JP6225847B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、トランスを備えた電源装置に関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源装置として、トランスと、該トランスの一次コイル側に接続された一次側半導体部品と、トランスの二次コイル側に接続された二次側半導体部品と、二次側半導体部品に接続されたチョークコイルとを有するものがある。これらの部品は、ベースプレート上において一直線状に配列されていると共に、これらの部品を互いに接続する接続配線も、この一直線状の配列方向において、部品間に配置されている（特許文献１）。

特開２００７−２２１９１９号公報

しかしながら、上記のように、接続配線が、一直線状に配列された複数の部品の間に配置されていると、複数の部品間を接近させることができない。そのため、複数の部品の配列方向において、電源装置全体の体格が大型化してしまうという問題がある。
また、上記接続配線としては、直流配線と交流配線とが存在するため、交流配線と直流配線との配置の仕方によっては、交流配線から生じるノイズが直流配線に重畳しやすくなってしまうおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ノイズを低減しつつ小型化を図ることができる電源装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、一次コイルと二次コイルとを有するトランスと、
該トランスの上記一次コイル側に接続された一次側回路を構成する一次側半導体部品と、
上記トランスの上記二次コイル側に接続された二次側回路を構成する二次側半導体部品と、
上記二次側半導体部品に接続されたチョークコイルと、
上記一次側半導体部品を直流電源に接続する一次直流配線と、
上記二次側半導体部品とチョークコイルとを接続する二次直流配線と、
上記一次側半導体部品と上記トランスとを接続する一次交流配線と、
上記トランスと上記二次側半導体部品とを接続する二次交流配線と、を備え、
上記トランス、上記一次側半導体部品、上記二次側半導体部品、及び上記チョークコイルは、一直線状に配列された直列構造体を構成しており、
上記一次直流配線、上記二次直流配線、上記一次交流配線、及び上記二次交流配線は、上記直列構造体の外側に配されており、
上記一次直流配線及び上記二次直流配線と、上記一次交流配線及び上記二次交流配線とは、上記直列構造体における互いに異なる面に対向する位置に配されていることを特徴とする電源装置にある。

上記電源装置において、上記トランス、上記一次側半導体部品、上記二次側半導体部品、及び上記チョークコイルは、一直線状に配列された直列構造体を構成している。そして、一次直流配線、二次直流配線、一次交流配線、及び二次交流配線は、直列構造体の外側に配されている。それゆえ、直列構造体を構成するトランス、一次側半導体部品、二次側半導体部品、及びチョークコイルは、各部品同士を接近して配置することが可能となる。その結果、電源装置の小型化を図ることができる。

また、一次直流配線及び二次直流配線と、一次交流配線及び二次交流配線とは、直列構造体における互いに異なる面に対向する位置に配されている。そのため、一次直流配線及び二次直流配線と、一次交流配線及び二次交流配線とを、互いに離隔して配置することができる。その結果、一次交流配線又は二次交流配線から、一次直流配線又は二次直流配線にノイズが重畳することを防ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、ノイズを低減しつつ小型化を図ることができる電源装置を提供することができる。

実施例１における、電源装置の説明図。 実施例１における、電源装置の斜視説明図。 実施例１における、電源装置の回路図。 実施例２における、電源装置の説明図。 実施例３における、電源装置の斜視説明図。 実施例４における、電源装置の説明図。 実施例４における、他の電源装置の説明図。 比較例１における、電源装置の説明図。 比較例２における、電源装置の説明図。

上記電源装置は、例えば、直流電源の高圧の直流電力を降圧して低圧の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータとすることができる。また、上記電源装置は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載するものとすることができる。

（実施例１）
上記電源装置の実施例につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例の電源装置１は、図１に示すごとく、トランス２と、一次側半導体部品３と、二次側半導体部品４と、チョークコイル５と、一次直流配線７１ｄｃと、二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃと、二次交流配線７２ａｃと、を備えている。

トランス２は、一次コイルと二次コイルとを有する。一次側半導体部品３は、トランス２の一次コイル側に接続された一次側回路を構成する。二次側半導体部品４は、トランス２の二次コイル側に接続された二次側回路を構成する。チョークコイル５は、二次側半導体部品４に接続されている。

一次直流配線７１ｄｃは、一次側半導体部品３を直流電源に接続する配線である。二次直流配線７２ｄｃは、二次側半導体部品４とチョークコイル５とを接続する配線である。一次交流配線７１ａｃは、一次側半導体部品３とトランス２とを接続する配線である。二次交流配線７２ａｃは、トランス２と二次側半導体部品４とを接続する配線である。

トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５は、一直線状に配列された直列構造体１１を構成している。
一次直流配線７１ｄｃ、二次直流配線７２ｄｃ、一次交流配線７１ａｃ、及び二次交流配線７２ａｃは、直列構造体１１の外側に配されている。つまり、一次直流配線７１ｄｃ、二次直流配線７２ｄｃ、一次交流配線７１ａｃ、及び二次交流配線７２ａｃは、直列構造体１１を構成する、トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５の間以外の位置に配されている。

そして、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとは、直列構造体１１における互いに異なる面に対向する位置に配されている。

一次直流配線７１ｄｃ、二次直流配線７２ｄｃ、一次交流配線７１ａｃ、及び二次交流配線７２ａｃは、直列構造体１１における直列方向Ｓと直交する方向の位置に配されている。
一次直流配線７１ｄｃと二次直流配線７２ｄｃとは、直列構造体１１における同じ側の面に対向する位置に配されている。一次交流配線７１ａｃと二次交流配線７２ａｃとは、直列構造体１１における同じ側の面に対向する位置に配されている。
そして、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとは、直列構造体１１における互いに反対側の面に対向する位置に配されている。

チョークコイル５からは、電源装置１の出力端子に接続する出力直流配線７３ｄｃが延びている。出力直流配線７３ｄｃは、直列構造体１１における、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃが配された側の面と異なる面に対向する位置に配されている。本例においては、出力直流配線７３ｄｃは、直列構造体１１における二次直流配線７２ｄｃと同じ面側に配されている。

また、本例においては、図２に示すごとく、トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５は、いずれも直列方向Ｓの寸法が、直列方向Ｓに直交する方向の寸法よりも小さい。トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５は、いずれも略直方体形状を有する。そして、各部品（トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、チョークコイル５）における最も面積の大きい一対の主面２３、３３、４３、５３をそれぞれ直列方向Ｓに向けて、上記４つの部品が配列されている。そして、隣り合う部品同士は、主面２３、３３、４３、５３同士を対向させて配置されており、特に本例においては、主面２３、３３、４３、５３同士を接触させて配置されている。

本例において、電源装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、直流電源の高圧の直流電力を低圧の直流電力に降圧し、補機用バッテリに供給するために用いられる。すなわち、図３に示すように、電源装置１は、直流電源１３１と負荷１３２（補機バッテリ等）との間に接続されて用いられる。そして、直流電源１３１に、一次側半導体部品３から構成される一次側回路が接続され、二次側半導体部品４から構成される二次側回路が、チョークコイル５を含む平滑回路を介して、負荷１３２に接続される。

一次側回路はスイッチング回路を構成しており、一次側半導体部品３は、複数のスイッチング素子を内蔵した半導体モジュールからなる。スイッチング素子としては、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）又はＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）を用いることができる。なお、一次側半導体部品は必ずしも半導体モジュールである必要はなく、例えば、ディスクリートの半導体部品であってもよい。

二次側回路は整流回路を構成しており、二次側半導体部品４は、複数のダイオードを内蔵したダイオードモジュールからなる。ただし、二次側半導体部品は、複数のＭＯＳＦＥＴを内蔵した半導体モジュールであってもよい。さらに、二次側半導体部品は、ディスクリートの半導体部品であってもよい。

また、チョークコイル５は、コンデンサ１３３と共に平滑回路を構成している。
本例の電源装置１に入力された直流電力は、一次側回路（スイッチング回路）において交流電力に変換されて、トランス２に入力される。入力された交流電力は、トランス２において降圧された後、二次側回路（整流回路）において整流されて直流電力となる。そして、降圧後の直流電力は、平滑回路において平滑化された後、出力される。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電源装置１において、トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５は、一直線状に配列された直列構造体１１を構成している。そして、一次直流配線７１ｄｃ、二次直流配線７２ｄｃ、一次交流配線７１ａｃ、及び二次交流配線７２ａｃは、直列構造体１１の外側に配されている。それゆえ、直列構造体１１を構成するトランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５は、各部品同士を接近して配置することが可能となる。その結果、電源装置１の小型化を図ることができる。

また、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとは、直列構造体１１における互いに異なる面に対向する位置に配されている。そのため、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとを、互いに離隔して配置することができる。その結果、一次交流配線７１ａｃ又は二次交流配線７２ａｃから、一次直流配線７１ｄｃ又は二次直流配線７２ｄｃにノイズが重畳することを防ぐことができる。

また、一次直流配線７１ｄｃ、二次直流配線７２ｄｃ、一次交流配線７１ａｃ、及び二次交流配線７２ａｃは、直列構造体１１における直列方向Ｓと直交する方向の位置に配されている。これにより、配線の長さを短くすることができるとともに、配線も含めた電源装置１の小型化を容易にすることができる。
そして、一次直流配線７１ｄｃと二次直流配線７２ｄｃとは、直列構造体１１における同じ側の面に対向する位置に配されており、一次交流配線７１ａｃと二次交流配線７２ａｃとは、直列構造体１１における同じ側の面に対向する位置に配されている。それゆえ、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとを、互いに離隔して配置しやすい。

一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとは、直列構造体１１における互いに反対側の面に対向する位置に配されている。これにより、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとの間に、直列構造体１１が介在することとなる。それゆえ、交流配線から生じるノイズが直列構造体１１によって遮蔽されて、直列配線にノイズが重畳することを効果的に防ぐことができる。

また、トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５は、いずれも直列方向Ｓの寸法が、該直列方向Ｓに直交する方向の寸法よりも小さい。つまり、これらの部品が厚み方向に互いに積層されて、直列構造体１１を構成している。それゆえ、直列構造体１１の小型化を一層効果的に図ることができる。

以上のごとく、本例によれば、ノイズを低減しつつ小型化を図ることができる電源装置を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、制御基板１２を直列構造体１１と共に備えた電源装置１の例である。
制御基板１２は、一次側半導体部品３と二次側半導体部品４との少なくとも一方を制御する制御回路が形成された基板である。そして、制御基板１２と一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとは、直列構造体１１における互いに異なる面に対向する位置に配されている。

制御基板１２と、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとは、直列構造体１１における互いに反対側の面に対向する位置に配されている。
また、制御基板１２は、直列構造体１１における、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃが配置された側の面に対向して配置されている。そして、制御基板１２は、その主面を直列構造体１１と対向させるように配置されている。

その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、制御基板１２を、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃから離隔させて配置することができる。それゆえ、交流配線から生じるノイズが制御基板１２における制御回路に影響することを防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、一次交流配線７１ａｃの一部と、二次交流配線７２ａｃの一部とを、配線基板１４に形成した導体配線１４１、１４２によって構成した例である。
つまり、一次交流配線７１ａｃは、トランス２及び一次側半導体部品３からそれぞれ突出した突出端子２１、３１と、導体配線１４１とによって構成されている。また、二次交流配線７２ａｃは、一次側半導体部品３及び二次側半導体部品４からそれぞれ突出した突出端子３２、４２と、導体配線１４２とによって構成されている。
また、配線基板１４としては、例えば、導体（導体配線１４１、１４２）の厚みが大きい厚銅基板等を用いることができる。

その他は、実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を奏することができる。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
また、本例においては、一次交流配線７１ａｃの一部と、二次交流配線７２ａｃの一部とを、配線基板１４に形成した導体配線１４１、１４２によって構成した例を示したが、一次直流配線の一部や二次直流配線の一部を、配線基板に形成した導体配線によって構成することもできる。

（実施例４）
本例は、図６、図７に示すごとく、直列構造体１１に対する一次直流配線７１ｄｃ、二次直流配線７２ｄｃ、一次交流配線７１ａｃ、及び二次交流配線７２ａｃの位置関係を種々変更した例である。
すなわち、図６に示す構成は、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃを、直列構造体１１における直列方向Ｓの両端から突出させた例である。

また、図７に示す構成は、一次交流配線７１ａｃと二次交流配線７２ａｃとを、直列構造体１１における互いに直交する面に対向する位置に配置した例である。そして、二次交流配線７２ａｃは、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃが面する直列構造体１１の面に対して直交する面に対向する位置に配置されている。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例に示した上述のいずれの構成においても、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとは、直列構造体１１における互いに異なる面に対向する位置に配されていることとなる。それゆえ、これらの構成によっても、ノイズを低減しつつ小型化を図ることができる電源装置を提供することができる。

また、本発明は、上述した実施例以外にも、一次直流配線７１ｄｃ、二次直流配線７２ｄｃ、一次交流配線７１ａｃ、及び二次交流配線７２ａｃの配置を種々変更して、種々の態様を採用しうる。
また、実施例１〜４においては、トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５を、互いに接触させて配置して、直列構造体１１を構成した例を示したが、各部品の間に隙間を設けて配置して直列構造体を構成してもよい。

（比較例１）
本例は、図８に示すごとく、一次直流配線７１ｄｃ、二次直流配線７２ｄｃ、一次交流配線７１ａｃ、及び二次交流配線７２ａｃを、トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５とともに、一直線状に配列した、電源装置９の例である。

すなわち、一次交流配線７１ａｃ、二次交流配線７２ａｃ、及び二次直流配線７２ｄｃを、トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５の間に配置している。具体的には、一次交流配線７１ａｃがトランス２と一次側半導体部品３との間に配置され、二次交流配線７２ａｃが一次側半導体部品３と二次側半導体部品４との間に配置され、二次直流配線７２ｄｃが二次側半導体部品４とチョークコイル５との間に配置されている。
そして、一次直流配線７１ｄｃは、トランス２から直列方向Ｓにおける外側へ突出し、出力直流配線７３ｄｃは、チョークコイル５から直列方向Ｓにおける外側へ突出している。

かかる構成においては、トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５を互いに接近して配置することができないため、電源装置９が直列方向Ｓに大型化してしまう。
これに対し、実施例１〜４の電源装置１は、直列方向Ｓのコンパクト化を図ることができ、電源装置１の小型化を図ることができる。

（比較例２）
本例は、図９に示すごとく、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとは、直列構造体１１における同じ側の面に対向する位置に配されている電源装置９０の例である。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、トランス２、一次側半導体部品３、二次側半導体部品４、及びチョークコイル５を互いに接近して配置することは可能であるが、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとが、互いに近接することとなる。そのため、交流配線から生じるノイズが直流配線に重畳するおそれがある。
これに対し、実施例１〜４の電源装置１は、一次直流配線７１ｄｃ及び二次直流配線７２ｄｃと、一次交流配線７１ａｃ及び二次交流配線７２ａｃとを、互いに離隔して配置することができる。その結果、一次交流配線７１ａｃ又は二次交流配線７２ａｃから、一次直流配線７１ｄｃ又は二次直流配線７２ｄｃにノイズが重畳することを防ぐことができる。

１ 電源装置
１１ 直列構造体
２ トランス
３ 一次側半導体部品
４ 二次側半導体部品
５ チョークコイル
７１ｄｃ 一次直流配線
７２ｄｃ 二次直流配線
７１ａｃ 一次交流配線
７２ａｃ 二次交流配線

Claims (7)

1. 一次コイルと二次コイルとを有するトランス（２）と、
   該トランス（２）の上記一次コイル側に接続された一次側回路を構成する一次側半導体部品（３）と、
   上記トランス（２）の上記二次コイル側に接続された二次側回路を構成する二次側半導体部品（４）と、
   上記二次側半導体部品（４）に接続されたチョークコイル（５）と、
   上記一次側半導体部品（３）を直流電源に接続する一次直流配線（７１ｄｃ）と、
   上記二次側半導体部品（４）とチョークコイル（５）とを接続する二次直流配線（７２ｄｃ）と、
   上記一次側半導体部品（３）と上記トランス（２）とを接続する一次交流配線（７１ａｃ）と、
   上記トランス（２）と上記二次側半導体部品（４）とを接続する二次交流配線（７２ａｃ）と、を備え、
   上記トランス（２）、上記一次側半導体部品（３）、上記二次側半導体部品（４）、及び上記チョークコイル（５）は、一直線状に配列された直列構造体（１１）を構成しており、
   上記一次直流配線（７１ｄｃ）、上記二次直流配線（７２ｄｃ）、上記一次交流配線（７１ａｃ）、及び上記二次交流配線（７２ａｃ）は、上記直列構造体（１１）の外側に配されており、
   上記一次直流配線（７１ｄｃ）及び上記二次直流配線（７２ｄｃ）と、上記一次交流配線（７１ａｃ）及び上記二次交流配線（７２ａｃ）とは、上記直列構造体（１１）における互いに異なる面に対向する位置に配されていることを特徴とする電源装置（１）。
2. 上記一次直流配線（７１ｄｃ）、上記二次直流配線（７２ｄｃ）、上記一次交流配線（７１ａｃ）、及び上記二次交流配線（７２ａｃ）は、上記直列構造体（１１）における直列方向（Ｓ）と直交する方向の位置に配されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置（１）。
3. 上記一次直流配線（７１ｄｃ）と上記二次直流配線（７２ｄｃ）とは、上記直列構造体（１１）における同じ側の面に対向する位置に配されており、上記一次交流配線（７１ａｃ）と上記二次交流配線（７２ａｃ）とは、上記直列構造体（１１）における同じ側の面に対向する位置に配されていることを特徴とする請求項２に記載の電源装置（１）。
4. 上記一次直流配線（７１ｄｃ）及び上記二次直流配線（７２ｄｃ）と、上記一次交流配線（７１ａｃ）及び上記二次交流配線（７２ａｃ）とは、上記直列構造体（１１）における互いに反対側の面に対向する位置に配されていることを特徴とする請求項３に記載の電源装置（１）。
5. 上記一次側半導体部品（３）と上記二次側半導体部品（４）との少なくとも一方を制御する制御回路が形成された制御基板（１２）と、上記一次交流配線（７１ａｃ）及び上記二次交流配線（７２ａｃ）とは、上記直列構造体（１１）における互いに異なる面に対向する位置に配されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源装置（１）。
6. 上記制御基板（１２）と、上記一次交流配線（７１ａｃ）及び上記二次交流配線（７２ａｃ）とは、上記直列構造体（１１）における互いに反対側の面に対向する位置に配されていることを特徴とする請求項５に記載の電源装置（１）。
7. 上記トランス（２）、上記一次側半導体部品（３）、上記二次側半導体部品（４）、及び上記チョークコイル（５）は、いずれも上記直列構造体（１１）における直列方向（Ｓ）の寸法が、該直列方向（Ｓ）に直交する方向の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源装置（１）。

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