JP5270638B2 - Ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents

Description

この発明は、整流素子を用いて整流を行うＤＣ／ＤＣコンバータに関し、特に、整流素子の温度を測定する温度センサ取り付け時の組立て性を改善したＤＣ／ＤＣコンバータに関するものである。

整流素子を用いて整流を行うＤＣ／ＤＣコンバータは、整流素子から大きな熱が発生する。発熱が過大となった場合、整流素子が故障する恐れがあるため、整流素子の温度が一定の値を超えないよう、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する必要がある。

こういった問題への対策として、たとえば特許文献１では、整流素子やスイッチング素子が配置された放熱プレートに温度センサを設けることにより、整流素子の温度が一定の値を超えないよう制御する装置が提案されている。

特開２００４−２９７８８６号公報

しかしながら、特許文献１に示される温度センサは、金属製の結線部材と、結線部材から引き出されたハーネスを介して回路基板と接続される構造となっており、組立て時にハーネスと回路基板に接続する作業が必要となり、組立て性が悪く、実装時間が長くなる。

また、放熱プレートには、温度センサを取付けるための場所を確保する必要があり、装置のサイズが増大する。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、量産時の組立て時間を削減するほか、温度センサ取り付けのためのサイズの増加を抑制でき、温度センサを取付ける場所を整流素子の付近に設ける必要のない、ＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを目的とする。

この発明に係わるＤＣ／ＤＣコンバータは、整流素子と、この整流素子に接続されたバスバーと、回路基板と、この回路基板上に実装される表面実装型の温度センサとを備えたＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記表面実装型の温度センサに、前記整流素子近傍の前記バスバーを近接させ、且つ電気的に絶縁された状態で配置し、前記温度センサで前記バスバーの温度を検知することにより、前記整流素子の温度を測定するようにしたものである。

また、整流素子と、この整流素子に接続されたバスバーと、回路基板と、この回路基板上に実装される表面実装型の温度センサと、前記整流素子の放熱プレートと、この放熱プレートと前記回路基板を接続する熱伝導パスとを備えたＤＣ／ＤＣコンバータであって、スルーホールを前記回路基板と前記熱伝導パスとが接続される部分に構成し、前記回路基板の内層パターンを前記スルーホールに接続し、前記内層パターン近傍の異なる層となる回路基板表面上に前記表面実装型の温度センサを配置するようにしたものである。

この発明のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、温度センサとして、表面実装型の部品を使用することにより、他の表面実装型の部品と同時に実装できるため、温度センサを取付けるための追加の時間を削減でき、量産時の組立て時間を削減することができる。

また、小型の表面実装型の部品を使用することで、温度センサを取付けることによるＤＣ／ＤＣコンバータのサイズの増加を抑制できる。

また、熱伝導パスとして、金属製のスペーサを用いることにより、回路基板の支持部材として利用でき、部品点数の増加を抑制できる。

また、熱伝導パスとして、金属製バネ状部材を用いることにより、放熱プレートと回路基板が、上下に重なって位置する必要がなくなり、構造上の自由度を増すことができる。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

この発明の実施の形態１のＤＣ／ＤＣコンバータにおける要部の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２のＤＣ／ＤＣコンバータにおける要部の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３のＤＣ／ＤＣコンバータにおける要部の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４のＤＣ／ＤＣコンバータにおける要部の構成を示す図である。 この発明の実施の形態５のＤＣ／ＤＣコンバータにおける要部の構成を示す図である。 この発明の実施の形態６のＤＣ／ＤＣコンバータにおける要部の構成を示す図である。 この発明の実施の形態７のＤＣ／ＤＣコンバータにおける要部の構成を示す図である。

以下に、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１のＤＣ／ＤＣコンバータおける整流ダイオードと、整流ダイオードに接続されたバスバーの部分を示す側面断面図である。
図１において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、整流ダイオード１と、整流ダイオード１の放熱プレート２と、バスバー３と、回路基板４と、表面実装型の温度センサ５と、絶縁性熱伝導シート６と、筐体２０と、から構成されている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータには、図１に示した回路および素子以外にも他の回路部品、素子が備えられているが、発明の要旨と直接関係しないため、説明を省略している。

図１に示すようなＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、出力が増加すると、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する各部品の発熱も増加する。最も発熱の多い部品は、整流ダイオード１である。一方で、整流ダイオード１は一般的に使用限界温度が低い。
つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータに過大な負荷がかかった場合、初めに故障する部品は、整流ダイオード１である。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータを安定して動作させ続けるためには、整流ダイオード１の温度を監視し、一定の値を超えないよう制御する必要がある。

この実施の形態１においては、最も発熱の多い整流ダイオード１近傍のバスバー３を、回路基板４上に実装した表面実装型の温度センサ５に近接させて配置し、表面実装型の温度センサ５とバスバー３との間に、絶縁性熱伝導シート６を挟む構成としている。
バスバー３は整流ダイオード１に電気的、熱的に接続されており、整流ダイオード１の温度とほぼ等しい温度となっている。絶縁性熱伝導シート６は、バスバー３の温度を、効率的に表面実装型の温度センサ５に伝える役割がある。同時に、温度センサ５は、バスバー３などの金属製の部材に接触すると端子がショートする場合があるため、絶縁性熱伝導シート６によって、バスバー３と、温度センサ５は絶縁されている。

以上のように、この発明の実施の形態１のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、温度センサとして、表面実装型の温度センサを使用し、この温度センサに整流素子近傍のバスバーを近接して配置し、バスバーの温度を検知することにより整流素子の温度を測定するようにしているので、温度センサを他の表面実装型の部品と同時に実装できるため、従来装置のように、結線部材やハーネスの付いた温度センサを、回路基板４に取付ける必要がなくなり、温度センサを取付けるための追加の時間を削減でき、量産時の組立て時間を削減することができる。

また、結線部材や、ハーネスの付いた温度センサを取付ける場所を整流ダイオードの付近に設ける必要がないため、ＤＣ／ＤＣコンバータのサイズの増加を抑制することができる。

また、温度センサとバスバーとの間に、絶縁性熱伝導シートを挟むことにより、温度センサとバスバーの密着度が向上し、温度を正確に測定することができる。

なお、実施の形態１においては、整流素子として整流ダイオードを使用するとしたが、整流ダイオード以外の素子、例えば、同期整流用ＭＯＳＦＥＴ等の、別の整流素子を使用してもよい。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２のＤＣ／ＤＣコンバータにおける整流ダイオードと、整流ダイオードに接続されたバスバーの部分を示す側面断面図である。
図２において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、整流ダイオード１と、整流ダイオード１の放熱プレート２と、バスバー３と、回路基板４と、表面実装型の温度センサ５と、絶縁性熱伝導シート６と、トランスコア７と、トランス一次巻線８と、筐体２０と、その他から構成されている。

この実施の形態２において、バスバー３は、トランスの二次巻線を兼ねている。
絶縁性熱伝導シート６は、バスバー３（即ちトランスの二次巻線）と、トランス一次巻線８を絶縁することがひとつの目的である。同時に、絶縁性熱伝導シート６は、バスバー３と、温度センサ５を絶縁している。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、温度センサ５とバスバー３との間の絶縁性熱伝導シート６は、トランスの一次巻線８と二次巻線であるバスバー３との間にある絶縁性熱伝導シートと同一のシートから構成されているため、バスバー３の温度を、効率的に表面実装型の温度センサ５に伝えるための、新たな絶縁性熱伝導シートを使用する必要がなく、単一の絶縁性熱伝導シート６のみを配置するだけでよいため、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する部品点数が削減できるほか、コストの増加も抑制できる。

なお、実施の形態２においては、整流素子として整流ダイオードを使用するとしたが、整流ダイオード以外の素子、例えば、同期整流用ＭＯＳＦＥＴ等の、別の整流素子を使用してもよい。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３のＤＣ／ＤＣコンバータにおける整流ダイオードと、整流ダイオードに接続されたバスバーと、トランスの部分を示す側面断面図である。
図３において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、整流ダイオード１と、整流ダイオードの放熱プレート２と、バスバー３と、回路基板４と、表面実装型の温度センサ５と、絶縁性と熱伝導性を有し、かつ弾力のある樹脂９と、筐体２０と、その他から構成されている。

この実施の形態３においては、最も発熱の多い整流ダイオード１近傍のバスバー３を、回路基板４上に実装した表面実装型の温度センサ５に近接させて配置し、表面実装型の温度センサ５とバスバー３との間に、絶縁性と熱伝導性を有し、かつ弾力のある樹脂９を配置する構成としている。

バスバー３は、整流ダイオード１に電気的、熱的に接続されており、整流ダイオード１の温度とほぼ等しい温度となっている。絶縁性と熱伝導性を有し、かつ弾力のある樹脂９は、バスバー３の温度を、効率的に表面実装型の温度センサ５に伝える役割がある。
同時に、温度センサ５は、バスバー３などの金属製の部材に接触すると端子がショートする場合があるため、絶縁性と熱伝導性を有し、かつ弾力のある樹脂９によって、バスバー３と、温度センサ５は絶縁されている。

以上のように、この発明の実施の形態３によれば、表面実装型の温度センサとバスバーとの間に、絶縁性と熱伝導性を有し、かつ弾力のある樹脂を挿入するよう構成したので、高価な絶縁性熱伝導シートの使用量を増加させることなく、温度センサとバスバーの密着度を向上させ、整流素子の温度を正確に測定することができる。
これにより、結線部材やハーネスの付いた温度センサを、回路基板４に取付ける必要がなくなり、量産時の組立て時間を削減できるほか、コストの増加も抑制できる。

なお、この実施の形態３においては、整流素子として整流ダイオードを使用するとしたが、整流ダイオード以外の素子、たとえは、同期整流用ＭＯＳＦＥＴ等の、別の整流素子を使用してもよい。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４のＤＣ／ＤＣコンバータにおける整流ダイオードと、整流ダイオードに接続されたバスバーと、トランスの部分を示す側面断面図である。
図４において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、整流ダイオード１と、整流ダイオードの放熱プレート２と、バスバー３と、回路基板４と、表面実装型の温度センサ５と、絶縁性と熱伝導性を有し、かつ弾力のある樹脂９と、温度センサ５よりも高さの高い表面実装部品１４と、筐体２０と、その他から構成されている。

表面実装型の温度センサ５を用いて精度よく整流用ダイオード１の温度を測定するためには、表面実装型の温度センサ５と、バスバー３は可能な限り近接して配置することが望ましい。しかし、高さの高い整流ダイオード１を使用していたり、回路基板４上に高さの高い表面実装部品１４が実装されていたり等、他の制約によって決定されるバスバー３と回路基板４のギャップにより、表面実装型の温度センサ５と、バスバー３との間に一定の距離が生ずる場合がある。このような場合、温度測定の精度が低下する。

この実施の形態４においては、表面実装型の温度センサ５とバスバー３とを近接させるために、表面実装型の温度センサ５付近のバスバー３が回路基板４に近づくように、バスバー３に曲げ加工を施している。

従って、この発明の実施の形態４によれば、表面実装型の温度センサ５付近のバスバーを回路基板に近づけることにより、他の制約によって決定されるバスバー３と回路基板４のギャップに依存せず、表面実装型の温度センサ５とバスバーの密着度を向上でき、温度測定の精度低下を抑制することができる。

なお、この実施の形態４においては、整流素子として整流ダイオードを使用するとしたが、整流ダイオード以外の素子、たとえは、同期整流用ＭＯＳＦＥＴ等の、別の整流素子を使用してもよい。

実施の形態５．
図５は、この発明の実施の形態５のＤＣ／ＤＣコンバータにおける整流ダイオードと、整流ダイオードに接続されたバスバーと、トランスの部分を示す側面断面図である。
図５において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、整流ダイオード１と、整流ダイオード１の放熱プレート２と、バスバー３と、回路基板４と、表面実装型の温度センサ５と、筐体２０と、回路基板４と整流ダイオードの放熱プレート２と筐体２０を接続するボルト１３と、熱伝導パスである金属製スペーサ１０と、スルーホール１２と、その他から構成されている。

この実施の形態５においては、整流ダイオード１で発生した熱は、放熱プレート２、熱伝導パスである金属製スペーサ１０およびボルト１３、スルーホール１２、回路基板４の内層パターン１１、表面実装型の温度センサ５の順に伝導し、整流ダイオード１の温度を正しく測定することができる。また、表面実装型の温度センサ５と内層パターン１１は、回路基板４の異なる層に配置されており、絶縁が保たれる。

以上のように、この発明の実施の形態５によれば、整流素子１と、この整流素子に接続されたバスバー３と、回路基板４と、この回路基板上に実装される表面実装型の温度センサ５と、整流素子の放熱プレート２と、この放熱プレート２と回路基板４を接続する熱伝導パスとを備えたＤＣ／ＤＣコンバータであって、スルーホール１２を回路基板４と熱伝導パスとが接続される部分に構成し、回路基板の内層パターン１１をスルーホール１２に接続し、内層パターン近傍の異なる層となる回路基板表面上に表面実装型の温度センサ５を配置するよう構成したので、整流ダイオード１の温度を正しく測定することができると共に、内層パターン１１と、温度センサ５は、回路基板４の異なる層に配置することにより、絶縁されているため、絶縁性熱伝導シートや、樹脂などの部材が不要になる。
また、熱伝導パスとして、金属製のスペーサ１０と、回路基板とスペーサーと放熱プレートと筐体を接続するボルト１３を用いることにより、熱伝導パスを回路基板４の支持部材として利用でき、部品点数の増加を抑制することができる。

なお、この実施の形態５においては、整流素子として整流ダイオードを使用するとしたが、整流ダイオード以外の素子、たとえは、同期整流用ＭＯＳＦＥＴ等の、別の整流素子を使用してもよい。

実施の形態６．
図６は、この発明の実施の形態６のＤＣ／ＤＣコンバータにおける整流ダイオードと、整流ダイオードに接続されたバスバーと、トランスの部分を示す側面断面図である。
図６において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、整流ダイオード１と、整流ダイオード１の放熱プレート２と、整流ダイオード１に接続されたバスバー３と、回路基板４と、表面実装型の温度センサ５と、筐体２０と、放熱プレート２と回路基板４を接続する熱伝導パスである金属製のバネ状部材１５と、金属製のバネ状部材１５と整流ダイオード１の放熱プレート２と筐体２０を接続するボルト１４と、スルーホール１２と、その他から構成されている。

この実施の形態６においては、整流ダイオード１で発生した熱は、放熱プレート２、金属製のバネ状部材１５、スルーホール１２、内層パターン１１、表面実装型の温度センサ５の順に伝導し、整流ダイオード１の温度を正しく測定することができる。
また、表面実装型の温度センサ５と、内層パターン１１は、回路基板４の異なる層に配置されており、絶縁が保たれる。回路基板４は、整流ダイオードの放熱プレート２と上下に重なって位置していなくてもよく、整流ダイオード１と離れた場所に位置してもよい。

実施の形態７．
図７は、この発明の実施の形態７のＤＣ／ＤＣコンバータにおける整流ダイオードと、整流ダイオードに接続されたバスバーと、トランスの部分を示す側面断面図である。
この実施の形態７は、実施の形態６の変形例であって、
図７において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、整流ダイオード１と、整流ダイオード１の放熱プレート２と、整流ダイオード１に接続されたバスバー３と、回路基板４と、表面実装型の温度センサ５と、筐体２０と、バスバー３と回路基板４を接続する熱伝導パスである金属製のバネ状部材２１と、整流ダイオード１の放熱プレート２と筐体２０を接続するボルト１４と、スルーホール１２と、その他から構成されている。

この実施の形態７においても、整流ダイオード１で発生した熱は、バスバー３、金属製のバネ状部材２１、スルーホール１２、内層パターン１１、表面実装型の温度センサ５の順に伝導し、整流ダイオード１の温度を正しく測定することができる。
また、実施の形態６と同様に、表面実装型の温度センサ５と、内層パターン１１は、回路基板４の異なる層に配置されており、絶縁が保たれる。回路基板４は、整流ダイオードの放熱プレート２と上下に重なって位置していなくてもよく、整流ダイオード１と離れた場所に位置してもよい。

以上のように、この発明の実施の形態６、実施の形態７によれば、整流素子１の放熱プレート２もしくはバスバー３と、回路基板４とを接続する熱伝導パスとして、金属製のバネ状部材１５、２１を用いることにより、放熱プレート２と回路基板４が、上下に重なって位置する必要がなくなり、構造上の自由度を増すことができる。

なお、実施の形態６、７においては、整流素子として整流ダイオードを使用するとしたが、整流ダイオード以外の素子、たとえは、同期整流用ＭＯＳＦＥＴ等の、別の整流素子を使用してもよい。

１ 整流ダイオード
２ 整流ダイオードの放熱プレート
３ バスバー
４ 回路基板
５ 表面実装型の温度センサ
６ 絶縁性熱伝導シート
７ トランスコア
８ トランス一次巻線
９ 絶縁性と熱伝導性を有し、かつ弾力のある樹脂
１０ 金属製スペーサ
１１ 内層パターン
１２ スルーホール
１３、１４ ボルト
１５、２１ 金属製のバネ状部材
２０ 筐体

Claims (9)

1. 整流素子と、この整流素子に接続されたバスバーと、回路基板と、この回路基板上に実装される表面実装型の温度センサとを備えたＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記表面実装型の温度センサに、前記整流素子近傍の前記バスバーを近接させ、且つ電気的に絶縁された状態で配置し、前記温度センサで前記バスバーの温度を検知することにより、前記整流素子の温度を測定するようにしたことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 前記表面実装型の温度センサと前記バスバーとの間に、絶縁性熱伝導シートを挟むようにしたことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
3. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記バスバーを二次巻線とするトランスを備え、前記表面実装型の温度センサと前記バスバーとの間の絶縁性熱伝導シートと、前記トランスの一次巻線と二次巻線の間にある絶縁性熱伝導シートとを単一のシートで構成したことを特徴とする請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
4. 前記表面実装型の温度センサと前記バスバーとの間に、絶縁性と熱伝導性を有し、かつ弾力のある樹脂を挿入すると共に、前記樹脂で前記温度センサの外表面を覆うようにしたことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
5. 前記表面実装型の温度センサと前記バスバーを近接させるために、前記バスバーに曲げ加工を施し、表面実装型の温度センサ付近のバスバーを前記回路基板に近づけるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
6. 整流素子と、この整流素子に接続されたバスバーと、回路基板と、この回路基板上に実装される表面実装型の温度センサと、前記整流素子の放熱プレートと、この放熱プレートと前記回路基板を接続する熱伝導パスとを備えたＤＣ／ＤＣコンバータであって、スルーホールを前記回路基板と前記熱伝導パスとが接続される部分に構成し、前記回路基板の内層パターンを前記スルーホールに接続し、前記内層パターン近傍の異なる層となる回路基板表面上に前記表面実装型の温度センサを配置するようにしたことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
7. 整流素子と、この整流素子に接続されたバスバーと、回路基板と、この回路基板上に実装される表面実装型の温度センサと、前記整流素子の放熱プレートと、前記バスバーと前記回路基板を接続する熱伝導パスとを備えたＤＣ／ＤＣコンバータであって、スルーホールを前記回路基板と前記熱伝導パスとが接続される部分に構成し、前記回路基板の内層パターンを前記スルーホールに接続し、前記内層パターン近傍の異なる層となる回路基板表面上に前記表面実装型の温度センサを配置するようにしたことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
8. 前記熱伝導パスとして、金属製のスペーサを用いることを特徴とする請求項６に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
9. 前記熱伝導パスとして、金属製のバネ状部材を用いることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

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