JP5434757B2

JP5434757B2 - Ｄｃ−ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JP5434757B2
Application number: JP2010085679A
Authority: JP
Inventors: 祐一半田; 裕二林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: JP2011216802A

Description

本発明は、通電により発熱する発熱部品と、該発熱部品と熱的に接触したバスバーモジュールと、該バスバーモジュールと熱的に接触したヒートシンクとを備えたＤＣ−ＤＣコンバータに関する。

通電により発熱する発熱部品である電子部品をバスバーに実装した電子部品の実装構造が種々開示されている（特許文献１、２）。
これらの電子部品の実装構造は、電子部品をモジュール化した状態でバスバーに接続したり、ソルダーレジストを設けたプリント配線板に電子部品を実装した状態でバスバーに接続したりする構造とは異なり、半導体素子等の電子部品を直接バスバーに実装することで、構造の簡素化を図ると共に、放熱性の向上を図ることができる。
また、上記バスバーをヒートシンクに熱的に接触させることにより、電子部品（発熱部品）の熱を、バスバーを通じて効果的にヒートシンクに放熱することができる。

特開２００８−１３５６９１号公報特開２００８−９８５５９号公報

しかしながら、上記電子部品の実装構造においては、金属板を打ち抜いたバスバーをそのまま用いているため、立体交差させるなどの立体構造とすることができず、バスバーによって複雑な配線を構成することができない。
また、バスバーをヒートシンクに固定する際、バスバーとヒートシンクとの間の絶縁を確保するために、樹脂等の絶縁材からなる締結具を用いる必要がある（特許文献２参照）。そのため、耐久性の低下を招くと共に、コストも高くなりやすい。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、バスバーによる複雑な配線を可能とすると共に、放熱性及び耐久性に優れた低コストのＤＣ−ＤＣコンバータを提供しようとするものである。

本発明は、通電により発熱する発熱部品と、該発熱部品と熱的に接触したバスバーモジュールと、該バスバーモジュールと熱的に接触したヒートシンクとを備えたＤＣ−ＤＣコンバータであって、
上記バスバーモジュールは、複数のバスバーと、該複数のバスバーを保持する絶縁性成形体とを有し、
上記複数のバスバーのうちの一部のバスバーは、他のバスバーに対して厚み方向の位置が異なる位置に配置された状態で上記絶縁性成形体に保持されていると共に、その少なくとも一方の主面が上記絶縁性成形体から露出した露出面を構成した露出バスバーであり、
該露出バスバーは、上記露出面において上記ヒートシンクに熱的に接触しており、
上記露出バスバーの上記露出面は、上記絶縁性成形体よりも突出しており、
また、上記絶縁性成形体に保持された複数の上記バスバーの少なくとも一部は、トランスの二次コイルを構成しており、
該二次コイルを構成する上記バスバーの少なくとも一つは上記露出バスバーであり、
上記二次コイルを構成する上記バスバーの他の少なくとも一つは上記露出バスバーに対して厚み方向に重なる位置に配置されたバスバーであり、
上記二次コイルを構成すると共に互いに厚み方向に重なる位置に配置された上記複数のバスバーは、互いに電気的及び熱的に接続されていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータにある（請求項１）。

上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記複数のバスバーのうちの一部のバスバーである露出バスバーが、他のバスバーに対して厚み方向の位置が異なる位置に配置された状態で上記絶縁性成形体に保持されている。そのため、露出バスバーと他のバスバーとを厚み方向に重ねたり、立体交差させたりするなどして、複数のバスバーによる立体構造を形成することが可能となる。これにより、バスバーによる複雑な配線が可能となる。

また、上記露出バスバーは上記絶縁性成形体から露出した露出面を有し、露出面において上記ヒートシンクに熱的に接触している。そのため、露出バスバーは、大きな面積でヒートシンクに熱的に接触することができるため、その放熱性が優れている。

また、上記複数のバスバーは上記絶縁性成形体によって保持された上記バスバーモジュールを構成しているため、上記ヒートシンクに熱的に接触させる際に、金属製の締結具を用いてバスバーモジュールをヒートシンクに取り付けることができる。すなわち、ヒートシンクが導電性を有する場合でも、金属製の締結具を、絶縁性成形体においてヒートシンクに固定すれば、バスバーとヒートシンクとの間の短絡を防ぐことは可能である。

そして、このように、金属製の締結具を用いることができるため、上記のバスバーモジュールとヒートシンクとの締結状態の耐久性を確保することができる。また、一般に高価である絶縁性の締結具を用いる必要がないため、装置全体としてコスト低減にもつながる。

以上のごとく、本発明によれば、バスバーによる複雑な配線を可能とすると共に、放熱性及び耐久性に優れた低コストのＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。

実施例における、ＤＣ−ＤＣコンバータの断面図であって、図３のＡ−Ａ線矢視断面図。実施例における、ＤＣ−ＤＣコンバータの部分断面拡大図実施例における、ＤＣ−ＤＣコンバータの斜視図。実施例における、発熱部品を実装したバスバーモジュールの斜視図。実施例における、バスバーモジュールの展開斜視図。実施例における、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図。

本発明において、上記発熱部品は、例えば、半導体素子等とすることができる。
また、上記露出バスバーの少なくとも一方の主面は、その大部分が上記露出面であることが好ましく、その全面が上記露出面であることがより好ましい。

また、上記露出バスバーの上記露出面は、上記絶縁性成形体よりも突出している。
これにより、上記露出バスバーの露出面を上記ヒートシンクに熱的に接触させやすい。また、露出面が絶縁性成形体よりも突出していることにより、バスバーモジュールをヒートシンクに押圧したとき、露出面にその押圧力がかかりやすいため、露出バスバーとヒートシンクとの間の接触圧を高くすることができ、両者間の伝熱性を高めることができる。

また、上記露出バスバーの上記露出面と、上記ヒートシンクとの間には、熱伝導性を有する絶縁部材が介在していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記ヒートシンクを導体によって構成したときにも、ヒートシンクと上記露出バスバーとの間の電気的絶縁を適宜確保することにより、所望の配線回路を形成することができる。
なお、上記絶縁部材は、上記露出バスバーの上記露出面と上記ヒートシンクとの間の全面に形成してもよいし、一部に形成してもよい。

また、上記発熱部品は、上記バスバーモジュールに実装された電子部品であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータの簡素化、小型化を図ることができる。

また、上記発熱部品は、上記露出バスバーに実装された電子部品であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記発熱部品の熱を、露出バスバー以外のバスバーを介することなくヒートシンクに放熱することができるため、放熱効率を一層向上させることができる。

本発明の実施例に係るＤＣ−ＤＣコンバータにつき、図１〜図６を用いて説明する。
本例のＤＣ−ＤＣコンバータ１は、図３に示すごとく、通電により発熱する発熱部品２と、該発熱部品２と熱的に接触したバスバーモジュール４と、該バスバーモジュール４と熱的に接触したヒートシンク３とを備えている。

バスバーモジュール４は、図１、図２、図５に示すごとく、複数のバスバー５と、該複数のバスバー５を保持する絶縁性成形体４１とを有する。
複数のバスバー５のうちの一部は、露出バスバー５１である。露出バスバー５１は、図１、図２に示すごとく、他のバスバーである埋設バスバー５２に対して厚み方向の位置が異なる位置に配置された状態で絶縁性成形体４１に保持されていると共に、その少なくとも一方の主面が絶縁性成形体４１から露出した露出面５１０を構成している。

露出バスバー５１は、露出面５１０においてヒートシンク３に熱的に接触している。
露出バスバー５１における露出面５１０と反対側の主面のほとんどは、絶縁性成形体４１から露出していない。
また、埋設バスバー５２は、絶縁性成形体４１にインサート又はアウトサートされており、そのほとんどが絶縁性成形体４１の内部に埋設されている。

本例のＤＣ−ＤＣコンバータ１の回路図を、図６に示す。
すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、直流電源１１に接続されるスイッチング回路１２と、該スイッチング回路１２を介して直流電源１１に接続され、入力電圧を変圧するトランス１３と、該トランス１３と負荷１７との間に接続され、出力電圧を整流する整流素子（ダイオード）１４と、出力電圧を平滑化するチョークコイル１５及び平滑コンデンサ１６とからなる。

トランス１３は、直流電源１１側の一次コイル１３１と、負荷１７側の二次コイル１３２とを有する。そして、一次コイル１３１への交流電圧の通電により、二次コイル１３２に誘起電圧が発生し、入力電力が変圧された出力電力を発生させる。ここで、二次コイル１３２は、巻き方向が互いに逆の状態で、二個配線されている。これにより、一次コイル１３１に入力される交流電圧に応じて、それぞれの二次コイル１３２において発生する出力電流のうち、所定の一方向の出力電流のみを取り出すように、整流素子１４が配線されている。

図１、図３に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１は、上述の電力変換回路うちのトランス１３の一部、整流素子１４、及びチョークコイル１５の部分を構成している。
すなわち、トランス１３における二次コイル１３２の一方と、チョークコイル１５が、露出バスバー５１によって構成されており、トランス１３における他方の二次コイル１３２が、埋設バスバー５２によって構成されている。

そして、発熱部品２は、被制御電流を整流する整流素子１４である。図３、図４に示す４個の発熱部品２は、バスバーモジュール４に直接実装される表面実装素子（ＳＭＤ）である。これらのうちの２個の発熱部品２は、一方の主面に形成されたカソード２ｃを、チョークコイル１５を構成する露出バスバー５１の一部に設けた端子５１１（図５参照）に接続すると共に、突出端子として形成したアノード２ａを、二次コイル１３２を構成する露出バスバー５１の一部に設けた端子５１３（図５参照）に接続している。他の２個の発熱部品２は、一方の主面に形成されたカソード２ｃを、上記端子５１１に接続すると共に、突出端子として形成したアノード２ａを、二次コイル１３２を構成する埋設バスバー５２の一部に設けた端子５２１（図５参照）に接続している。

二次コイル１３２を構成する露出バスバー５１及びチョークコイル１５を構成する露出バスバー５１は、上記端子５１１、５１３において、ヒートシンク３側の露出面５１０以外の面も、絶縁性成形体４１から露出している。また、二次コイル１３２を構成する埋設バスバー５２も、上記端子５２１において、少なくともヒートシンク３側と反対側の面（上面）を、絶縁性成形体４１から露出させている。
そして、このように露出した端子５１１、５１３、５２１に、発熱部品２が表面実装されている。

図５に示すごとく、上記２つの露出バスバー５１及び１つの埋設バスバー５２は、いずれも、一部にスリットを設けた略環状に形成されている。そして、一対の二次コイル１３２を構成する露出バスバー５１と埋設バスバー５２とは、互いに接続される接続端５１２、５２２から、それぞれの端子５１１、５２１に向かって、互いに反対向きに巻回された形状で、互いに厚み方向に重なって配置されている。

そして、図１に示すごとく、これらの露出バスバー５１と埋設バスバー５２とは、接続端５１２、５２２において互いに接触すると共に、ボルト１８１によってヒートシンク３に固定されている。そして、二次コイル１３２を構成する露出バスバー５１及び埋設バスバー５２は、その接続端５１２、５２２を、ボルト１８１を介してヒートシンク３と電気的に接続し、接地している。

また、埋設バスバー５２は、端子５２１及び接続端５２２において、他の部位に対して、その厚み方向に段差を設けるように変形している。そして、端子５２１は、露出バスバー５１の端子５１１、５１３と、厚み方向の位置が一致するように配置されている。
２個の露出バスバー５１は、その全体が同一平面上に配置されている。

バスバー５は、銅やアルミニウム等の、熱伝導性及び導電性に優れた金属板からなる。また、絶縁性成形体４１は、例えば、ＰＰＳ（ポニフェニレンサルファイド）樹脂等の樹脂からなる。
ヒートシンク３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の筐体でもあり、銅やアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属からなる。

露出バスバー５１の露出面５１０は、絶縁性成形体４１よりも突出している。すなわち、露出面５１０は、絶縁性成形体４１におけるヒートシンク３側の面（下面４１１）よりもヒートシンク３に近い位置に配置されている。そして、露出面５１０の全面が、ヒートシンク３と熱的に接触している。
露出バスバー５１の露出面５１０と、ヒートシンク３との間には、熱伝導性を有する絶縁部材６が介在している。また、絶縁性成形体４１の下面４１１と絶縁部材６との間には、わずかな隙間が形成されている。

また、図３に示すごとく、バスバーモジュール４は、露出バスバー５１及び埋設バスバー５２の接続端５１２、５２２以外においても、複数のビス１８２によってヒートシンク３に締結固定されている。これらのビス１８２は、バスバー５には接触しない位置において、絶縁性成形体４１を貫通して、ヒートシンク３に螺合している。それゆえ、ビス１８２によってバスバー５がヒートシンク３と短絡することはない。

そして、ボルト１８１と複数のビス１８２とによって、バスバーモジュール４がヒートシンク３に対して押しつけられるように固定される。これにより、絶縁材６を介した露出バスバー５の露出面５１０とヒートシンク３との間の接触圧が確保され、その伝熱性が確保される。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、複数のバスバー５のうちの一部のバスバーである露出バスバー５１が、他のバスバー（埋設バスバー５２）に対して厚み方向の位置が異なる位置に配置された状態で絶縁性成形体４１に保持されている。そのため、露出バスバー５１と埋設バスバー５２とを厚み方向に重ねたり、立体交差させたりするなどして、複数のバスバー５による立体構造を形成することが可能となる。これにより、バスバー５による複雑な配線が可能となる。すなわち、本例のように、トランス１３における２つの二次コイル１３２（露出バスバー５１と埋設バスバー５２）が、バスバー５の厚み方向に重なるような配置にして、バスバーモジュール４として一体化することが可能となる。

また、露出バスバー５１は絶縁性成形体４１から露出した露出面を有し、露出面５１０においてヒートシンク３に熱的に接触している。そのため、露出バスバー５１は、大きな面積でヒートシンク３に熱的に接触することができるため、その放熱性が優れている。

また、複数のバスバー５は絶縁性成形体４１によって保持されたバスバーモジュール４を構成しているため、ヒートシンク３に熱的に接触させる際に、金属製の締結具（ビス１８２）を用いてバスバーモジュール４をヒートシンク３に取り付けることができる。すなわち、ヒートシンク３が導電性を有していても、金属製のビス１８１を、絶縁性成形体においてヒートシンク３に固定すれば、バスバー５とヒートシンク３との間の短絡を防ぐことは可能である。

もちろん、露出バスバー５１と埋設バスバー５２との接続端５１２、５２２におけるボルト１８１のように、ボルト１８１をバスバー５に接触させつつヒートシンク３に締結することで、接続端５１２、５２２をヒートシンク３に導通させることもできる。すなわち、バスバー５を、所望の部分において、ヒートシンク３に導通させたり、絶縁させたりすることが可能となる。

そして、このように、金属製の締結具（ボルト１８１、ビス１８２）を用いることができるため、上記のバスバーモジュール４とヒートシンク３との締結状態の耐久性を確保することができる。また、一般に高価である絶縁性の締結具（樹脂ボルトなど）を用いる必要がないため、装置全体としてコスト低減にもつながる。

また、露出バスバー５１の露出面５１０は、絶縁性成形体４１よりも突出している。それゆえ、露出バスバー５１の露出面５１０をヒートシンク３に熱的に接触させやすい。また、露出面５１０が絶縁性成形体４１よりも突出していることにより、バスバーモジュール４をヒートシンク３に押圧したとき、露出面５１０にその押圧力がかかりやすいため、露出バスバー５１とヒートシンク３との間の接触圧を高くすることができ、両者間の伝熱性を高めることができる。

また、露出バスバー５１の露出面５１０と、ヒートシンク３との間には、絶縁部材６が介在している。そのため、ヒートシンク３と露出バスバー５１との間の電気的絶縁を適宜確保することにより、所望の配線回路を形成することができる。
また、発熱部品２は、露出バスバー５１に実装されているため、発熱部品２の熱を、露出バスバー５１以外のバスバーを介することなくヒートシンク３に放熱することができるため、放熱効率を一層向上させることができる。

以上のごとく、本例によれば、バスバーによる複雑な配線を可能とすると共に、放熱性及び耐久性に優れた低コストのＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。

上記実施例においては、絶縁部材６を、露出バスバー５１の露出面５１０とヒートシンク３との間の全面に形成してあるが、絶縁部材６は、露出面５１０の一部に形成してもよい。

１ＤＣ−ＤＣコンバータ
２発熱部品
３ヒートシンク
４バスバーモジュール
４１絶縁性成形体
５バスバー
５１露出バスバー
５１０露出面
５２埋設バスバー

Claims

通電により発熱する発熱部品と、該発熱部品と熱的に接触したバスバーモジュールと、該バスバーモジュールと熱的に接触したヒートシンクとを備えたＤＣ−ＤＣコンバータであって、
上記バスバーモジュールは、複数のバスバーと、該複数のバスバーを保持する絶縁性成形体とを有し、
上記複数のバスバーのうちの一部のバスバーは、他のバスバーに対して厚み方向の位置が異なる位置に配置された状態で上記絶縁性成形体に保持されていると共に、その少なくとも一方の主面が上記絶縁性成形体から露出した露出面を構成した露出バスバーであり、
該露出バスバーは、上記露出面において上記ヒートシンクに熱的に接触しており、
上記露出バスバーの上記露出面は、上記絶縁性成形体よりも突出しており、
また、上記絶縁性成形体に保持された複数の上記バスバーの少なくとも一部は、トランスの二次コイルを構成しており、
該二次コイルを構成する上記バスバーの少なくとも一つは上記露出バスバーであり、
上記二次コイルを構成する上記バスバーの他の少なくとも一つは上記露出バスバーに対して厚み方向に重なる位置に配置されたバスバーであり、
上記二次コイルを構成すると共に互いに厚み方向に重なる位置に配置された上記複数のバスバーは、互いに電気的及び熱的に接続されていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、上記露出バスバーの上記露出面と、上記ヒートシンクとの間には、熱伝導性を有する絶縁部材が介在していることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１又は２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、上記発熱部品は、上記バスバーモジュールに実装された電子部品であることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、上記発熱部品は、上記露出バスバーに実装された電子部品であることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。