of the transformer can be formed as short as possible. It is possible to more effectively suppress the adverse effects caused by the conductor resistance, skin effect, parasitic inductance, and the like caused by the wiring. As a result, there is an effect that it is possible to easily configure a small switching power supply device that is further excellent in electrical reliability and safety. In addition, the wiring for connecting the switching circuit, the rectifying circuit, the smoothing circuit, and the like to the first connection part or the second connection part of the transformer can be partially omitted, which is caused by the wiring of the printed circuit board. It is possible to more effectively suppress adverse effects due to conductor resistance, skin effect, parasitic inductance, and the like. As a result, it is possible to easily configure a small switching power supply device that is further excellent in electrical reliability and safety.

前記多層配線基板の配線と前記リードフレーム基板の前記配線層とが、略鉛直方向に延出する前記配線層の一部分によって接続されていても良い。   The wiring of the multilayer wiring board and the wiring layer of the lead frame board may be connected by a part of the wiring layer extending in a substantially vertical direction.

このような構成とすることにより、多層配線基板の配線とリードフレーム基板の配線層との間における電気的な接続抵抗を低減することが可能になるという効果が得られる。又、多層配線基板、及び多層配線基板上に配設された電子部品等から発生する熱を、リードフレーム基板に効果的に放熱することが可能になるという効果が得られる。   With such a configuration, it is possible to reduce the electrical connection resistance between the wiring of the multilayer wiring board and the wiring layer of the lead frame board. Further, it is possible to effectively dissipate heat generated from the multilayer wiring board and the electronic components disposed on the multilayer wiring board to the lead frame board.

前記電気絶縁性樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、弗素樹脂、ポリエステル、ポリフェニレンエーテル又はポリイミドの何れかであっても良い。   The electrically insulating resin may be any of epoxy resin, phenol resin, cyanate resin, fluorine resin, polyester, polyphenylene ether, or polyimide.

このような構成とすることにより、リードフレーム基板の耐熱性及び電気的特性等を向上させることが可能になる。又、これらの電気絶縁性樹脂は容易に入手することが可能である。その結果、電気的特性及び信頼性の優れたリードフレーム基板を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。   With such a configuration, it is possible to improve the heat resistance, electrical characteristics, and the like of the lead frame substrate. Moreover, these electrically insulating resins can be easily obtained. As a result, it is possible to easily construct a lead frame substrate having excellent electrical characteristics and reliability.

前記フィラーが、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ボロン、窒化アルミニウム、二酸化珪素、炭化珪素又はフェライトの何れかであっても良い。   The filler may be any of aluminum oxide, magnesium oxide, boron nitride, aluminum nitride, silicon dioxide, silicon carbide, or ferrite.

このような構成とすることにより、リードフレーム基板の熱伝導率を著しく向上させることが可能になる。又、これらの無機質フィラーは容易に入手することが可能である。その結果、熱伝導率が高く、スイッチング素子、トランス、整流素子等から発生した熱を効率良くスイッチング電源装置の外部へ放出することが可能なリードフレーム基板を容易に構成することが可能になるという効果が得られる。   With such a configuration, the thermal conductivity of the lead frame substrate can be significantly improved. Moreover, these inorganic fillers can be easily obtained. As a result, it is possible to easily configure a lead frame substrate that has high thermal conductivity and can efficiently release the heat generated from the switching element, transformer, rectifying element, etc. to the outside of the switching power supply device. An effect is obtained.

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。   The above object, other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

本発明は、以上に説明したような手段で実施され、低電圧大電流の直流を負荷の消費電力に関わらず一定の電圧で供給し得る高効率かつ小型のスイッチング電源装置を提供することが可能になるという効果を奏する。   The present invention is implemented by the means as described above, and can provide a highly efficient and small switching power supply capable of supplying a low-voltage, large-current DC at a constant voltage regardless of the power consumption of the load. Has the effect of becoming.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図4は、本発明の実施の形態1に係るスイッチング電源装置100の回路図である。図4に示すように、本実施の形態で示すスイッチング電源装置100は、入力平滑コンデンサ6a及び6bと、nチャネル型のMOS形電界効果トランジスタ(以下、MOSFET)8a及び8bと、トランス用一次巻線9aとトランス用二次巻線9b(巻線比N:1)とトランス用コア9cとを有してなるトランス9と、第一のダイオード10a及び第二のダイオード10bと、インダクタンス13と、出力平滑コンデンサ7と、制御回路17とを有して構成されている。そして、それぞれの能動素子及び受動素子等が所定の回路を形成するように電気的に接続されることにより、スイッチング電源装置100が構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 4 is a circuit diagram of switching power supply apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 4, the switching power supply device 100 shown in the present embodiment includes input smoothing capacitors 6a and 6b, n-channel MOS field effect transistors (hereinafter referred to as MOSFETs) 8a and 8b, and a primary winding for a transformer. A transformer 9 having a wire 9a, a transformer secondary winding 9b (winding ratio N: 1), and a transformer core 9c, a first diode 10a and a second diode 10b, an inductance 13, An output smoothing capacitor 7 and a control circuit 17 are included. Then, the switching power supply device 100 is configured by electrically connecting the active elements and the passive elements so as to form a predetermined circuit.

本実施の形態に示すスイッチング電源装置100の回路図について、図4を用いて詳細に説明する。外部から印加される電圧VINの直流は、入力平滑コンデンサ6a及び6bの両端子にそれぞれ印加される。そして、入力平滑コンデンサ6a及び6bのそれぞれの一方の端子はトランス9のトランス用一次巻線9aの一方の端子に接続されており、更に、入力平滑コンデンサ6a及び6bの他方の端子のそれぞれはMOSFET8a及び8bのソース端子に接続されている。又トランス9のトランス用一次巻線9aの他方の端子は、MOSFET8a及び8bのドレイン端子に接続されている。尚、MOSFET8a及び8bのゲート端子は、配線101によって制御回路17に接続されている。 A circuit diagram of the switching power supply device 100 described in this embodiment will be described in detail with reference to FIG. The direct current of the voltage V IN applied from the outside is applied to both terminals of the input smoothing capacitors 6a and 6b. One terminal of each of the input smoothing capacitors 6a and 6b is connected to one terminal of the transformer primary winding 9a of the transformer 9, and each of the other terminals of the input smoothing capacitors 6a and 6b is a MOSFET 8a. And 8b are connected to the source terminals. The other terminal of the transformer primary winding 9a of the transformer 9 is connected to the drain terminals of the MOSFETs 8a and 8b. Note that the gate terminals of the MOSFETs 8 a and 8 b are connected to the control circuit 17 by the wiring 101.

トランス9のトランス用二次巻線9bは、トランス用コア9cによってトランス用一次巻線9aと磁気的に接続されている。従って、トランス用二次巻線9bには、トランス用一次巻線9aに印加される電圧の変化に応じた交流が発生する。このトランス9のトランス用二次巻線9bの一方の端子は、第一のダイオード10aのアノード端子に接続されている。又、トランス9のトランス用二次巻線9bの他方の端子は、第二のダイオード10bのアノード端子に接続されている。そして、第一のダイオード10aのカソード端子と第二のダイオード10bのカソード端子とは相互に接続され、更にインダクタンス13の一方の端子(入力側)に接続されている。このインダクタンス13の他方の端子(出力側)は出力平滑コンデンサ7の一方の端子に接続されており、この出力平滑コンデンサ7の他方の端子は、第二のダイオード10bのアノード端子と接続されている。出力平滑コンデンサ7の両端からは、電圧VOUTの直流が出力される。 The transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is magnetically connected to the transformer primary winding 9a by a transformer core 9c. Therefore, an alternating current corresponding to a change in voltage applied to the transformer primary winding 9a is generated in the transformer secondary winding 9b. One terminal of the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is connected to the anode terminal of the first diode 10a. The other terminal of the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is connected to the anode terminal of the second diode 10b. The cathode terminal of the first diode 10 a and the cathode terminal of the second diode 10 b are connected to each other and further connected to one terminal (input side) of the inductance 13. The other terminal (output side) of the inductance 13 is connected to one terminal of the output smoothing capacitor 7, and the other terminal of the output smoothing capacitor 7 is connected to the anode terminal of the second diode 10b. . A direct current of the voltage V OUT is output from both ends of the output smoothing capacitor 7.

図1は、本実施の形態におけるスイッチング電源装置100の構造を模式的に示す斜視図である。又、図2は、図1に示したスイッチング電源装置100の構造を模式的に示す側面図である。更に、図3は、図1及び図2で示したスイッチング電源装置100のトランス9の内部構成を模式的に示した断面図であり、図3(a)はトランス9を構成するトランス用コア9cのX方向の垂直断面を模式的に示した断面図、図3(b)はトランス9を構成するトランス用コア9cのY方向の水平断面を模式的に示した断面図である。尚、X軸方向及びY軸方向を図1に示すように定義する。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of the switching power supply device 100 according to the present embodiment. FIG. 2 is a side view schematically showing the structure of the switching power supply apparatus 100 shown in FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the internal configuration of the transformer 9 of the switching power supply apparatus 100 shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 3A is a transformer core 9 c constituting the transformer 9. FIG. 3B is a cross-sectional view schematically showing a horizontal cross-section in the Y direction of the transformer core 9c constituting the transformer 9. FIG. The X-axis direction and the Y-axis direction are defined as shown in FIG.

図1及び図2に示すように、本実施の形態におけるスイッチング電源装置100では、接続端子4a〜4dを有する多層プリント基板2と、インダクタンス13と、出力平滑コンデンサ7と、制御回路17とが、接続端子5a〜5dを有するメインプリント基板1上の所定の位置に配置され、構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the switching power supply device 100 according to the present embodiment, the multilayer printed board 2 having the connection terminals 4a to 4d, the inductance 13, the output smoothing capacitor 7, and the control circuit 17 are as follows. It is arranged and configured at a predetermined position on the main printed circuit board 1 having the connection terminals 5a to 5d.

多層プリント基板2は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂とガラスクロスと配線とにより構成されている。そして、この多層プリント基板2の構成要素である図示されない配線は、多層プリント基板2に配設される複数の半導体素子等を所定の回路を形成するように電気的に接続するための複数の配線と、後述するトランス9を構成するためのトランス用一次巻線9aとトランス用二次巻線9bとで構成されている。以下、トランス9を構成するための前記トランス用一次巻線9aとトランス用二次巻線9bとについて説明する。   The multilayer printed board 2 is composed of a thermosetting resin such as an epoxy resin or a polyimide resin, a glass cloth, and wiring. A wiring (not shown) which is a component of the multilayer printed board 2 is a plurality of wirings for electrically connecting a plurality of semiconductor elements and the like disposed on the multilayer printed board 2 so as to form a predetermined circuit. And a transformer primary winding 9a and a transformer secondary winding 9b for constituting a transformer 9 to be described later. Hereinafter, the transformer primary winding 9a and the transformer secondary winding 9b for constituting the transformer 9 will be described.

図1及び図2に示すように、多層プリント基板2は、一次側インバータ領域aと、トランス巻線領域bと、二次側整流領域cとの三つの領域に区分される。そして、前記トランス用一次巻線9aとトランス用二次巻線9bとは多層プリント基板2のトランス巻線領域bの内部に形成されており、多層プリント基板2の各層に形成された渦巻き状の配線が電気絶縁部材14を介して相互に積層され、更にスルーホール11又は12によって立体的かつ電気的に接続されることによって構成されている。ここで、図3を用いて、トランス9の内部構造について更に詳細に説明する。図3(a)及び図3(b)に示すように、多層プリント基板2におけるトランス巻線領域bの所定の位置には、所定の形状の貫通孔16が形成されている。又、フェライト等の材料で構成されるトランス用コア9cが、前記貫通孔16の内部に前記トランス用コア9cの中足部9dが嵌入されるようにして、多層プリント基板2を取り囲むように配設されている。中足部9dは、ここでは矩形の短辺が円弧で構成された断面形状を有している。尚、中足部9dの断面形状は前記断面形状に限定されることはなく、例えば、円形、矩形、又は楕円形等の形状を有していても良い。一方、多層プリント基板2の前記貫通孔16の外周部には、前記の如く形成されたトランス用一次巻線9a及びトランス用二次巻線9bが配設されている。このトランス用一次巻線9a及びトランス用二次巻線9bは、貫通孔16の周囲において各々渦巻き状に配設されている。又、トランス用一次巻線9a及びトランス用二次巻線9bの各々の末端部、即ち、トランス用一次巻線9aと能動素子又は受動素子等とのここでは図示されない接続部(以下、第一接続部)と、トランス用二次巻線9bと能動素子又は受動素子等とのここでは図示されない接続部(以下、第二接続部)とは、中足部9dを介して隔離されるような配置関係となるよう位置している。そして、これらのトランス用一次巻線9a及びトランス用二次巻線9bは、トランス用コア9cの中足部9dによって磁気的に結合されている。つまり、トランス9のトランス用二次巻線9bの第二接続部には、トランス9のトランス用一次巻線9aの第一接続部に印加される電圧に応じた交流が発生することになる。以上、多層プリント基板2に構成されるトランス9は、トランス用コア9cと、トランス用一次巻線9a及びトランス用二次巻線9bと、スルーホール11及び12等とが上記のように配設され、第一接続部と第二接続部とが前記配置関係となる重要な特徴点を有して構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the multilayer printed circuit board 2 is divided into three regions: a primary side inverter region a, a transformer winding region b, and a secondary side rectification region c. The transformer primary winding 9a and the transformer secondary winding 9b are formed inside the transformer winding region b of the multilayer printed circuit board 2 and are spirally formed on each layer of the multilayer printed circuit board 2. Wirings are stacked on each other via an electrical insulating member 14 and are further connected in three dimensions and electrically through through holes 11 or 12. Here, the internal structure of the transformer 9 will be described in more detail with reference to FIG. As shown in FIGS. 3A and 3B, a through hole 16 having a predetermined shape is formed at a predetermined position of the transformer winding region b in the multilayer printed board 2. A transformer core 9c made of a material such as ferrite is arranged so as to surround the multilayer printed circuit board 2 so that the inner leg portion 9d of the transformer core 9c is inserted into the through hole 16. It is installed. Here, the middle leg portion 9d has a cross-sectional shape in which a rectangular short side is formed by an arc. In addition, the cross-sectional shape of the middle foot portion 9d is not limited to the cross-sectional shape, and may be, for example, a circular shape, a rectangular shape, or an elliptical shape. On the other hand, the transformer primary winding 9a and the transformer secondary winding 9b formed as described above are disposed on the outer peripheral portion of the through hole 16 of the multilayer printed board 2. The transformer primary winding 9 a and the transformer secondary winding 9 b are each arranged in a spiral around the through-hole 16. Further, terminal portions of each of the transformer primary winding 9a and the transformer secondary winding 9b, that is, a connection portion (hereinafter referred to as a first connection) (not shown) between the transformer primary winding 9a and an active element or a passive element or the like. The connecting portion), and the connecting portion (hereinafter referred to as the second connecting portion) of the transformer secondary winding 9b and the active element or the passive element, which are not shown here, are isolated via the middle foot portion 9d. They are positioned so as to be in an arrangement relationship. The transformer primary winding 9a and the transformer secondary winding 9b are magnetically coupled by a middle leg portion 9d of the transformer core 9c. That is, an alternating current corresponding to the voltage applied to the first connection portion of the transformer primary winding 9 a of the transformer 9 is generated at the second connection portion of the transformer secondary winding 9 b of the transformer 9. As described above, the transformer 9 configured on the multilayer printed circuit board 2 includes the transformer core 9c, the transformer primary winding 9a and the transformer secondary winding 9b, and the through holes 11 and 12 as described above. The first connection portion and the second connection portion are configured to have important feature points that are in the arrangement relationship.

一方、図1及び図2に示すように、多層プリント基板2の第一主面2a及び第二主面2bの一次側インバータ領域aには、MOSFET8a及び8b、及び入力平滑コンデンサ6a及び6bが実装されている。これらのMOSFET8a及び8b、及び入力平滑コンデンサ6a及び6bは、一次側インバータ領域aにおいて、トランス用一次巻線9aから引き出された特に図示されない接続端子の近傍に配設されている。又、多層プリント基板2の第一主面2a及び第二主面2bの二次側整流領域cには、第一のダイオード10aと第二のダイオード10bとが実装されている。これらのダイオード10a及び10bは、二次側整流領域cにおいて、トランス用二次巻線9bから引き出された特に図示されない接続端子の近傍に配設されている。そして、入力平滑コンデンサ6a及び6bと、MOSFET8a及び8bと、トランス9のトランス用一次巻線9aとが多層プリント基板2に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、インバータ回路が形成されている。又、第一のダイオード10aと、第二のダイオード10bと、トランス9のトランス用二次巻線9bとが多層プリント基板2に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、整流回路が構成されている。尚、接続端子4a及び4bは入力平滑コンデンサ6a及び6bの両端に直流を印加するための、メインプリント基板1と多層プリント基板2との接続端子である。又、接続端子4c及び4dは、後述する平滑回路に直流を印加するための、メインプリント基板1と多層プリント基板2との接続端子である。そして、多層プリント基板2にトランス9が形成され、更に上記の如く能動素子及び受動素子及び接続端子4a〜4dが配設されることによって、パワーモジュール18が構成されている。   On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, MOSFETs 8a and 8b and input smoothing capacitors 6a and 6b are mounted on the primary side inverter region a of the first main surface 2a and the second main surface 2b of the multilayer printed board 2. Has been. The MOSFETs 8a and 8b and the input smoothing capacitors 6a and 6b are arranged in the vicinity of a connection terminal (not shown) drawn from the transformer primary winding 9a in the primary-side inverter region a. A first diode 10a and a second diode 10b are mounted on the secondary side rectification region c of the first main surface 2a and the second main surface 2b of the multilayer printed board 2. These diodes 10a and 10b are disposed in the vicinity of a connection terminal (not shown) drawn from the transformer secondary winding 9b in the secondary side rectification region c. The input smoothing capacitors 6a and 6b, the MOSFETs 8a and 8b, and the transformer primary winding 9a of the transformer 9 are electrically configured so as to form a predetermined circuit by a plurality of wirings (not shown) formed on the multilayer printed board 2. An inverter circuit is formed by being connected to. The first diode 10a, the second diode 10b, and the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 form a predetermined circuit by a plurality of wirings (not shown) formed on the multilayer printed board 2. A rectifier circuit is configured by electrical connection. The connection terminals 4a and 4b are connection terminals between the main printed circuit board 1 and the multilayer printed circuit board 2 for applying a direct current to both ends of the input smoothing capacitors 6a and 6b. The connection terminals 4c and 4d are connection terminals between the main printed circuit board 1 and the multilayer printed circuit board 2 for applying a direct current to a smoothing circuit described later. Then, the transformer 9 is formed on the multilayer printed circuit board 2, and the active module, the passive element, and the connection terminals 4a to 4d are arranged as described above, whereby the power module 18 is configured.

図2に示すように、メインプリント基板1の第一主面1aには、パワーモジュール18と、インダクタンス13と、出力平滑コンデンサ7とがそれぞれ所定の位置に配設されている。又、メインプリント基板1の第二主面1bには、複数の能動素子及び受動素子によって構成される制御回路17が形成されている。そして、インダクタンス13と、出力平滑コンデンサ7とがメインプリント基板1に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、平滑回路が形成されている。尚、接続端子5a及び5bは、接続端子4a及び4bに直流を印加するために外部機器と接続する接続端子である。又、接続端子5c及び5dは、CPU等の外部素子等に直流を印加するための接続端子である。   As shown in FIG. 2, on the first main surface 1a of the main printed circuit board 1, a power module 18, an inductance 13, and an output smoothing capacitor 7 are arranged at predetermined positions. A control circuit 17 composed of a plurality of active elements and passive elements is formed on the second main surface 1 b of the main printed circuit board 1. The inductance 13 and the output smoothing capacitor 7 are electrically connected to form a predetermined circuit by a plurality of wirings (not shown) formed on the main printed circuit board 1 to form a smoothing circuit. . The connection terminals 5a and 5b are connection terminals that are connected to an external device in order to apply a direct current to the connection terminals 4a and 4b. The connection terminals 5c and 5d are connection terminals for applying a direct current to an external element such as a CPU.

尚、本実施の形態では、フォワード型コンバータ回路を用いた比較的小電流の直流を出力するためのスイッチング電源装置を示しているが、より大電流の直流を出力するためにスイッチング素子及び整流素子を更に複数個並列接続する構成にすることによって、本発明の効果がより一層高まる。以下、スイッチング素子及び整流素子をそれぞれ並列接続して構成する本実施の形態における他のスイッチング電源装置について説明する。   In the present embodiment, a switching power supply device for outputting a relatively small direct current using a forward converter circuit is shown. However, in order to output a larger direct current, a switching element and a rectifying element are used. The effect of the present invention is further enhanced by adopting a configuration in which a plurality of are connected in parallel. Hereinafter, another switching power supply device according to the present embodiment configured by connecting a switching element and a rectifying element in parallel will be described.

図6は、本発明の実施の形態1に係る他のスイッチング電源装置200の回路図である。図6に示すように、本実施の形態における他のスイッチング電源装置200は、入力平滑コンデンサ6aと、並列接続されたnチャネル型のMOSFET8a〜8dと、トランス用一次巻線9aとトランス用二次巻線9b(巻線比N:1)とトランス用コア9cとを有してなるトランス9と、並列接続された第一のダイオード10a及び10bと、並列接続された第二のダイオード10c及び10dと、インダクタンス13と、出力平滑コンデンサ7と、制御回路17とを有して構成されている。そして、それぞれの能動素子及び受動素子等が所定の回路を形成するように電気的に接続されることにより、スイッチング電源装置200が構成されている。   FIG. 6 is a circuit diagram of another switching power supply apparatus 200 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 6, another switching power supply apparatus 200 according to the present embodiment includes an input smoothing capacitor 6a, n-channel MOSFETs 8a to 8d connected in parallel, a transformer primary winding 9a, and a transformer secondary. A transformer 9 having a winding 9b (winding ratio N: 1) and a transformer core 9c, first diodes 10a and 10b connected in parallel, and second diodes 10c and 10d connected in parallel And an inductance 13, an output smoothing capacitor 7, and a control circuit 17. Then, the switching power supply device 200 is configured by electrically connecting the active elements and the passive elements so as to form a predetermined circuit.

本実施の形態における他のスイッチング電源装置200の回路図について、図6を用いて詳細に説明する。外部から印加される電圧VINの直流は、入力平滑コンデンサ6aの両端子にそれぞれ印加される。そして、入力平滑コンデンサ6aの一方の端子はトランス9のトランス用一次巻線9aの一方の端子に接続されており、更に、入力平滑コンデンサ6aの他方の端子はMOSFET8a〜8dのそれぞれのソース端子に接続されている。又トランス9のトランス用一次巻線9aの他方の端子は、MOSFET8a〜8dのそれぞれのドレイン端子に接続されている。尚、MOSFET8a〜8dのそれぞれのゲート端子は、配線101によって制御回路17に接続されている。 A circuit diagram of another switching power supply apparatus 200 in the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. The direct current of the voltage V IN applied from the outside is applied to both terminals of the input smoothing capacitor 6a. One terminal of the input smoothing capacitor 6a is connected to one terminal of the transformer primary winding 9a of the transformer 9, and the other terminal of the input smoothing capacitor 6a is connected to the source terminals of the MOSFETs 8a to 8d. It is connected. The other terminal of the transformer primary winding 9a of the transformer 9 is connected to the drain terminals of the MOSFETs 8a to 8d. The gate terminals of the MOSFETs 8 a to 8 d are connected to the control circuit 17 by the wiring 101.

トランス9のトランス用二次巻線9bは、トランス用コア9cによってトランス用一次巻線9aと磁気的に接続されている。従って、トランス用二次巻線9bには、トランス用一次巻線9aに印加される電圧の変化に応じた交流が発生する。このトランス9のトランス用二次巻線9bの一方の端子は、第一のダイオード10a及び10bのアノード端子に接続されている。又、トランス9のトランス用二次巻線9bの他方の端子は、第二のダイオード10c及び10dのアノード端子に接続されている。そして、第一のダイオード10a及び10bのカソード端子と第二のダイオード10c及び10dのカソード端子とは相互に接続され、更にインダクタンス13の一方の端子(入力側)に接続されている。このインダクタンス13の他方の端子(出力側)は出力平滑コンデンサ7の一方の端子に接続されており、この出力平滑コンデンサ7の他方の端子は、第二のダイオード10c及び10dのアノード端子と接続されている。出力平滑コンデンサ7の両端からは、電圧VOUTの直流が出力される。 The transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is magnetically connected to the transformer primary winding 9a by a transformer core 9c. Therefore, an alternating current corresponding to a change in voltage applied to the transformer primary winding 9a is generated in the transformer secondary winding 9b. One terminal of the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is connected to the anode terminals of the first diodes 10a and 10b. The other terminal of the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is connected to the anode terminals of the second diodes 10c and 10d. The cathode terminals of the first diodes 10 a and 10 b and the cathode terminals of the second diodes 10 c and 10 d are connected to each other and further connected to one terminal (input side) of the inductance 13. The other terminal (output side) of the inductance 13 is connected to one terminal of the output smoothing capacitor 7, and the other terminal of the output smoothing capacitor 7 is connected to the anode terminals of the second diodes 10c and 10d. ing. A direct current of the voltage V OUT is output from both ends of the output smoothing capacitor 7.

図5は、本実施の形態における他のスイッチング電源装置200の構造を模式的に示す斜視図である。   FIG. 5 is a perspective view schematically showing the structure of another switching power supply apparatus 200 in the present embodiment.

図5に示すように、本実施の形態における他のスイッチング電源装置200は、接続端子4a〜4dを有する多層プリント基板2と、インダクタンス13と、出力平滑コンデンサ7と、図5においては図示されない制御回路17とを、接続端子5a〜5dを有するメインプリント基板1上の所定の位置に有して構成されている。そして、そのように構成されている点では、本実施の形態で示したスイッチング電源装置100と同一の構成を有している。しかしながら、図6で示したように、本実施の形態における他のスイッチング電源装置200では、MOSFET8a〜8dと、第一のダイオード10a及び10bと、第二のダイオード10c及び10dとが、それぞれ並列に接続されるように構成されている。そのため、図5に示すスイッチング電源装置200は、多層プリント基板2上に四つのMOSFET8a〜8dと四つのダイオード10a〜10dとが実装されている点で、本実施の形態で示したスイッチング電源装置100と異なっている。尚、その他については本実施の形態におけるスイッチング電源装置100の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。   As shown in FIG. 5, another switching power supply apparatus 200 according to the present embodiment includes a multilayer printed board 2 having connection terminals 4a to 4d, an inductance 13, an output smoothing capacitor 7, and a control not shown in FIG. The circuit 17 is configured to have a predetermined position on the main printed circuit board 1 having the connection terminals 5a to 5d. And in the point comprised in that way, it has the structure same as the switching power supply device 100 shown in this Embodiment. However, as shown in FIG. 6, in another switching power supply apparatus 200 in the present embodiment, MOSFETs 8a to 8d, first diodes 10a and 10b, and second diodes 10c and 10d are respectively connected in parallel. Configured to be connected. Therefore, the switching power supply device 200 shown in FIG. 5 has the four MOSFETs 8a to 8d and the four diodes 10a to 10d mounted on the multilayer printed board 2, and thus the switching power supply device 100 shown in the present embodiment. Is different. Since the rest is the same as in the case of the switching power supply apparatus 100 in the present embodiment, a detailed description is omitted here.

次に、このように構成されたスイッチング電源装置100及びスイッチング電源装置200の動作について説明する。尚、本実施の形態で示すスイッチング電源装置100と、他のスイッチング電源装置200とでは、スイッチング素子と整流素子とがそれぞれ並列接続されているか否かの点で異なっているのみであり、スイッチング電源装置100及びスイッチング電源装置200の基本的な動作は同一である。従って、以下、本実施の形態におけるスイッチング電源装置100の動作について説明する。   Next, operations of the switching power supply apparatus 100 and the switching power supply apparatus 200 configured as described above will be described. Note that the switching power supply device 100 shown in the present embodiment and the other switching power supply device 200 differ only in whether the switching element and the rectifying element are connected in parallel. The basic operations of the device 100 and the switching power supply device 200 are the same. Therefore, the operation of the switching power supply device 100 in the present embodiment will be described below.

メインプリント基板1に設けられた接続端子5a及び5bに直流が印加されると、その直流はメインプリント基板1に形成された特に図示されない配線と接続端子4a及び4bとを通って、入力平滑コンデンサ6a及び6bの両端に印加される。そして、MOSFET8a及び8bが制御回路17から出力されるターンオン信号によりスイッチング動作を行うことによって、トランス9のトランス用一次巻線9aにはパルス状電圧が印加される。その際、トランス9のトランス用二次巻線9bには、トランス用一次巻線9aに印加されたパルス状電圧の変化に応じた交流が誘起する。トランス9のトランス用二次巻線9bの両端に発生した交流は、第一及び第二のダイオード10a〜10bによって整流されることによって直流に変換される。そして、この直流は、多層プリント基板2に設けられた接続端子4c及び4dと、メインプリント基板1に形成された特に図示されない配線とを通って、インダクタンス13と出力平滑コンデンサ7とによって構成される平滑回路に印加される。その理由は、第一及び第二のダイオード10a〜10bによって整流されることで得られる直流にはリプル(交流成分)が含まれており、このリプルを抑制するためである。このようにして平滑回路によりリプルが抑制された直流は、メインプリント基板1に設けられた接続端子5c及び5dからスイッチング電源装置100の外部へ出力される。尚、前記出力平滑コンデンサ7の両端の出力電圧は制御回路17によって常時監視されており、この制御回路17は、出力電圧を安定化すべくターンオン信号を変化させてMOSFET8a及び8bのスイッチング動作のオンオフ比を制御する。制御回路17がこのように動作することによって、スイッチング電源装置100から出力される直流の出力電圧は安定化される。   When a direct current is applied to the connection terminals 5a and 5b provided on the main printed circuit board 1, the direct current passes through a wiring (not shown) formed on the main printed circuit board 1 and the connection terminals 4a and 4b, and an input smoothing capacitor. Applied to both ends of 6a and 6b. The MOSFETs 8a and 8b perform a switching operation in response to a turn-on signal output from the control circuit 17, whereby a pulse voltage is applied to the transformer primary winding 9a. At that time, an alternating current is induced in the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 in accordance with a change in the pulse voltage applied to the transformer primary winding 9a. The alternating current generated at both ends of the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is converted into direct current by being rectified by the first and second diodes 10a to 10b. This direct current is constituted by an inductance 13 and an output smoothing capacitor 7 through connection terminals 4c and 4d provided on the multilayer printed board 2 and a wiring (not shown) formed on the main printed board 1. Applied to the smoothing circuit. The reason is that the direct current obtained by rectification by the first and second diodes 10a to 10b includes ripples (alternating current components) and suppresses the ripples. The direct current whose ripple is suppressed by the smoothing circuit in this way is output from the connection terminals 5 c and 5 d provided on the main printed circuit board 1 to the outside of the switching power supply device 100. The output voltage across the output smoothing capacitor 7 is constantly monitored by a control circuit 17, which changes the turn-on signal to stabilize the output voltage and turns on / off the switching operation of the MOSFETs 8a and 8b. To control. As the control circuit 17 operates in this way, the DC output voltage output from the switching power supply apparatus 100 is stabilized.

ここで、本実施の形態では、多層プリント基板2は、前記インバータ回路と前記整流回路とを備えかつメインプリント基板1の第一主面1aに配設されている。又、制御回路17はメインプリント基板1の第二主面1bに配設されている。そのため、制御回路17で必要とされる微細配線と、パワー部で必要とされる非微細配線との使い分けが可能になることで回路素子等の実装密度が飛躍的に向上し、スイッチング電源装置100の小型化が可能になるという効果が得られる。具体的には、体積比で約30%の小型化が可能になる。又、大電流の高周波スイッチング電流が流れる配線を短配線化することが可能になり、例えばトランス9のトランス用二次巻線9bとダイオード10a及び10bとの間の配線に発生する寄生インダクタンスを、ほぼ皆無とすることが可能になる。又、スイッチング電源装置100のスイッチング周波数が従来以上に上昇した場合でも、表皮効果等の影響を抑制することが可能になる。又、トランス用一次巻線9a及びトランス用二次巻線9bのターンオフ時のサージ電圧を抑制することが可能になる。又、大電流の高周波スイッチング電流が流れる電流経路と、制御回路を流れる小電流の電流経路とが物理的に隔離されるため、制御回路17はノイズの影響を受け難くなるという効果が得られる。より具体的には、例えば、スイッチング電源装置100の出力電圧を低電圧化する場合には、上記のノイズ低減効果により、より一層安定した出力電圧の直流を得ることが可能になる。又、スイッチング電源装置100の出力電流を大電流化する場合には、各素子間の配線パターンの短配線化により、電力損失を低減することが可能になる。又、スイッチング電源装置100の出力電圧を他の電圧に変更する場合にはパワーモジュール18のみを交換するだけでよく、従ってスイッチング電源装置100の製造性が容易になり、低コスト化が図れるという有利な効果が得られる。又、パワーモジュール18とメインプリント基板1との間の電流伝達がほぼ直流となるため、パワーモジュール18とメインプリント基板1との間の接続により発生する寄生インダクタンスに係る問題を回避することができるという効果が得られる。   Here, in the present embodiment, the multilayer printed circuit board 2 includes the inverter circuit and the rectifier circuit and is disposed on the first main surface 1 a of the main printed circuit board 1. The control circuit 17 is disposed on the second main surface 1 b of the main printed circuit board 1. Therefore, it becomes possible to selectively use the fine wiring required in the control circuit 17 and the non-fine wiring required in the power unit, thereby dramatically increasing the mounting density of circuit elements and the like, and the switching power supply device 100. The effect that the miniaturization becomes possible is acquired. Specifically, the size can be reduced by about 30% by volume. Further, it is possible to shorten the wiring through which a high-frequency high-frequency switching current flows. For example, the parasitic inductance generated in the wiring between the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 and the diodes 10a and 10b can be reduced. Almost nothing can be done. Further, even when the switching frequency of the switching power supply device 100 is increased more than before, it is possible to suppress the influence of the skin effect and the like. In addition, it is possible to suppress a surge voltage when the transformer primary winding 9a and the transformer secondary winding 9b are turned off. In addition, since the current path through which the high-frequency high-frequency switching current flows and the current path through which the small current flows through the control circuit are physically separated, the control circuit 17 is less susceptible to noise. More specifically, for example, when the output voltage of the switching power supply device 100 is lowered, it is possible to obtain a more stable DC of the output voltage due to the noise reduction effect. When the output current of the switching power supply device 100 is increased, the power loss can be reduced by shortening the wiring pattern between the elements. Further, when the output voltage of the switching power supply apparatus 100 is changed to another voltage, it is only necessary to replace the power module 18, and therefore the manufacturability of the switching power supply apparatus 100 is facilitated and the cost can be reduced. Effects can be obtained. In addition, since the current transmission between the power module 18 and the main printed circuit board 1 is substantially DC, a problem related to the parasitic inductance generated by the connection between the power module 18 and the main printed circuit board 1 can be avoided. The effect is obtained.

尚、本実施の形態におけるスイッチング電源装置100及び200ではスイッチング素子としてMOSFET8a〜8dを用いる形態を示しているが、MOSFET8a〜8dの代わりにバイポーラトランジスタ又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、IGBT)等を用いても良い。又、多層プリント基板2及びメインプリント基板1は熱硬化性樹脂とガラスクロスとを用いる構成を示したが、熱硬化性樹脂と無機質フィラーとを用いる構成としても良い。   In the switching power supply devices 100 and 200 according to the present embodiment, MOSFETs 8a to 8d are used as switching elements, but bipolar transistors or insulated gate bipolar transistors (hereinafter referred to as IGBT) are used instead of MOSFETs 8a to 8d. May be. Moreover, although the multilayer printed circuit board 2 and the main printed circuit board 1 showed the structure using a thermosetting resin and glass cloth, it is good also as a structure using a thermosetting resin and an inorganic filler.

又、本実施の形態においては主回路としてフォワード型コンバータ回路を用いる形態を示したが、図7に示すようなハーフブリッジ型コンバータ回路を用いる構成としても良い。このような構成とすることによって、トランス9のトランス用一次巻線9aとトランス用二次巻線9bとの間の漏れインダクタンスが小さくなるため、トランス用一次巻線9aに大電流が流れた場合にもサージ電圧がほとんど発生しないという利点が得られる。又、この場合には、トランス用一次巻線9aの巻き数を少なくすることができるという利点も得られる。尚、フォワード型コンバータ回路及びハーフブリッジ型コンバータ回路に限らず、その他のコンバータ回路を用いる構成としても良い。   In this embodiment, the forward converter circuit is used as the main circuit. However, a half-bridge converter circuit as shown in FIG. 7 may be used. By adopting such a configuration, the leakage inductance between the transformer primary winding 9a and the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is reduced, so that a large current flows through the transformer primary winding 9a. In addition, there is an advantage that almost no surge voltage is generated. In this case, there is also an advantage that the number of turns of the transformer primary winding 9a can be reduced. In addition, it is good also as a structure which uses not only a forward type converter circuit and a half bridge type converter circuit but another converter circuit.

又、本実施の形態においては一枚のメインプリント基板1上に一組のパワーモジュール18及び平滑回路を配設する構成としているが、図8に示すように一枚のメインプリント基板1上に二組のパワーモジュール18及び平滑回路を有するスイッチング電源装置300のような構成としても良い。又、特に図示しないが、二組のパワーモジュール18を一体化させ、一組のパワーモジュールとしてメインプリント基板1上に配設する構成としても良い。つまり、本発明の効果は、メインプリント基板1上に搭載するパワーモジュール18の数や形成する回路の数に関係無く、様々な実施形態において同様に得られる。   Further, in the present embodiment, a set of power modules 18 and a smoothing circuit are arranged on one main printed circuit board 1. However, as shown in FIG. It is good also as a structure like the switching power supply device 300 which has two sets of power modules 18 and a smoothing circuit. In addition, although not particularly illustrated, two sets of power modules 18 may be integrated and disposed on the main printed circuit board 1 as a set of power modules. That is, the effects of the present invention can be obtained in the same manner in various embodiments regardless of the number of power modules 18 mounted on the main printed circuit board 1 and the number of circuits to be formed.

一方、本実施の形態において、MOSFET8a及び8bのスイッチングスピードを高速化することにより、スイッチング時に発生する電力損失(スイッチング損失)を低減化することが可能である。この場合、MOSFET8a及び8bのスイッチングスピードを高速化するためには、MOSFET8a及び8bと、それらMOSFET8a及び8bをスイッチング動作させるための駆動部とを電気的に接続する配線に存在する寄生インダクタンスを低減させる必要がある。即ち、寄生インダクタンスを低減することにより配線における電流抑制作用を低減することが可能になるので、高速のスイッチングが可能になり、スイッチング損失を低減することが可能になる。   On the other hand, in this embodiment, it is possible to reduce the power loss (switching loss) generated at the time of switching by increasing the switching speed of the MOSFETs 8a and 8b. In this case, in order to increase the switching speed of the MOSFETs 8a and 8b, the parasitic inductance existing in the wiring that electrically connects the MOSFETs 8a and 8b and the driving unit for switching the MOSFETs 8a and 8b is reduced. There is a need. That is, by reducing the parasitic inductance, it is possible to reduce the current suppressing action in the wiring, so that high-speed switching is possible and switching loss can be reduced.

以下、スイッチング損失を低減化するために好適な構成を備えるスイッチング電源装置の実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of a switching power supply device having a suitable configuration for reducing switching loss will be described.

図9は、本実施の形態に係る駆動部をスイッチング回路の近傍に配置したスイッチング電源装置の構成を模式的に示した構成図であり、図9(a)は上面図、図9(b)は側面図、図9(c)は下面図である。   FIG. 9 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the switching power supply device in which the drive unit according to the present embodiment is arranged in the vicinity of the switching circuit. FIG. 9A is a top view, and FIG. Is a side view, and FIG. 9C is a bottom view.

図9(a)及び図9(b)に示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置400は、入力平滑コンデンサ6a及び6bとMOSFET8a及び8bとトランス9とダイオード10a及び10bとを有する多層プリント基板2と、インダクタンス13と、出力平滑コンデンサ7と、図9(b)では図示されない制御回路とを、接続端子5a〜5dを有するメインプリント基板1上の所定の位置に有して構成されている。即ち、本実施の形態に係るスイッチング電源装置400は、図4で示した回路構成と同様の回路構成を有しており、かつ図2で示したMOSFET8b及びダイオード10bが多層プリント基板2の第一主面2a上に配設された構成を有している。そして、図9(b)及び図9(c)で示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置400では、メインプリント基板1の第二主面1b上の、多層プリント基板2の厚み方向におけるMOSFET8a及び8bと対向する位置に、MOSFET8a及び8bをスイッチング動作させるための駆動部21a及び21bが配設されている。つまり、駆動部21a及び21bが、メインプリント基板1の第二主面1b上において、MOSFET8a及び8bに対して実質的に最短距離となる位置に配設されている。又、図9(a)〜図9(c)に示す実施形態において、MOSFET8a及び8bと駆動部21a及び21bとが、ここでは図示しないメインプリント基板1内のスルーホールと、導線等の配線25aと、ここでは図示しない多層プリント基板2内のスルーホールとを介して、相互に電気的に接続されている。即ち、MOSFET8a及び8bと駆動部21a及び21bとが実質的に最短距離の配線によって相互に接続されている。このような点において、本実施の形態で示したスイッチング電源装置100の構成と、スイッチング電源装置400の構成とが異なっている。尚、その他については本実施の形態におけるスイッチング電源装置100の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。   As shown in FIGS. 9A and 9B, the switching power supply device 400 according to the present embodiment includes a multi-layer having input smoothing capacitors 6a and 6b, MOSFETs 8a and 8b, a transformer 9, and diodes 10a and 10b. The printed circuit board 2, the inductance 13, the output smoothing capacitor 7, and a control circuit not shown in FIG. 9B are provided at predetermined positions on the main printed circuit board 1 having the connection terminals 5 a to 5 d. ing. That is, the switching power supply device 400 according to the present embodiment has a circuit configuration similar to the circuit configuration shown in FIG. 4, and the MOSFET 8b and the diode 10b shown in FIG. It has the structure arrange | positioned on the main surface 2a. 9B and 9C, in the switching power supply device 400 according to the present embodiment, the thickness direction of the multilayer printed circuit board 2 on the second main surface 1b of the main printed circuit board 1 Driving portions 21a and 21b for switching the MOSFETs 8a and 8b are disposed at positions facing the MOSFETs 8a and 8b. That is, the drive units 21 a and 21 b are disposed on the second main surface 1 b of the main printed circuit board 1 at a position that is substantially the shortest distance from the MOSFETs 8 a and 8 b. Further, in the embodiment shown in FIGS. 9A to 9C, the MOSFETs 8a and 8b and the drive units 21a and 21b are connected to a through hole in the main printed board 1 (not shown here) and a wiring 25a such as a conducting wire. Are electrically connected to each other through a through hole in the multilayer printed board 2 (not shown). That is, the MOSFETs 8a and 8b and the drive units 21a and 21b are connected to each other by the wiring having the shortest distance. In this respect, the configuration of the switching power supply device 100 shown in the present embodiment is different from the configuration of the switching power supply device 400. Since the rest is the same as in the case of the switching power supply apparatus 100 in the present embodiment, a detailed description is omitted here.

本実施の形態において、駆動部21a及び21bは、図2で示した制御回路17内に構成されている。   In the present embodiment, the drive units 21a and 21b are configured in the control circuit 17 shown in FIG.

図10は、図9で示したスイッチング電源装置における制御回路の内部構成を模式的に示したブロック図である。   FIG. 10 is a block diagram schematically showing the internal configuration of the control circuit in the switching power supply device shown in FIG.

図10に示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置400が備える制御回路17は、基準電圧Vstd.と出力電圧VOUTとの電圧差を増幅するエラーアンプ22と、このエラーアンプ22から出力される出力信号に応じてPWM信号を出力するPWM信号発生部23と、このPWM信号発生部23から出力される出力信号に応じてMOSFET8a及び8bをスイッチング動作させるためのゲート信号を出力する駆動部24(図9では、駆動部21a及び21bに相当)を備えている。ここで、駆動部24は、NPN型トランジスタ及びPNP型トランジスタがプッシュプル接続された構成を有している。そして、図4に示した出力平滑コンデンサ7の両端子に接続する配線104が、エラーアンプ22の入力端子に接続されている。この場合、エラーアンプ22の一方の端子には、基準電圧Vstd.が更に印加されている。又、エラーアンプ22とPWM信号発生部23とが、PWM信号発生部23と駆動部24(駆動部24における各トランジスタのベース端子)とが、それぞれ接続されている。又、駆動部24(駆動部24における各トランジスタのエミッタ端子)とMOSFET8a及び8bのゲート端子とが、配線101によって接続されている。 As shown in FIG. 10, the control circuit 17 included in the switching power supply apparatus 400 according to the present embodiment includes an error amplifier 22 that amplifies the voltage difference between the reference voltage V std. And the output voltage V OUT, and the error amplifier 22. A PWM signal generator 23 that outputs a PWM signal according to the output signal output from the output signal, and a gate signal for switching the MOSFETs 8a and 8b according to the output signal output from the PWM signal generator 23. The drive unit 24 (corresponding to the drive units 21a and 21b in FIG. 9) is provided. Here, the drive unit 24 has a configuration in which an NPN transistor and a PNP transistor are push-pull connected. A wiring 104 connected to both terminals of the output smoothing capacitor 7 shown in FIG. 4 is connected to the input terminal of the error amplifier 22. In this case, the reference voltage V std. Is further applied to one terminal of the error amplifier 22. Further, the error amplifier 22 and the PWM signal generation unit 23 are connected to the PWM signal generation unit 23 and the drive unit 24 (the base terminal of each transistor in the drive unit 24). Further, the drive unit 24 (the emitter terminal of each transistor in the drive unit 24) and the gate terminals of the MOSFETs 8a and 8b are connected by the wiring 101.

図10に示すように構成された制御回路17では、配線104を介して印加されるスイッチング電源装置400の出力電圧がエラーアンプ22に印加されると、その印加された電圧と基準電圧Vstd.との電圧差が増幅されて、エラー信号として出力される。すると、PWM信号発生部23からは、入力されるエラー信号に応じてデューティ比が制御されたPWM信号が出力される。駆動部24は、このPWM信号発生部23が出力するPWM信号を所定の増幅率で増幅する。この増幅されたPWM信号は、配線101を介して、MOSFET8a及び8bのゲート端子に印加される。これにより、MOSFET8a及び8bは、スイッチング電源装置400の出力電圧を安定化させるべく、スイッチング動作を行う。 In the control circuit 17 configured as shown in FIG. 10, when the output voltage of the switching power supply device 400 applied via the wiring 104 is applied to the error amplifier 22, the applied voltage and the reference voltage V std. Is amplified and output as an error signal. Then, the PWM signal generator 23 outputs a PWM signal whose duty ratio is controlled according to the input error signal. The drive unit 24 amplifies the PWM signal output from the PWM signal generation unit 23 with a predetermined amplification factor. The amplified PWM signal is applied to the gate terminals of the MOSFETs 8a and 8b via the wiring 101. As a result, the MOSFETs 8a and 8b perform a switching operation in order to stabilize the output voltage of the switching power supply device 400.

このような構成を有するスイッチング電源装置400では、MOSFET8a及び8bと駆動部21a及び21bとが最短距離となるように配置され、かつ最短距離の配線で接続されているので、MOSFET8a及び8bと駆動部21a及び21bとを電気的に接続する配線に存在する寄生インダクタンスを低減化することが可能になる。そして、これにより配線における電流抑制作用を低減化することが可能になるので、MOSFET8a及び8bの高速スイッチング動作が可能になり、図19に示した従来の2次元状に電子部品等が配置されるスイッチング電源装置1000の場合と比して、スイッチング素子におけるスイッチング損失を低減化することが可能になる。   In the switching power supply device 400 having such a configuration, the MOSFETs 8a and 8b and the drive units 21a and 21b are arranged so as to have the shortest distance and are connected by the shortest distance wiring, so that the MOSFETs 8a and 8b and the drive unit are connected. It is possible to reduce the parasitic inductance existing in the wiring that electrically connects 21a and 21b. This makes it possible to reduce the current suppressing action in the wiring, so that high-speed switching operation of the MOSFETs 8a and 8b is possible, and the electronic components and the like are arranged in the conventional two-dimensional form shown in FIG. Compared with the case of the switching power supply apparatus 1000, the switching loss in the switching element can be reduced.

(実施の形態2)
図11は、本発明の実施の形態2におけるスイッチング電源装置500の構造を模式的に示す斜視図である。又、図12は、図11に示したスイッチング電源装置500の構造を模式的に示す側面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a perspective view schematically showing the structure of switching power supply device 500 according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 12 is a side view schematically showing the structure of the switching power supply device 500 shown in FIG.

本実施の形態で示すスイッチング電源装置500の回路図は、実施の形態1で示したスイッチング電源装置100の回路図と同一である。従って、ここでは、本実施の形態におけるスイッチング電源装置500の回路図及び動作に係る説明は省略する。しかしながら、本実施の形態におけるスイッチング電源装置500の構成は、実施の形態1におけるスイッチング電源装置100と比して、インダクタンス13の形態及び配設位置と、出力平滑コンデンサ7の配設位置が、それぞれ異なっている。従って、本実施の形態で示すスイッチング電源装置500の構造について、実施の形態1で示したスイッチング電源装置100と比較しながら以下に説明する。   The circuit diagram of the switching power supply device 500 shown in the present embodiment is the same as the circuit diagram of the switching power supply device 100 shown in the first embodiment. Therefore, a description of the circuit diagram and operation of the switching power supply device 500 in this embodiment is omitted here. However, the configuration of the switching power supply device 500 in the present embodiment is different from the switching power supply device 100 in the first embodiment in that the form and arrangement position of the inductance 13 and the arrangement position of the output smoothing capacitor 7 are respectively Is different. Therefore, the structure of the switching power supply device 500 shown in the present embodiment will be described below in comparison with the switching power supply device 100 shown in the first embodiment.

図11及び図12に示すように、本実施の形態におけるスイッチング電源装置500は、接続端子4a〜4dを有する多層プリント基板2と、制御回路17とを、接続端子5a〜5dを有するメインプリント基板1上の所定の位置に有して構成されている。そして、多層プリント基板2にはインダクタンス13が形成されている。又、出力平滑コンデンサ7は、多層プリント基板2上の所定の位置に配設されている。   As shown in FIGS. 11 and 12, a switching power supply device 500 according to the present embodiment includes a multilayer printed board 2 having connection terminals 4a to 4d, a control circuit 17, and a main printed board having connection terminals 5a to 5d. 1 at a predetermined position. An inductance 13 is formed on the multilayer printed board 2. The output smoothing capacitor 7 is disposed at a predetermined position on the multilayer printed board 2.

多層プリント基板2は、一次側インバータ領域aと、トランス巻線領域bと、二次側整流領域cと、二次側平滑領域dとの四つの領域に区分される。そして、インダクタンス13を構成するためのインダクタンス用巻線13aが、多層プリント基板2の二次側平滑領域dの内部に形成されている。このインダクタンス用巻線13aは、例えば、多層プリント基板2の各層に形成された渦巻き状の配線が電気絶縁部材14を介して相互に積層され、更に、特に図示されないスルーホールによって立体的かつ電気的に接続されることによって構成されている。そして、実施の形態1で示したトランス9の場合と同様にしてフェライト等の材料で構成されるインダクタンス用コア13bが多層プリント基板2に配設されることによって、インダクタンス13が形成されている。   The multilayer printed circuit board 2 is divided into four regions: a primary inverter region a, a transformer winding region b, a secondary rectification region c, and a secondary smoothing region d. An inductance winding 13 a for forming the inductance 13 is formed inside the secondary side smooth region d of the multilayer printed board 2. The inductance winding 13a includes, for example, spiral wirings formed on each layer of the multilayer printed circuit board 2 through an electrical insulating member 14, and is further three-dimensionally and electrically formed by through holes not shown. It is constituted by being connected to. The inductance 13 is formed by disposing the inductance core 13b made of a material such as ferrite on the multilayer printed board 2 as in the case of the transformer 9 shown in the first embodiment.

一方、多層プリント基板2の第一主面2a及び第二主面2bの一次側インバータ領域aには、MOSFET8a及び8b、及び入力平滑コンデンサ6a及び6bが実装されている。これらのMOSFET8a及び8b、及び入力平滑コンデンサ6a及び6bは、一次側インバータ領域aにおいて、トランス用一次巻線9aから引き出された特に図示されない接続端子の近傍に配設されている。又、多層プリント基板2の第一主面2a及び第二主面2bの二次側整流領域cには、第一のダイオード10aと第二のダイオード10bとが実装されている。これらのダイオード10a〜10bは、二次側整流領域cにおいて、トランス用二次巻線9bから引き出された特に図示されない接続端子の近傍に配設されている。又、多層プリント基板2の第一主面2aの二次側平滑領域dには、インダクタンス13と出力平滑コンデンサ7とが配設されている。そして、入力平滑コンデンサ6a及び6bと、MOSFET8a及び8bと、トランス9のトランス用一次巻線9aとが多層プリント基板2に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、インバータ回路が形成されている。又、第一のダイオード10aと、第二のダイオード10bと、トランス9のトランス用二次巻線9bとが多層プリント基板2に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、整流回路が構成されている。更に、インダクタンス13と出力平滑コンデンサ7とが多層プリント基板2に形成された特に図示されない複数の配線によって所定の回路を構成するよう電気的に接続されることによって、平滑回路が構成されている。尚、接続端子4a及び4bは、入力平滑コンデンサ6a及び6bの両端に直流を印加するための、メインプリント基板1と多層プリント基板2との接続端子である。又、接続端子4c及び4dは、メインプリント基板の接続端子5c及び5dに出力平滑コンデンサ7の出力を印加するための、メインプリント基板1と多層プリント基板2との接続端子である。尚、多層プリント基板2にトランス9及びインダクタンス13が形成され、更に上記の如く能動素子及び受動素子及び接続端子4a〜4dが配設されることによって、パワーモジュール18が構成されている。   On the other hand, MOSFETs 8a and 8b and input smoothing capacitors 6a and 6b are mounted on the primary-side inverter region a of the first main surface 2a and the second main surface 2b of the multilayer printed board 2. The MOSFETs 8a and 8b and the input smoothing capacitors 6a and 6b are arranged in the vicinity of a connection terminal (not shown) drawn from the transformer primary winding 9a in the primary-side inverter region a. A first diode 10a and a second diode 10b are mounted on the secondary side rectification region c of the first main surface 2a and the second main surface 2b of the multilayer printed board 2. These diodes 10a to 10b are arranged in the vicinity of a connection terminal (not shown) drawn from the transformer secondary winding 9b in the secondary rectification region c. An inductance 13 and an output smoothing capacitor 7 are disposed in the secondary smoothing region d of the first main surface 2a of the multilayer printed board 2. The input smoothing capacitors 6a and 6b, the MOSFETs 8a and 8b, and the transformer primary winding 9a of the transformer 9 are electrically configured so as to form a predetermined circuit by a plurality of wirings (not shown) formed on the multilayer printed board 2. An inverter circuit is formed by being connected to. The first diode 10a, the second diode 10b, and the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 form a predetermined circuit by a plurality of wirings (not shown) formed on the multilayer printed board 2. A rectifier circuit is configured by electrical connection. Further, the inductance 13 and the output smoothing capacitor 7 are electrically connected to form a predetermined circuit by a plurality of wirings (not shown) formed on the multilayer printed circuit board 2, thereby forming a smoothing circuit. The connection terminals 4a and 4b are connection terminals between the main printed circuit board 1 and the multilayer printed circuit board 2 for applying a direct current to both ends of the input smoothing capacitors 6a and 6b. The connection terminals 4c and 4d are connection terminals for the main printed circuit board 1 and the multilayer printed circuit board 2 for applying the output of the output smoothing capacitor 7 to the connection terminals 5c and 5d of the main printed circuit board. The power module 18 is configured by forming the transformer 9 and the inductance 13 on the multilayer printed circuit board 2 and further arranging the active elements and the passive elements and the connection terminals 4a to 4d as described above.

図12に示すように、メインプリント基板1の第一主面1aには、パワーモジュール18が配設されている。又、メインプリント基板1の第二主面1bには、複数の能動素子及び受動素子によって構成される制御回路17が形成されている。尚、接続端子5a及び5bは、接続端子4a及び4bに直流を印加するために外部機器と接続する接続端子である。又、接続端子5c及び5dは、CPU等の外部素子等に直流を印加するための接続端子である。   As shown in FIG. 12, a power module 18 is disposed on the first main surface 1 a of the main printed circuit board 1. A control circuit 17 composed of a plurality of active elements and passive elements is formed on the second main surface 1 b of the main printed circuit board 1. The connection terminals 5a and 5b are connection terminals that are connected to an external device in order to apply a direct current to the connection terminals 4a and 4b. The connection terminals 5c and 5d are connection terminals for applying a direct current to an external element such as a CPU.

このように構成されたスイッチング電源装置500でも、実施の形態1で示したスイッチング電源装置100と同様に動作すると共に、同様の効果を得ることが可能である。尚、その他については、実施の形態1と同様である。   The switching power supply device 500 configured as described above operates in the same manner as the switching power supply device 100 shown in the first embodiment, and can obtain the same effects. Others are the same as in the first embodiment.

(実施の形態3)
図13は、本発明の実施の形態3に係るスイッチング電源装置の回路図である。図13に示すように、本実施の形態で示すスイッチング電源装置は、入力平滑コンデンサ6a及び6bと、nチャネル型のMOSFET8a及びMOSFET8bと、トランス用一次巻線9aとトランス用二次巻線9b(巻線比N:1)とトランス用コア9cとを有してなるトランス9と、第一の整流素子として機能するMOSFET8cと、第二の整流素子として機能するMOSFET8dと、インダクタンス13と、出力平滑コンデンサ7と、制御回路17とを有して構成されている。そして、それぞれの能動素子及び受動素子等が所定の回路を形成するように電気的に接続されることにより、スイッチング電源装置が構成されている。
(Embodiment 3)
FIG. 13 is a circuit diagram of a switching power supply apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 13, the switching power supply shown in this embodiment includes input smoothing capacitors 6a and 6b, n-channel MOSFETs 8a and 8b, a transformer primary winding 9a, and a transformer secondary winding 9b ( A transformer 9 having a winding ratio N: 1) and a transformer core 9c, a MOSFET 8c functioning as a first rectifying element, a MOSFET 8d functioning as a second rectifying element, an inductance 13, and output smoothing The capacitor 7 and the control circuit 17 are included. Each active element and passive element are electrically connected so as to form a predetermined circuit, whereby a switching power supply device is configured.

本実施の形態に示すスイッチング電源装置の回路図について、図13を用いて詳細に説明する。外部から印加される電圧VINの直流は、入力平滑コンデンサ6a及び6bの両端子にそれぞれ印加される。そして、入力平滑コンデンサ6a及び6bのそれぞれの一方の端子はトランス9のトランス用一次巻線9aの一方の端子に接続されており、更に、入力平滑コンデンサ6a及び6bのそれぞれの他方の端子はMOSFET8a及び8bのソース端子に接続されている。又、トランス9の一次巻線9aの他方の端子は、MOSFET8a及びMOSFET8bのドレイン端子に接続されている。尚、MOSFET8a及びMOSFET8bのゲート端子は、配線101によって制御回路17に接続されている。 A circuit diagram of the switching power supply device described in this embodiment will be described in detail with reference to FIG. The direct current of the voltage V IN applied from the outside is applied to both terminals of the input smoothing capacitors 6a and 6b. One terminal of each of the input smoothing capacitors 6a and 6b is connected to one terminal of the transformer primary winding 9a of the transformer 9, and the other terminal of each of the input smoothing capacitors 6a and 6b is the MOSFET 8a. And 8b are connected to the source terminals. The other terminal of the primary winding 9a of the transformer 9 is connected to the drain terminals of the MOSFET 8a and the MOSFET 8b. Note that the gate terminals of the MOSFET 8 a and the MOSFET 8 b are connected to the control circuit 17 by the wiring 101.

トランス9のトランス用二次巻線9bは、トランス用コア9cによってトランス用一次巻線9aと磁気的に接続されている。従って、トランス用二次巻線9bには、トランス用一次巻線9aに印加される電圧の変化に応じた交流が発生する。このトランス9のトランス用二次巻線9bの一方の端子は、MOSFET8cのソース端子に接続されている。又、トランス9のトランス用二次巻線9bの他方の端子は、MOSFET8dのソース端子に接続されている。そして、MOSFET8cのドレイン端子とMOSFET8dのドレイン端子とは相互に接続され、更にインダクタンス13の一方の端子(入力側)に接続されている。このインダクタンス13の他方の端子(出力側)は出力平滑コンデンサ7の一方の端子に接続されており、この出力平滑コンデンサ7の他方の端子は、MOSFET8dのソース端子と接続されている。出力平滑コンデンサ7の両端からは、電圧VOUTの直流が出力される。尚、MOSFET8c及びMOSFET8dのゲート端子は、配線102及び配線103によって制御回路17に接続されている。 The transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is magnetically connected to the transformer primary winding 9a by a transformer core 9c. Therefore, an alternating current corresponding to a change in voltage applied to the transformer primary winding 9a is generated in the transformer secondary winding 9b. One terminal of the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is connected to the source terminal of the MOSFET 8c. The other terminal of the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is connected to the source terminal of the MOSFET 8d. The drain terminal of the MOSFET 8c and the drain terminal of the MOSFET 8d are connected to each other and further connected to one terminal (input side) of the inductance 13. The other terminal (output side) of the inductance 13 is connected to one terminal of the output smoothing capacitor 7, and the other terminal of the output smoothing capacitor 7 is connected to the source terminal of the MOSFET 8d. A direct current of the voltage V OUT is output from both ends of the output smoothing capacitor 7. The gate terminals of the MOSFET 8 c and the MOSFET 8 d are connected to the control circuit 17 by the wiring 102 and the wiring 103.

本実施の形態におけるスイッチング電源装置の構成は、実施の形態1で示したスイッチング電源装置100におけるダイオード10a及び10bをMOSFET8c及びMOSFET8dに置き換えた点で異なっている。しかしながら、実施の形態1で示したスイッチング電源装置100と、本実施の形態で示すスイッチング電源装置とは、外観上において実質的に同一である。従って、本実施の形態におけるスイッチング電源装置の構造に係る説明は省略する。尚、実施の形態1で示したスイッチング電源装置100と、本実施の形態で示すスイッチング電源装置とは、その動作において大きく異なっている。従って、本実施の形態で示すスイッチング電源装置の動作について、以下に、実施の形態1で示したスイッチング電源装置100と比較しながら説明する。   The configuration of the switching power supply device in the present embodiment is different in that the diodes 10a and 10b in the switching power supply device 100 shown in the first embodiment are replaced with MOSFET 8c and MOSFET 8d. However, the switching power supply device 100 shown in the first embodiment and the switching power supply device shown in the present embodiment are substantially the same in appearance. Therefore, the description relating to the structure of the switching power supply device in this embodiment is omitted. The switching power supply device 100 shown in the first embodiment and the switching power supply device shown in the present embodiment are greatly different in operation. Therefore, the operation of the switching power supply device shown in the present embodiment will be described below in comparison with the switching power supply device 100 shown in the first embodiment.

入力平滑コンデンサ6a及び6bの両端に印加された直流は、制御回路17から出力されるターンオン信号によりMOSFET8a及びMOSFET8bがスイッチング動作を行うことによって断続される。その結果、トランス9のトランス用一次巻線9aにはパルス状電圧が印加される。その際、トランス9のトランス用二次巻線9bには、トランス用一次巻線9aに印加されたパルス状電圧の変化に応じた交流が誘起する。トランス9のトランス用二次巻線9bの両端に発生した交流は、整流素子として機能するMOSFET8c及びMOSFET8dによって、リプルを含む直流に整流される。そして、インダクタンス13及び出力平滑コンデンサ7で構成される平滑回路によりリプルが除去された直流は、スイッチング電源装置から電圧VOUTで出力される。尚、出力平滑コンデンサ7の両端の出力電圧は制御回路17によって常時監視されており、この制御回路17は、出力電圧を安定化すべくターンオン信号を変化させてMOSFET8a及びMOSFET8bのスイッチング動作のオンオフ比を制御する。尚、このターンオン信号は、前記MOSFET8c及びMOSFET8dのゲート端子にも同一位相で印加される。従って、MOSFET8c及びMOSFET8dは、このターンオン信号に応じて整流動作を行うようになる(通称、同期整流)。制御回路17がこのように動作することによって、スイッチング電源装置から出力される直流の電圧は安定化される。 The direct current applied to both ends of the input smoothing capacitors 6a and 6b is interrupted by the switching operation of the MOSFET 8a and the MOSFET 8b by the turn-on signal output from the control circuit 17. As a result, a pulse voltage is applied to the transformer primary winding 9a of the transformer 9. At that time, an alternating current is induced in the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 in accordance with a change in the pulse voltage applied to the transformer primary winding 9a. The alternating current generated at both ends of the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is rectified into direct current including ripples by the MOSFET 8c and the MOSFET 8d functioning as a rectifying element. Then, the direct current from which the ripple has been removed by the smoothing circuit including the inductance 13 and the output smoothing capacitor 7 is output from the switching power supply device at the voltage V OUT . The output voltage at both ends of the output smoothing capacitor 7 is constantly monitored by the control circuit 17, and the control circuit 17 changes the turn-on signal to stabilize the output voltage to change the on / off ratio of the switching operation of the MOSFET 8a and MOSFET 8b. Control. This turn-on signal is also applied to the gate terminals of the MOSFET 8c and MOSFET 8d in the same phase. Therefore, the MOSFET 8c and the MOSFET 8d perform a rectifying operation in response to the turn-on signal (commonly called synchronous rectification). As the control circuit 17 operates in this way, the DC voltage output from the switching power supply is stabilized.

尚、本実施の形態では整流素子としてMOSFET8c及びMOSFET8dを用いる形態を示しているが、MOSFET8c及びMOSFET8dの代わりにバイポーラトランジスタ又はIGBT等を用いても良い。又、本実施の形態で示したスイッチング電源装置においては主回路としてフォワード型コンバータ回路を用いる形態を示したが、図14に示すようなハーフブリッジ型コンバータ回路を用いる構成としても良い。このような構成とすることによって、トランス9のトランス用一次巻線9aとトランス用二次巻線9bとの間の漏れインダクタンスが小さくなるため、トランス用一次巻線9aに大電流が流れた場合にもサージ電圧がほとんど発生しないという利点が得られる。又、この場合、トランス用一次巻線9aの巻き数を少なくすることができるという利点も得られる。その他については、実施の形態1の場合と同様である。   In this embodiment, the MOSFET 8c and the MOSFET 8d are used as the rectifier elements. However, a bipolar transistor or IGBT may be used instead of the MOSFET 8c and the MOSFET 8d. In the switching power supply shown in this embodiment, the forward converter circuit is used as the main circuit. However, a half-bridge converter circuit as shown in FIG. 14 may be used. By adopting such a configuration, the leakage inductance between the transformer primary winding 9a and the transformer secondary winding 9b of the transformer 9 is reduced, so that a large current flows through the transformer primary winding 9a. In addition, there is an advantage that almost no surge voltage is generated. In this case, there is also an advantage that the number of turns of the transformer primary winding 9a can be reduced. Others are the same as those in the first embodiment.

一方、同期整流が行われるスイッチング電源装置において、図9で示したスイッチング電源装置400の場合と同様にして、パルス電圧を発生させるためのMOSFET8a及び8bにおけるスイッチング損失を抑えると共に、整流のために用いられるMOSFET8c及び8dにおけるスイッチング損失を低減化することも可能である。   On the other hand, in the switching power supply in which synchronous rectification is performed, similarly to the switching power supply 400 shown in FIG. 9, the switching loss in the MOSFETs 8a and 8b for generating the pulse voltage is suppressed and used for rectification. It is also possible to reduce the switching loss in the MOSFETs 8c and 8d.

図15は、本発明の実施の形態3に係る各駆動部をスイッチング回路及び整流回路の近傍に配置したスイッチング電源装置の構成を模式的に示した構成図であり、図15(a)は上面図、図15(b)は側面図、図15(c)は下面図である。   FIG. 15 is a configuration diagram schematically showing a configuration of a switching power supply device in which each drive unit according to Embodiment 3 of the present invention is arranged in the vicinity of the switching circuit and the rectifier circuit, and FIG. FIG. 15B is a side view, and FIG. 15C is a bottom view.

図15に示すスイッチング電源装置600と、図9に示すスイッチング電源装置400とでは、ダイオード10a及び10bで行っていた整流をMOSFET8c及び8dを用いる同期整流とする点で、その構成が異なっている。つまり、図15(a)に示すように、図9(a)で示したスイッチング電源装置400におけるダイオード10a及び10bが、スイッチング電源装置600ではMOSFET8c及び8dに置き換えられている。そして、図15(b)及び図15(c)に示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置600では、メインプリント基板1の第二主面1b上の、多層プリント基板2の厚み方向におけるMOSFET8a及び8bと対向する位置に、MOSFET8a及び8bをスイッチング動作させるための駆動部21a及び21bが配設されている。つまり、駆動部21a及び21bが、メインプリント基板1の第二主面1b上において、MOSFET8a及び8bに対して実質的に最短距離となる位置に配設されている。又、MOSFET8a及び8bと駆動部21a及び21bとが、ここでは図示しないメインプリント基板1内のスルーホールと、導線等の配線25aと、ここでは図示しない多層プリント基板2内のスルーホールとを介して、相互に電気的に接続されている。即ち、MOSFET8a及び8bと駆動部21a及び21bとが実質的に最短距離の配線によって相互に接続されている。   The switching power supply device 600 shown in FIG. 15 differs from the switching power supply device 400 shown in FIG. 9 in that the rectification performed by the diodes 10a and 10b is synchronous rectification using the MOSFETs 8c and 8d. That is, as shown in FIG. 15A, the diodes 10a and 10b in the switching power supply apparatus 400 shown in FIG. 9A are replaced with MOSFETs 8c and 8d in the switching power supply apparatus 600. As shown in FIGS. 15B and 15C, in the switching power supply device 600 according to the present embodiment, the thickness direction of the multilayer printed board 2 on the second main surface 1 b of the main printed board 1. Driving portions 21a and 21b for switching the MOSFETs 8a and 8b are disposed at positions facing the MOSFETs 8a and 8b. That is, the drive units 21 a and 21 b are disposed on the second main surface 1 b of the main printed circuit board 1 at a position that is substantially the shortest distance from the MOSFETs 8 a and 8 b. Further, the MOSFETs 8a and 8b and the drive units 21a and 21b are connected through a through hole in the main printed board 1 (not shown), a wiring 25a such as a conductive wire, and a through hole in the multilayer printed board 2 (not shown here). Are electrically connected to each other. That is, the MOSFETs 8a and 8b and the drive units 21a and 21b are connected to each other by the wiring having the shortest distance.

又、図15(b)及び図15(c)に示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置600では、メインプリント基板1の第二主面1b上の、多層プリント基板2の厚み方向におけるMOSFET8c及び8dと対向する位置に、MOSFET8c及び8dをスイッチング動作させるための駆動部21c及び21dが配設されている。即ち、駆動部21c及び21dが、メインプリント基板1の第二主面1b上において、MOSFET8c及び8dに対して実質的に最短距離となる位置に配設されている。又、MOSFET8c及び8dと駆動部21c及び21dとが、ここでは図示しないメインプリント基板1内のスルーホールと、導線等の配線25bと、ここでは図示しない多層プリント基板2内のスルーホールとを介して、相互に電気的に接続されている。即ち、MOSFET8c及び8dと駆動部21c及び21dとが実質的に最短距離の配線によって相互に接続されている。この点において、本実施の形態で示したスイッチング電源装置600の構成と、実施の形態1で示したスイッチング電源装置400の構成とが異なっている。尚、その他については本実施の形態におけるスイッチング電源装置100の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。   Further, as shown in FIGS. 15B and 15C, in the switching power supply device 600 according to the present embodiment, the thickness direction of the multilayer printed board 2 on the second main surface 1 b of the main printed board 1. Driving portions 21c and 21d for switching the MOSFETs 8c and 8d are disposed at positions facing the MOSFETs 8c and 8d in FIG. That is, the drive units 21c and 21d are disposed on the second main surface 1b of the main printed circuit board 1 at a position that is substantially the shortest distance from the MOSFETs 8c and 8d. Further, the MOSFETs 8c and 8d and the drive units 21c and 21d are connected through a through hole in the main printed board 1 (not shown), a wiring 25b such as a conductive wire, and a through hole in the multilayer printed board 2 (not shown here). Are electrically connected to each other. That is, the MOSFETs 8c and 8d and the drive units 21c and 21d are connected to each other by the wiring having the shortest distance. In this respect, the configuration of the switching power supply device 600 shown in the present embodiment is different from the configuration of the switching power supply device 400 shown in the first embodiment. Since the rest is the same as in the case of the switching power supply apparatus 100 in the present embodiment, a detailed description is omitted here.

尚、本実施の形態では、駆動部21a〜21dは何れも制御回路17内に設けられている。又、駆動部21a及び21bの構成と駆動部21c及び21dの構成とは、基本的に同様である。又、駆動部21c及び21dとMOSFET8c及び8dとは、図10、図13、及び図14に示すように、配線102及び103によって接続される。   In the present embodiment, the drive units 21 a to 21 d are all provided in the control circuit 17. The configuration of the drive units 21a and 21b and the configuration of the drive units 21c and 21d are basically the same. The drive units 21c and 21d and the MOSFETs 8c and 8d are connected by wirings 102 and 103, as shown in FIGS.

このような構成を有するスイッチング電源装置600では、MOSFET8a〜8dと駆動部21a〜21dとが最短距離となるように配置され、かつ最短距離の配線で接続されているので、MOSFET8a〜8dと駆動部21a〜21dとを電気的に接続する配線に存在する寄生インダクタンスを低減化することが可能になる。そして、これにより配線における電流抑制作用を低減化することが可能になるので、MOSFET8a〜8dの高速スイッチング動作が可能になり、スイッチング素子におけるスイッチング損失を低減化することが可能になる。   In the switching power supply device 600 having such a configuration, the MOSFETs 8a to 8d and the drive units 21a to 21d are arranged so as to have the shortest distance and are connected by the shortest distance wiring, so that the MOSFETs 8a to 8d and the drive unit are connected. It is possible to reduce the parasitic inductance existing in the wiring that electrically connects 21a to 21d. This makes it possible to reduce the current suppressing action in the wiring, so that the high-speed switching operation of the MOSFETs 8a to 8d becomes possible, and the switching loss in the switching element can be reduced.

(実施の形態4)
図16は、本発明の実施の形態4におけるスイッチング電源装置700の構造を模式的に示す側面図である。尚、本実施の形態で示すスイッチング電源装置700の回路図は、実施の形態1において図4に示したスイッチング電源装置100の回路図と同一である。従って、本実施の形態で示すスイッチング電源装置700の回路図及び動作に係る説明は省略する。又、多層プリント基板2及び図16に示す制御回路17が形成される制御回路用基板26は、実施の形態1で示したスイッチング電源装置100における多層プリント基板2及びメインプリント基板1と実質的に同様の構成を有している。従って、ここでは、多層プリント基板2及び制御回路用基板26に関する説明は省略する。
(Embodiment 4)
FIG. 16 is a side view schematically showing a structure of switching power supply device 700 according to the fourth embodiment of the present invention. The circuit diagram of switching power supply device 700 shown in the present embodiment is the same as the circuit diagram of switching power supply device 100 shown in FIG. 4 in the first embodiment. Therefore, a description of the circuit diagram and operation of the switching power supply device 700 described in this embodiment is omitted. The multilayer printed circuit board 2 and the control circuit board 26 on which the control circuit 17 shown in FIG. 16 is formed are substantially the same as the multilayer printed circuit board 2 and the main printed circuit board 1 in the switching power supply device 100 shown in the first embodiment. It has the same configuration. Therefore, the description regarding the multilayer printed circuit board 2 and the control circuit board 26 is omitted here.

図16に示すように、本実施の形態におけるスイッチング電源装置700は、放熱板19とリードフレーム基板用配線20とが電気絶縁性部材15を介して積層されてなるリードフレーム基板3(主配線基板)と、リードフレーム基板3の四隅から略鉛直方向に延出する接続端子5a,5b,5c,5d(接続端子5a及び5dは、接続端子5b及び5cの背後に存在する)と、接続端子4a,4b,4c,4d(接続端子4a及び4dは、接続端子4b及び4cの背後に存在する)を有する多層プリント基板2と、インダクタンス13と、出力平滑コンデンサ7と、制御回路17が形成された制御回路用基板26とを有して構成されている。   As shown in FIG. 16, the switching power supply 700 according to the present embodiment includes a lead frame substrate 3 (main wiring substrate) in which a heat radiating plate 19 and a lead frame substrate wiring 20 are laminated via an electrical insulating member 15. ), Connecting terminals 5a, 5b, 5c, 5d extending from the four corners of the lead frame substrate 3 (the connecting terminals 5a and 5d exist behind the connecting terminals 5b and 5c), and the connecting terminal 4a , 4b, 4c, 4d (the connection terminals 4a and 4d exist behind the connection terminals 4b and 4c), the inductance 13, the output smoothing capacitor 7, and the control circuit 17 are formed. And a control circuit board 26.

リードフレーム基板3は、所定の形状に成形されたリードフレーム基板用配線20と放熱板19とが電気絶縁性部材15を介して積層されることによって構成されている。電気絶縁性部材15は、少なくとも、熱硬化性樹脂からなる電気絶縁性樹脂と無機質フィラーとの混合物で構成されている。   The lead frame substrate 3 is configured by laminating a lead frame substrate wiring 20 and a heat radiating plate 19 formed in a predetermined shape with an electric insulating member 15 interposed therebetween. The electrically insulating member 15 is composed of at least a mixture of an electrically insulating resin made of a thermosetting resin and an inorganic filler.

ここで、電気絶縁性樹脂を構成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、弗素樹脂、ポリエステル、ポリフェニレンエーテル又はポリイミドの内の少なくとも何れか一種類であることが好ましい。その理由は、これらの熱硬化性樹脂は高温時における耐熱性及び電気絶縁性に優れており、従って物理的及び電気的特性が優れた電気絶縁性部材15を構成することが可能になるからである。特に、エポキシ系樹脂は、従来からICやLSI等の半導体集積回路における封止樹脂やプリント基板等で好適に用いられており、電気的特性に限定されず、耐薬品性、機械的性能(機械的強度)等に優れた電気絶縁性部材15を構成し得る。   Here, the thermosetting resin constituting the electrically insulating resin is preferably at least one of epoxy resin, phenol resin, cyanate resin, fluorine resin, polyester, polyphenylene ether, and polyimide. The reason for this is that these thermosetting resins are excellent in heat resistance and electrical insulation at high temperatures, and therefore, it is possible to constitute the electrical insulation member 15 having excellent physical and electrical characteristics. is there. In particular, epoxy resins have been used favorably for sealing resins and printed circuit boards in semiconductor integrated circuits such as ICs and LSIs, and are not limited to electrical characteristics, but are resistant to chemicals and mechanical performance (mechanical The electrical insulating member 15 having excellent mechanical strength can be configured.

又、無機質フィラーとしては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ボロン、窒化アルミニウム、二酸化珪素、炭化珪素又はフェライトの内の少なくとも何れか一種類であることが好ましい。その理由は、このような無機質フィラーを前記熱硬化性樹脂と混合することによって、電気絶縁性部材15の熱伝導率を飛躍的に高めることが可能になるからである。特に、無機質フィラーとして酸化マグネシウムを用いる場合には、電気絶縁性部材15の熱伝導性が非常に良好となると共に、電気委絶縁性部材15の熱膨張係数を大きくすることが可能になる。反対に、無機質フィラーとして二酸化珪素(特に、非晶質体)を用いることによって、電気絶縁性部材15の熱膨張係数及び比誘電率を小さくすることが可能になる。尚、無機質フィラーの添加量は、電気絶縁性部材15の重量に対して70〜95重量%程度であることが好ましい。尚、より一層良好な熱伝導性が要求される場合には、無機質フィラーの添加量を88重量%以上とすることが望ましい。   The inorganic filler is preferably at least one of aluminum oxide, magnesium oxide, boron nitride, aluminum nitride, silicon dioxide, silicon carbide and ferrite. The reason is that it is possible to dramatically increase the thermal conductivity of the electrical insulating member 15 by mixing such an inorganic filler with the thermosetting resin. In particular, when magnesium oxide is used as the inorganic filler, the thermal conductivity of the electrical insulating member 15 becomes very good, and the thermal expansion coefficient of the electrical insulating member 15 can be increased. On the other hand, by using silicon dioxide (particularly amorphous) as the inorganic filler, it is possible to reduce the thermal expansion coefficient and the relative dielectric constant of the electrical insulating member 15. In addition, it is preferable that the addition amount of an inorganic filler is about 70 to 95 weight% with respect to the weight of the electrically insulating member 15. In addition, when much better thermal conductivity is required, it is desirable that the amount of the inorganic filler added is 88% by weight or more.

リードフレーム基板3の第一主面3aに配設されるリードフレーム基板用配線20は、多層プリント基板2、インダクタンス13、出力平滑コンデンサ7及び制御回路17のそれぞれが所定の回路を形成するように、所定の形状に形成されている。尚、リードフレーム基板用配線20の材料としては配線材料として一般的に用いられている銅、アルミニウム等が望ましいが、特にこれらに限定されるものではない。又、リードフレーム基板3の第二主面3bに配設される放熱板19は、略平面状に形成された板状の金属板である。尚、この放熱板19の材料としては、銅、アルミニウム等の熱伝導率の比較的大きい材料が望ましいが、特にこれらに限定されるものではない。   The lead frame board wiring 20 disposed on the first main surface 3a of the lead frame board 3 is such that each of the multilayer printed board 2, the inductance 13, the output smoothing capacitor 7 and the control circuit 17 forms a predetermined circuit. , Formed in a predetermined shape. The lead frame substrate wiring 20 is preferably made of copper, aluminum or the like, which is generally used as a wiring material, but is not particularly limited thereto. The heat radiating plate 19 disposed on the second main surface 3b of the lead frame substrate 3 is a plate-shaped metal plate formed in a substantially flat shape. In addition, as a material of this heat sink 19, the material with comparatively large thermal conductivity, such as copper and aluminum, is desirable, However It does not specifically limit to these.

リードフレーム基板3の第一主面3aのリードフレーム基板用配線20上には、多層プリント基板2とインダクタンス13と出力平滑コンデンサ7とが、それぞれ所定の位置に配設されている。多層プリント基板2は、入力平滑コンデンサ6a、MOSFET8a、及びダイオード10aがリードフレーム基板3の第一主面3aに形成されたリードフレーム基板用配線20に当接するようにして、リードフレーム基板用配線20上に配設されている。そして、リードフレーム基板用配線20の四隅の所定の位置からは、それぞれ略等しい長さとされた四本の接続端子5a〜5dが、リードフレーム基板3に対して略鉛直方向に延出している。これらの接続端子5a〜5dは、リードフレーム基板3のリードフレーム基板用配線20と電気的に接続するように、リードフレーム基板用配線20上の所定の位置に固定されている。   On the lead frame substrate wiring 20 on the first main surface 3 a of the lead frame substrate 3, the multilayer printed circuit board 2, the inductance 13, and the output smoothing capacitor 7 are respectively disposed at predetermined positions. The multilayer printed circuit board 2 is configured such that the input smoothing capacitor 6 a, the MOSFET 8 a, and the diode 10 a are in contact with the lead frame board wiring 20 formed on the first main surface 3 a of the lead frame board 3. It is arranged on the top. Then, from predetermined positions at the four corners of the lead frame substrate wiring 20, four connection terminals 5 a to 5 d each having substantially the same length extend in a substantially vertical direction with respect to the lead frame substrate 3. These connection terminals 5 a to 5 d are fixed at predetermined positions on the lead frame substrate wiring 20 so as to be electrically connected to the lead frame substrate wiring 20 of the lead frame substrate 3.

一方、この接続端子5a〜5dの先端部は、制御回路用基板26の四隅の所定の位置に形成された対応するスルーホール等の孔に挿入されている。そして、接続端子5a〜5dの先端部と対応するスルーホール等とは、半田付け等の所定の固定手段によって電気的に接続されている。このように構成されることによって、接続端子5a〜5dは、制御回路用基板26を下方より支持している。   On the other hand, the front ends of the connection terminals 5 a to 5 d are inserted into holes such as corresponding through holes formed at predetermined positions at the four corners of the control circuit board 26. And the through-hole etc. which respond | correspond to the front-end | tip part of connecting terminal 5a-5d are electrically connected by predetermined fixing means, such as soldering. With this configuration, the connection terminals 5a to 5d support the control circuit board 26 from below.

このように構成されたスイッチング電源装置700でも、実施の形態1で示したスイッチング電源装置100と同様に動作すると共に、同様の効果を得ることが可能である。又、本実施の形態で示したスイッチング電源装置700では、多層プリント基板2に配設されたMOSFET8a及び8b、トランス9、ダイオード10a及び10b、及び、インダクタンス13等の、特に大電流の高周波スイッチング電流又は交流が流れる素子が熱伝導率の大きいリードフレーム基板3に当接して配設されているため、それら能動素子及び受動素子等が発熱した場合でも、その熱をスイッチング電源装置700の外部へ放出することが可能である。つまり、スイッチング電源装置700を例えば長時間に渡り動作させる場合でも、スイッチング電源装置700が安定して動作するという効果が得られる。尚、その他の点については、実施の形態1の場合と同様である。   The switching power supply apparatus 700 configured as described above operates in the same manner as the switching power supply apparatus 100 shown in the first embodiment, and can obtain the same effect. Further, in the switching power supply device 700 shown in the present embodiment, the MOSFETs 8a and 8b, the transformer 9, the diodes 10a and 10b, the inductance 13 and the like disposed on the multilayer printed board 2 are particularly high-frequency high-frequency switching currents. Alternatively, since an element through which alternating current flows is disposed in contact with the lead frame substrate 3 having a high thermal conductivity, even when these active elements and passive elements generate heat, the heat is released to the outside of the switching power supply 700. Is possible. That is, even when the switching power supply apparatus 700 is operated for a long time, for example, the effect that the switching power supply apparatus 700 operates stably can be obtained. Other points are the same as those in the first embodiment.

又、リードフレーム基板3のリードフレーム基板用配線20を利用してリードフレーム基板3と多層プリント基板2とを電気的に接続することにより、リードフレーム基板3と多層プリント基板2との電気的な接続抵抗を低減化することや、多層プリント基板2及び多層プリント基板2上に実装された電子部品等から発生する熱を効果的にリードフレーム基板3に放熱することが可能になる。   Further, by electrically connecting the lead frame substrate 3 and the multilayer printed board 2 using the lead frame substrate wiring 20 of the lead frame substrate 3, the electrical connection between the lead frame substrate 3 and the multilayer printed board 2 is achieved. It is possible to reduce the connection resistance and to effectively dissipate heat generated from the multilayer printed circuit board 2 and electronic components mounted on the multilayer printed circuit board 2 to the lead frame substrate 3.

図17は、本発明の実施の形態4における他のスイッチング電源装置の構造を模式的に示す側面図である。   FIG. 17 is a side view schematically showing the structure of another switching power supply device according to Embodiment 4 of the present invention.

図17に示すように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置800は、図16で示したスイッチング電源装置700と実質的に同様の構成を有している。しかしながら、図16で示したスイッチング電源装置700では多層プリント基板2とリードフレーム基板3とが接続端子4a〜4dによって接続されているのに対し、図17で示したスイッチング電源装置800では、多層プリント基板2とリードフレーム基板3とが、リードフレーム基板用配線20の一部分が略鉛直方向に延出するように変形された接続端子20a及び20bによって接続されている。ここで、接続端子20a及び20bと、多層プリント基板2の特に図示しない配線とは、半田付け等の接続手段によって電気的に接続されている。この点において、スイッチング電源装置700の構成とスイッチング電源装置800の構成とが異なっている。   As shown in FIG. 17, switching power supply device 800 according to the present embodiment has substantially the same configuration as switching power supply device 700 shown in FIG. 16. However, in the switching power supply 700 shown in FIG. 16, the multilayer printed circuit board 2 and the lead frame substrate 3 are connected by the connection terminals 4a to 4d, whereas in the switching power supply 800 shown in FIG. The substrate 2 and the lead frame substrate 3 are connected by connection terminals 20a and 20b which are deformed so that a part of the lead frame substrate wiring 20 extends in a substantially vertical direction. Here, the connection terminals 20a and 20b and the wiring (not shown) of the multilayer printed board 2 are electrically connected by connection means such as soldering. In this respect, the configuration of the switching power supply device 700 and the configuration of the switching power supply device 800 are different.

このように、リードフレーム基板3のリードフレーム基板用配線20の一部分を略鉛直方向に向くよう変形させて接続端子20a及び20bを形成し、この接続端子20a及び20bを用いてリードフレーム基板3と多層プリント基板2とを接続することにより、従来から用いていた接続端子4a〜4dの全部又は一部を用いる必要が無くなる。そして、リードフレーム基板3と多層プリント基板2との電気的な接続抵抗を低減化することや、多層プリント基板2及び多層プリント基板2上に実装された電子部品等から発生する熱を効果的にリードフレーム基板3に放熱することが可能になる。   In this way, a part of the lead frame substrate wiring 20 of the lead frame substrate 3 is deformed so as to be oriented substantially in the vertical direction to form the connection terminals 20a and 20b, and the lead frame substrate 3 and the connection terminals 20a and 20b are used. By connecting to the multilayer printed circuit board 2, it is not necessary to use all or part of the connection terminals 4a to 4d used conventionally. Then, the electrical connection resistance between the lead frame substrate 3 and the multilayer printed circuit board 2 is reduced, and the heat generated from the multilayer printed circuit board 2 and the electronic components mounted on the multilayer printed circuit board 2 is effectively reduced. Heat can be radiated to the lead frame substrate 3.

(実施の形態5)
図18は、本発明の実施の形態5におけるスイッチング電源装置900の構造を模式的に示す側面図である。本実施の形態で示すスイッチング電源装置900は、前記実施の形態4で示したスイッチング電源装置700と実質的に同様の構成である。しかしながら、本実施の形態におけるスイッチング電源装置900では、実施の形態4におけるスイッチング電源装置700と比して、インダクタンス13の形態及び配設位置が異なっている。尚、このインダクタンス13の形態及び配設位置については、実施の形態2で示したスイッチング電源装置500の場合と同様である。従って、ここでは詳細な説明は省略する。
(Embodiment 5)
FIG. 18 is a side view schematically showing the structure of switching power supply apparatus 900 according to Embodiment 5 of the present invention. The switching power supply device 900 shown in the present embodiment has substantially the same configuration as the switching power supply device 700 shown in the fourth embodiment. However, the switching power supply device 900 according to the present embodiment differs from the switching power supply device 700 according to the fourth embodiment in the form and arrangement position of the inductance 13. The form and arrangement position of the inductance 13 are the same as those in the switching power supply device 500 shown in the second embodiment. Therefore, detailed description is omitted here.

このように構成されたスイッチング電源装置900でも、実施の形態1で示したスイッチング電源装置100と同様に動作すると共に、同様の効果を得ることが可能である。又、本実施の形態で示したスイッチング電源装置900でも、多層プリント基板2に配設されたMOSFET8a及び8b、トランス9、ダイオード10a及び10b、及び、インダクタンス13等の、特に大電流の高周波スイッチング電流又は交流が流れる素子が熱伝導率の大きいリードフレーム基板3に当接して配設されているため、それら能動素子及び受動素子等が発熱した場合でも、その熱をスイッチング電源装置900の外部へ放出することが可能である。つまり、スイッチング電源装置900を例えば長時間に渡り動作させる場合でも、スイッチング電源装置900が安定して動作するという効果が得られる。尚、その他の点については、実施の形態1の場合と同様である。   The switching power supply device 900 configured as described above operates in the same manner as the switching power supply device 100 shown in the first embodiment, and can obtain the same effect. Also in the switching power supply device 900 shown in the present embodiment, a high-frequency switching current having a particularly large current, such as the MOSFETs 8a and 8b, the transformer 9, the diodes 10a and 10b, and the inductance 13 disposed on the multilayer printed board 2. Alternatively, since an element through which alternating current flows is disposed in contact with the lead frame substrate 3 having a high thermal conductivity, even when these active elements and passive elements generate heat, the heat is released to the outside of the switching power supply 900. Is possible. That is, even when the switching power supply 900 is operated for a long time, for example, the effect that the switching power supply 900 operates stably can be obtained. Other points are the same as those in the first embodiment.

又、本実施の形態においても、実施の形態4に係るスイッチング電源装置800の場合と同様、リードフレーム基板3のリードフレーム基板用配線20を利用してリードフレーム基板3と多層プリント基板2とを電気的に接続することにより、リードフレーム基板3と多層プリント基板2との電気的な接続抵抗を低減化することや、多層プリント基板2及び多層プリント基板2上に実装された電子部品等から発生する熱を効果的にリードフレーム基板3に放熱することが可能になる。   Also in the present embodiment, as in the case of the switching power supply device 800 according to the fourth embodiment, the lead frame substrate 3 and the multilayer printed circuit board 2 are connected using the lead frame substrate wiring 20 of the lead frame substrate 3. Electrical connection reduces electrical connection resistance between the lead frame board 3 and the multilayer printed board 2, and is generated from the multilayer printed board 2 and electronic components mounted on the multilayer printed board 2. It is possible to effectively dissipate heat to the lead frame substrate 3.

尚、以上の説明では、スイッチング電源装置についての各種例を挙げて説明したが、単なる電源装置やその他の一般的な電子装置であっても、本発明を応用することが可能である。   In the above description, various examples of the switching power supply device have been described. However, the present invention can be applied to simple power supply devices and other general electronic devices.

本発明に係るスイッチング電源装置は、電子機器の内部に設置され、低電圧大電流の直流を負荷の消費電力に関わらず一定の電圧で供給し得る高効率かつ小型のスイッチング電源装置として有用である。   The switching power supply according to the present invention is installed inside an electronic device, and is useful as a high-efficiency and small-sized switching power supply that can supply a low-voltage, large-current DC at a constant voltage regardless of the power consumption of the load. .

本発明の実施の形態1に係るスイッチング電源装置の構成を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the structure of the switching power supply device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るスイッチング電源装置の構成を模式的に示した側面図である。It is the side view which showed typically the structure of the switching power supply device concerning Embodiment 1 of this invention. 図1及び図2で示したスイッチング電源装置のトランスの内部構成を模式的に示した断面図であり、図3(a)はトランスを構成するコアのX方向の垂直断面を模式的に示した断面図、図3(b)はトランスを構成するコアのY方向の水平断面を模式的に示した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an internal configuration of a transformer of the switching power supply device shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 3A schematically shows a vertical cross section in the X direction of a core constituting the transformer. FIG. 3B is a cross-sectional view schematically showing a horizontal cross section in the Y direction of the core constituting the transformer. 本発明の実施の形態1に係るフォワード型コンバータ回路を適用したスイッチング電源装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a switching power supply device to which a forward converter circuit according to Embodiment 1 of the present invention is applied. FIG. 本発明の実施の形態1に係る他のスイッチング電源装置の構造を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the other switching power supply apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るフォワード型コンバータ回路を適用した他のスイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the other switching power supply device to which the forward type converter circuit which concerns on Embodiment 1 of this invention is applied. 本発明の実施の形態1に係るハーフブリッジ形コンバータ回路を適用したスイッチング電源装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a switching power supply device to which a half-bridge converter circuit according to a first embodiment of the present invention is applied. 本発明の実施の形態1に係る二組のパワーモジュール及び平滑回路を備えるスイッチング電源装置の構造を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the switching power supply device provided with two sets of power modules and smoothing circuits which concern on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る駆動部をスイッチング回路の近傍に配置したスイッチング電源装置の構成を模式的に示した構成図であり、図9(a)は上面図、図9(b)は側面図、図9(c)は下面図である。FIG. 9A is a configuration diagram schematically showing a configuration of a switching power supply device in which a driving unit according to Embodiment 1 of the present invention is arranged in the vicinity of a switching circuit, FIG. 9A is a top view, and FIG. A side view and FIG. 9C are bottom views. 図9で示したスイッチング電源装置における制御回路の構成を模式的に示したブロック図である。It is the block diagram which showed typically the structure of the control circuit in the switching power supply device shown in FIG. 本発明の実施の形態2におけるスイッチング電源装置の構造を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the switching power supply apparatus in Embodiment 2 of this invention. 図11に示したスイッチング電源装置の構造を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of the switching power supply device shown in FIG. 本発明の実施の形態3に係るフォワード型コンバータ回路を適用したスイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the switching power supply device to which the forward type converter circuit concerning Embodiment 3 of the present invention is applied. 本発明の実施の形態3に係るハーフブリッジ型コンバータ回路を適用したスイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the switching power supply device to which the half bridge type converter circuit concerning Embodiment 3 of the present invention is applied. 本発明の実施の形態3に係る各駆動部をスイッチング回路及び整流回路の近傍に配置したスイッチング電源装置の構成を模式的に示した構成図であり、図15(a)は上面図、図15(b)は側面図、図15(c)は下面図である。FIG. 15A is a configuration diagram schematically showing a configuration of a switching power supply device in which each drive unit according to Embodiment 3 of the present invention is arranged in the vicinity of a switching circuit and a rectifier circuit, and FIG. 15A is a top view, FIG. (B) is a side view and FIG. 15 (c) is a bottom view. 本発明の実施の形態4におけるスイッチング電源装置の構造を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of the switching power supply apparatus in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における他のスイッチング電源装置の構造を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of the other switching power supply apparatus in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5におけるスイッチング電源装置の構造を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of the switching power supply apparatus in Embodiment 5 of this invention. 従来のスイッチング電源装置の構造を模式的に示した構成図であり、図19(a)は側面図、図19(b)は上面図である。It is the block diagram which showed the structure of the conventional switching power supply device typically, Fig.19 (a) is a side view, FIG.19 (b) is a top view.

符号の説明Explanation of symbols

1 メインプリント基板(主配線基板)
1a 第一主面
1b 第二主面
2 多層プリント基板(多層配線基板)
2a 第一主面
2b 第二主面
3 リードフレーム基板
3a 第一主面
3b 第二主面
4a〜4d 接続端子
5a〜5d 接続端子
6a,6b 入力平滑コンデンサ
7 出力平滑コンデンサ
8a〜8d MOSFET
9 トランス
9a トランス用一次巻線
9b トランス用二次巻線
9c トランス用コア
9d 中足部
10a〜10d ダイオード
11〜12 スルーホール
13 インダクタンス
13a インダクタンス用巻線
13b インダクタンス用コア
14 電気絶縁性部材
15 電気絶縁性部材
16 貫通孔
17 制御回路
18 パワーモジュール
19 放熱板
20 リードフレーム基板用配線
20a,b 接続端子
21a〜d 駆動部
22 エラーアンプ
23 PWM信号発生部
24 駆動部
25a,b 配線
26 制御回路用基板
101〜104 配線
100〜1000 スイッチング電源装置
a 一次側インバータ領域
b トランス巻線領域
c 二次側整流領域
d 二次側平滑領域
U1 スイッチング制御回路
Q1〜Q2 スイッチング素子
T トランス
D1〜D2 ダイオード
C1 コンデンサ
P プリント基板
1 Main printed circuit board (main wiring board)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a 1st main surface 1b 2nd main surface 2 Multilayer printed circuit board (multilayer wiring board)
2a 1st main surface 2b 2nd main surface 3 Lead frame board 3a 1st main surface 3b 2nd main surface 4a-4d Connection terminal 5a-5d Connection terminal 6a, 6b Input smoothing capacitor 7 Output smoothing capacitor 8a-8d MOSFET
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Transformer 9a Transformer primary winding 9b Transformer secondary winding 9c Transformer core 9d Middle foot 10a-10d Diode 11-12 Through hole 13 Inductance 13a Inductance winding 13b Inductance core 14 Electrical insulating member 15 Electricity Insulating member 16 Through hole 17 Control circuit 18 Power module 19 Heat sink 20 Lead frame board wiring 20a, b Connection terminal 21a-d Drive unit 22 Error amplifier 23 PWM signal generator 24 Drive unit 25a, b Wiring 26 For control circuit Substrate 101-104 Wiring 100-1000 Switching power supply device a Primary side inverter region b Transformer winding region c Secondary side rectification region d Secondary side smoothing region U1 Switching control circuit Q1-Q2 Switching element T Transformer D1-D2 Diode C1 Capacitor P Printed circuit board

Claims (13)

直流を断続してパルス電圧を生成するスイッチング回路と、一次巻線と二次巻線とがコアで磁気的に結合されてなるトランスと、前記一次巻線と前記二次巻線とを構成する配線を備える多層配線基板と、交流を整流する整流回路と、リプルを抑制する平滑回路と、前記平滑回路の出力電圧を安定化すべく前記スイッチング回路に該スイッチング回路のオンオフ比を制御するスイッチング動作を行うためのターンオン信号を出力する制御回路とを有し、前記パルス電圧が前記一次巻線の第一接続部に印加されて前記二次巻線の第二接続部に誘起する交流を前記整流回路で整流しかつ前記平滑回路で平滑して得る直流を出力するスイッチング電源装置であって、
前記多層配線基板、少なくとも前記スイッチング回路と前記整流回路とを備えかつ主配線基板上に配設され、かつ前記主配線基板に前記制御回路が配設されている、スイッチング電源装置。
A switching circuit that intermittently generates direct current and generates a pulse voltage, a transformer in which a primary winding and a secondary winding are magnetically coupled by a core, and the primary winding and the secondary winding are configured. A multilayer wiring board having wiring; a rectifying circuit that rectifies alternating current; a smoothing circuit that suppresses ripple; and a switching operation that controls an on / off ratio of the switching circuit in the switching circuit to stabilize the output voltage of the smoothing circuit. And a control circuit that outputs a turn-on signal for performing the rectifier circuit to generate an alternating current that is applied to the first connection portion of the primary winding to induce the second connection portion of the secondary winding. A switching power supply that outputs a direct current obtained by rectifying and smoothing by the smoothing circuit,
The switching power supply device, wherein the multilayer wiring board includes at least the switching circuit and the rectifier circuit, is disposed on the main wiring board, and the control circuit is disposed on the main wiring board.
前記コアは中足部を備え、
前記中足部の短軸方向において該中足部の両側に前記トランスの前記第一接続部と前記第二接続部とが配置されている、請求項1記載のスイッチング電源装置。
The core includes a midfoot;
2. The switching power supply device according to claim 1, wherein the first connection portion and the second connection portion of the transformer are arranged on both sides of the middle foot portion in a short axis direction of the middle foot portion.
前記第一接続部側に前記スイッチング回路が、前記第二接続部側に前記整流回路が、それぞれ配設されており、前記第一接続部と前記スイッチング回路とが、及び、前記第二接続部と前記整流回路とが、それぞれ電気的に直結する部分を有し配設されている、請求項2記載のスイッチング電源装置。   The switching circuit is disposed on the first connection portion side, and the rectifier circuit is disposed on the second connection portion side, and the first connection portion and the switching circuit are disposed on the second connection portion. The switching power supply device according to claim 2, wherein the rectifier circuit and the rectifier circuit are respectively provided with a portion that is electrically connected directly. 前記多層配線基板が前記主配線基板の第一主面に配設され、前記制御回路が前記主配線基板の第二主面に配設されている、請求項1記載のスイッチング電源装置。   The switching power supply device according to claim 1, wherein the multilayer wiring board is disposed on a first main surface of the main wiring board, and the control circuit is disposed on a second main surface of the main wiring board. 前記主配線基板の第二主面には、前記制御回路のみが配設されている、請求項4記載のスイッチング電源装置。   The switching power supply device according to claim 4, wherein only the control circuit is disposed on a second main surface of the main wiring board. 前記制御回路は前記スイッチング回路から前記パルス電圧を生成させるべく駆動する駆動部を備え、
前記駆動部は、前記主配線基板上において前記スイッチング回路に対し実質的に最短距離となる位置に配設され、かつ前記スイッチング回路と実質的に最短距離の配線で接続されている、請求項1記載のスイッチング電源装置。
The control circuit includes a drive unit that drives to generate the pulse voltage from the switching circuit,
The drive unit is disposed on the main wiring board at a position that is substantially the shortest distance from the switching circuit, and is connected to the switching circuit by a wiring that has the shortest distance. The switching power supply device described.
前記制御回路は前記整流回路を前記整流するように駆動する駆動部を備え、
前記駆動部は、前記主配線基板上において前記整流回路に対し実質的に最短距離となる位置に配設され、かつ前記整流回路と実質的に最短距離の配線で接続されている、請求項1記載のスイッチング電源装置。
The control circuit includes a drive unit that drives the rectifier circuit to rectify the rectifier circuit;
The drive unit is disposed on the main wiring board at a position that is substantially the shortest distance from the rectifier circuit, and is connected to the rectifier circuit by a wire that is substantially the shortest distance. The switching power supply device described.
直流を断続してパルス電圧を生成するスイッチング回路と、一次巻線と二次巻線とがコアで磁気的に結合されてなるトランスと、前記一次巻線と前記二次巻線とを構成する配線を備える多層配線基板と、交流を整流する整流回路と、リプルを抑制する平滑回路と、前記平滑回路の出力電圧を安定化すべく前記スイッチング回路に該スイッチング回路のオンオフ比を制御するスイッチング動作を行うためのターンオン信号を出力する制御回路とを有し、前記パルス電圧が前記一次巻線の第一接続部に印加されて前記二次巻線の第二接続部に誘起する交流を前記整流回路で整流しかつ前記平滑回路で平滑して得る直流を出力するスイッチング電源装置であって、
前記スイッチング電源装置が、略二次元状に形成された配線層と放熱板とが少なくとも電気絶縁性樹脂とフィラーとを含む混合物からなる電気絶縁性部材を介して積層されてなるリードフレーム基板を有し、
前記リードフレーム基板の前記配線層上には、少なくとも前記スイッチング回路と前記整流回路とを備える前記多層配線基板が配設され、かつ前記多層配線基板とは異なる制御回路用基板に前記制御回路が配設されている、スイッチング電源装置。
A switching circuit that intermittently generates direct current and generates a pulse voltage, a transformer in which a primary winding and a secondary winding are magnetically coupled by a core, and the primary winding and the secondary winding are configured. A multilayer wiring board having wiring; a rectifying circuit that rectifies alternating current; a smoothing circuit that suppresses ripple; and a switching operation that controls an on / off ratio of the switching circuit in the switching circuit to stabilize the output voltage of the smoothing circuit. And a control circuit that outputs a turn-on signal for performing the rectifier circuit to generate an alternating current that is applied to the first connection portion of the primary winding to induce the second connection portion of the secondary winding. A switching power supply that outputs a direct current obtained by rectifying and smoothing by the smoothing circuit,
The switching power supply device includes a lead frame substrate in which a wiring layer and a heat radiating plate formed in a substantially two-dimensional shape are laminated via an electrically insulating member made of a mixture containing at least an electrically insulating resin and a filler. And
The multilayer wiring board including at least the switching circuit and the rectifier circuit is disposed on the wiring layer of the lead frame substrate , and the control circuit is disposed on a control circuit board different from the multilayer wiring board. A switching power supply device.
前記コアは中足部を備え、
前記中足部の短軸方向において該中足部の両側に前記トランスの前記第一接続部と前記第二接続部とが配置されている、請求項8記載のスイッチング電源装置。
The core includes a midfoot;
The switching power supply device according to claim 8, wherein the first connection portion and the second connection portion of the transformer are disposed on both sides of the middle foot portion in a short axis direction of the middle foot portion.
前記第一接続部側に前記スイッチング回路が、前記第二接続部側に前記整流回路が、それぞれ配設されており、前記第一接続部と前記スイッチング回路とが、及び、前記第二接続部と前記整流回路とが、それぞれ電気的に直結する部分を有し配設されている、請求項9記載のスイッチング電源装置。   The switching circuit is disposed on the first connection portion side, and the rectifier circuit is disposed on the second connection portion side, and the first connection portion and the switching circuit are disposed on the second connection portion. The switching power supply device according to claim 9, wherein the rectifier circuit and the rectifier circuit are respectively provided with a portion that is electrically directly connected. 前記多層配線基板の配線と前記リードフレーム基板の前記配線層とが、略鉛直方向に延出する前記配線層の一部分によって接続されている、請求項8記載のスイッチング電源装置。   9. The switching power supply device according to claim 8, wherein the wiring of the multilayer wiring board and the wiring layer of the lead frame board are connected by a part of the wiring layer extending in a substantially vertical direction. 前記電気絶縁性樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、弗素樹脂、ポリエステル、ポリフェニレンエーテル又はポリイミドの何れかである、請求項8記載のスイッチング電源装置。   The switching power supply device according to claim 8, wherein the electrically insulating resin is any one of an epoxy resin, a phenol resin, a cyanate resin, a fluorine resin, polyester, polyphenylene ether, or polyimide. 前記フィラーが、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ボロン、窒化アルミニウム、二酸化珪素、炭化珪素又はフェライトの何れかである、請求項8記載のスイッチング電源装置。   The switching power supply device according to claim 8, wherein the filler is any one of aluminum oxide, magnesium oxide, boron nitride, aluminum nitride, silicon dioxide, silicon carbide, or ferrite.
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