JP6330561B2

JP6330561B2 - 電源装置

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Publication number: JP6330561B2
Application number: JP2014161391A
Authority: JP
Inventors: 幹大安藤; 勝豊見澤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-08-07
Also published as: JP2016039697A

Description

本発明は、フィルタ回路を備える電源装置に関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源装置として、トランスやダイオード等の電子部品からなる主回路と、上記電子部品に接続し上記主回路と外部機器との間の電流経路をなす配線部と、該配線部に設けられたフィルタ回路とを備えるものが知られている。

フィルタ回路は、上記配線部に設けられたインダクタとコンデンサとによって構成されている。主回路を動作させると、伝導ノイズ電流が発生して配線部を流れるため、この伝導ノイズ電流を、上記フィルタ回路によって除去している。これにより、大きな伝導ノイズ電流が外部機器に伝わらないようにしてある。

主回路を動作させると、上記伝導ノイズ電流の他に、放射ノイズが発生する。この放射ノイズがフィルタ回路に鎖交すると、フィルタ回路に新たに伝導ノイズ電流が発生し、フィルタ回路の、伝導ノイズ電流を除去する能力が低下することが知られている。そのため、主回路とフィルタ回路との間に、放射ノイズを遮蔽するシールド板を設けた電源装置が開発されている（下記特許文献１参照）。

上記シールド板を設けると、主回路から発生した放射ノイズがフィルタ回路に伝わりにくくなる。そのため、フィルタ回路から伝導ノイズ電流が新たに発生する不具合を抑制できる。

特開２０１３−２７０７７号公報

しかしながら、上記電源装置は、フィルタ回路の性能低下を必ずしも充分に抑制できるとは言えなかった。すなわち、上記電源装置では、配線部のうち、シールド板よりも主回路側に位置する部位が大きく露出しているため、この露出した部位に放射ノイズが鎖交し、新たに伝導ノイズ電流が発生してしまうことがある。そのため、フィルタ回路に伝わる伝導ノイズ電流が多くなり、フィルタ回路によって、充分に伝導ノイズ電流を除去できない場合が生じ得る。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、フィルタ回路の性能低下を充分に抑制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、グランドに接続した金属製のベースプレートと、
該ベースプレートに固定され、主回路を構成する複数の電子部品と、
上記ベースプレート上に、該ベースプレートとは絶縁した状態で設けられ、上記電子部品に接続し、上記主回路と外部機器との間の電流経路をなす配線層と、
該配線層に設けられ、フィルタ回路を構成するインダクタ及びコンデンサと、
上記配線層を、上記ベースプレートが配された側とは反対側から覆う位置に設けられ、上記電子部品から発生した放射ノイズを遮蔽する遮蔽層と、
上記フィルタ回路と上記主回路との間に設けられ、上記遮蔽層から上記ベースプレートの厚さ方向に突出し、上記放射ノイズを遮蔽するシールド板と、
上記遮蔽層と上記ベースプレートとを電気接続する複数個の接続部とを備え、
上記遮蔽層は、上記配線層のうち上記シールド板よりも上記主回路側に位置する部位を、少なくとも覆っており、
上記配線層と上記ベースプレートとの間に第１絶縁層が介在し、上記配線層と上記遮蔽層との間に第２絶縁層が介在し、上記第１絶縁層と上記配線層と上記第２絶縁層と上記遮蔽層とは、上記厚さ方向に積層されており、
上記遮蔽層と上記複数個の接続部と上記ベースプレートとによって、電流が流れるループが形成され、該ループの内側を上記配線層が貫通し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は、上記配線層のうちシールド板よりも主回路側に位置する部位を、上記遮蔽層によって覆ってある。そのため、上記部位に放射ノイズが鎖交することを、上記遮蔽層によって抑制でき、この部位から新たに伝導ノイズ電流が発生する不具合を抑制できる。そのため、フィルタ回路に伝わる伝導ノイズ電流の量を低減でき、フィルタ回路の性能低下を抑制できる。

また、上記電源装置においては、主回路とフィルタ回路との間に上記シールド板を設けてある。そのため、電子部品から発生しフィルタ回路に伝わる放射ノイズを、シールド板によって遮蔽することができる。したがって、フィルタ回路を構成するインダクタやコンデンサに放射ノイズが鎖交して、新たに伝導ノイズ電流が発生する不具合を抑制できる。そのため、フィルタ回路の性能低下を抑制できる。

また、上記電源装置においては、配線層の周囲に、電流が流れる上記ループを形成してある。そのため、上記放射ノイズの一種である交流磁界が、配線層の周囲を通ってフィルタ回路側へ伝わった場合、ループに渦電流を発生させることができ、この渦電流によって、上記交流磁界を打ち消す磁界を発生させることができる。そのため、フィルタ回路が交流磁界の影響を受けにくくなる。

以上のごとく、本発明によれば、フィルタ回路の性能低下を充分に抑制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、電源装置の断面図であって、図３のI-I断面図。図１のII-II断面図。図１のIII矢視図。図３のIV-IV断面図。図３のV-V断面図。実施例１における、電源装置の製造工程説明図。図６に続く図。図７に続く図。図８に続く図。実施例１における、電源装置の回路図。実施例２における、電源装置の断面図。実施例３における、電源装置の断面図であって、図１３のXII-XII断面図。図１２のXIII-XIII断面図。実施例４における、電源装置の断面図であって、図１５のXIV-XIV断面図。図１４のXV-XV断面図。

上記電源装置は、ハイブリッド車や電気自動車等の車両に搭載するための、車載用電源装置とすることができる。

（実施例１）
上記電源装置に係る実施例について、図１〜図１０を用いて説明する。図１〜図３に示すごとく、本例の電源装置１は、ベースプレート２と、複数の電子部品３と、配線層４ａと、インダクタ１２と、コンデンサ３と、遮蔽層４ｂと、シールド板７と、複数の接続部８とを備える。

ベースプレート２は金属製であり、グランドに接続されている。電子部品３はベースプレート２に固定されている。複数の電子部品３によって、主回路１０（図１０参照）を構成してある。配線層４ａは、ベースプレート２上に、該ベースプレート２とは絶縁した状態で設けられている。配線層４ａは、電子部品３に接続し、主回路１０と外部機器（低圧直流電源８９：図１０参照）との間の電流経路をなしている。

インダクタ１２及びコンデンサ１３は、配線層４ａに設けられている。インダクタ１２とコンデンサ１３とによって、フィルタ回路１１を構成してある。また、上記遮蔽層４ｂは、配線層４ａを、ベースプレート２を設けた側とは反対側から覆う位置に設けられている。遮蔽層４ｂは、電子部品３から発生した放射ノイズＨを遮蔽している。
シールド板７は、フィルタ回路１１と主回路１０との間に設けられ、遮蔽層４ｂからベースプレート２の厚さ方向（Ｚ方向）に突出している。シールド板７は、放射ノイズＨを遮蔽している。
また、個々の上記接続部８は、遮蔽層４ｂとベースプレート２とを電気接続している。

遮蔽層４ｂは、配線層４ａのうちシールド板７よりも主回路１０側に位置する部位４００を、少なくとも覆っている。
配線層４ａとベースプレート２との間に、第１絶縁層５ａが介在している。また、配線層４ａと遮蔽層４ｂとの間に、第２絶縁層５ｂが介在している。第１絶縁層５ａと配線層４ａと第２絶縁層５ｂと遮蔽層４ｂとは、Ｚ方向に積層されて積層基板６を構成している。
遮蔽層４ｂと複数個の接続部８とベースプレート２とによって、電流が流れるループＬが形成されている。ループＬの内側を配線層４ａが貫通している。

本例の電源装置１は、ハイブリッド車や電気自動車等の車両に搭載される、車載用電源装置である。

本例の電源装置１は、図１０に示すごとく、高圧直流電源８８の電圧を降圧して低圧直流電源８９を充電するためのＤＣ−ＤＣコンバータである。本例の電源装置１は、電子部品３として、入力コンデンサ３ａと、ＭＯＳモジュール３ｂと、トランス３ｃと、ダイオードモジュール３ｄと、チョークコイル３ｅと、平滑コンデンサ３ｆとを備える。

ＭＯＳモジュール３ｂには複数個のＭＯＳＦＥＴ３０が封止されている。このＭＯＳＦＥＴ３０をオンオフ動作させることにより、高圧直流電源８８の直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧をトランス３ｃの一次コイル３１に印加している。そして、トランス３ｃの二次コイル３２から出力される交流電圧を、ダイオードモジュール３ｄによって整流し、チョークコイル３ｅと平滑コンデンサ３ｆとを用いて平滑化している。

平滑後の出力電流に含まれる伝導ノイズ電流は、フィルタ回路１１によって除去される。そして、フィルタ回路１１を通過した出力電流を用いて、低圧直流電源８９を充電するよう構成されている。

一方、本例では図１〜図３に示すごとく、ボルト８１を用いて、積層基板６をベースプレート２に固定してある。このボルト８１によって、遮蔽層４ｂとベースプレート２とを電気的に接続してある。すなわち、本例のボルト８１は、積層基板６をベースプレート２に固定する機能と、遮蔽層４ｂとベースプレート２とを電気接続する機能との、２つの機能を兼ね備えている。

積層基板６は、上述したように、第１絶縁層５ａと、配線層４ａと、第２絶縁層５ｂと、遮蔽層４ｂとをＺ方向に積層してなる。本例の積層基板６は、配線層４ａに大電流を流すことが可能な、いわゆる厚銅基板である。

図２に示すごとく、配線層４ａの幅方向（Ｙ方向）において、配線層４ａを挟む位置に、中間グランド層４２（４２ａ，４２ｂ）が形成されている。この中間グランド層４２は、配線層４ａと同じ厚さの金属板によって形成されている。中間グランド層４２は、ボルト８１によって、ベースプレート２、すなわちグランドに電気接続されている。

中間グランド層４２と配線層４ａとの間には、隙間Ｓが形成されている。電源装置１を稼働すると、上記放射ノイズＨの一種である交流磁界が、この隙間Ｓや絶縁層５（５ａ，５ｂ）を通り、フィルタ回路１１（図１、図３参照）側へ伝わる場合がある。しかしながら、本例では上記ループＬを形成してあるため、交流磁界が通ると、ループＬに渦電流Ｉが流れる。そのため、この渦電流Ｉによって、交流磁界を打ち消す磁界が発生し、フィルタ回路１１が交流磁界の影響を大きく受けないようになっている。

図１、図４に示すごとく、第１絶縁層５ａと第２絶縁層５ｂと遮蔽層４ｂとには、インダクタ用貫通孔６１が形成されている。このインダクタ用貫通孔６１内に、磁性コア１２１が配されている。磁性コア１２１は、配線層４ａを取り囲むように設けられている。これにより、配線層４ａのうち磁性コア１２１に取り囲まれた部位をインダクタ１２にしてある。

図１、図５に示すごとく、第２絶縁層５ｂと遮蔽層４ｂには、コンデンサ用貫通孔６２が形成されている。このコンデンサ用貫通孔６２内に、コンデンサ１３が配されている。コンデンサの２つの電極１３１，１３２のうち、一方の電極１３１は配線層４ａに接続し、他方の電極１３２は遮蔽層４ｂに接続している。遮蔽層４ｂは、上記接続部８を介してベースプレート２、すなわちグランドに接続されている。したがって、コンデンサ１３の他方の電極１３２は、遮蔽層４ｂを介してグランドに電気接続されている。

図１、図３に示すごとく、第２絶縁層５ｂと遮蔽層４ｂには、切欠部６３が形成されている。この切欠部６３から、配線層４ａの一部である出力端子４１が露出している。出力端子４１は、外部機器（低圧直流電源８９：図１０参照）に電気接続される。

また、上述したように、遮蔽層４ｂには、シールド板７が取り付けられている。本例のシールド板７は、図１に示すごとく、遮蔽層４ｂとは別部材になっている。シールド板７は、遮蔽層４ｂに、はんだ付けや溶接等を行うことにより接続される。

次に、本例の電源装置１の製造方法について説明する。電源装置１を製造するには、図６に示すごとく、まず、インダクタ用貫通孔６１を形成した第１絶縁層５ａを用意する。そして図７に示すごとく、第１絶縁層５ａ上に、配線層４ａと、中間グランド層４２とをそれぞれ配置する。これら配線層４ａと中間グランド層４２とは、例えば、金属板をプレス加工等することにより形成することができる。

次いで、図８に示すごとく、配線層４ａ及び中間グランド層４２の上に、第２絶縁層５ｂを配置し、さらに遮蔽層４ｂを配置する。第２絶縁層５ｂと遮蔽層４ｂとには、インダクタ用貫通孔６１、コンデンサ用貫通孔６２、切欠部６３をそれぞれ形成してある。

その後、第１絶縁層５ａ、配線層４ａ及び中間グランド層４２、第２絶縁層５ｂ、遮蔽層４ｂをＺ方向に圧縮し、これらを一体化させる。これにより、積層基板６を形成する。

次いで、図９に示すごとく、積層基板６に、上記ボルト８１を挿入するためのボルト挿入孔８１０を形成する。また、遮蔽層４ａにシールド板７を接続する。

その後、ボルト８１を用いて、積層基板６をベースプレート２（図１参照）に固定する。また、ベースプレート２に複数の電子部品３を配置して主回路１０を形成すると共に、電子部品３を配線層４ａに接続する。以上の工程を行うことにより、本例の電源装置１を製造する。

本例の作用効果について説明する。図１、図３に示すごとく、本例では、配線層４ａのうちシールド板７よりも主回路１０側に位置する部位４００を、遮蔽層４ｂによって覆ってある。そのため、上記部位４００に放射ノイズＨが鎖交することを、遮蔽層４ｂによって抑制でき、この部位４００から新たに伝導ノイズ電流が発生する不具合を抑制できる。そのため、フィルタ回路１１に伝わる伝導ノイズ電流の量を低減でき、フィルタ回路１１の性能低下を抑制できる。

また、本例においては、主回路１０とフィルタ回路１１との間にシールド板７を設けてある。そのため、電子部品３から発生しフィルタ回路１１に伝わる放射ノイズＨを、シールド板７によって遮蔽することができる。したがって、フィルタ回路１１を構成するインダクタ１２やコンデンサ１３に放射ノイズが鎖交して、新たに伝導ノイズ電流が発生する不具合を抑制できる。そのため、フィルタ回路１１の性能低下を抑制できる。

また、図２に示すごとく、本例においては、配線層４ａの周囲に、電流が流れるループＬを形成してある。そのため、上記放射ノイズＨの一種である交流磁界が、配線層４ａの周囲を通ってフィルタ回路１１側へ伝わった場合、ループＬに渦電流Ｉを発生させることができ、この渦電流Ｉにより、交流磁界を打ち消す磁界を発生させることができる。そのため、フィルタ回路１１が、交流磁界の影響を受けにくくなる。

また、本例においては、第１絶縁層５ａと配線層４ａと第２絶縁層５ｂと遮蔽層４ｂとを積層してある。そのため、各層５ａ，４ａ，５ｂ，４ｂを互いに密着させることができ、遮蔽層４ｂを、ベースプレート２に近い位置に配置することができる。そのため、ループＬの面積を小さくすることができる。したがって、ループＬ内を通過する放射ノイズＨの量を低減することができ、フィルタ回路１１が受ける、放射ノイズＨの影響をより少なくすることができる。

また、本例では、第１絶縁層５ａと配線層４ａと第２絶縁層５ｂと遮蔽層４ｂとを積層して、１個の積層基板６を構成してある。そのため、これらの層５ａ，４ａ，５ｂ，４ｂを一部品化でき、電源装置１の構成を簡素にすることができる。

また、図１、図３に示すごとく、本例では、配線層４ａのうちシールド板７よりも主回路１０側に位置する部位４００を遮蔽層４ｂによって覆うと共に、配線層４ａのうちシールド板７よりもフィルタ回路１１側に位置する部位（フィルタ側部位４０１）をも、遮蔽層４ｂによって覆っている。そのため、シールド板７等から放射ノイズＨが漏れた場合でも、この放射ノイズＨが上記フィルタ側部位４０１に鎖交することを抑制できる。したがって、フィルタ側部位４０１から伝導ノイズ電流が新たに発生することを効果的に抑制できる。

以上のごとく、本例によれば、フィルタ回路の性能低下を充分に抑制できる電源装置を提供することができる。

なお、本例では図１０に示すごとく、フィルタ回路１１を出力側に設けたが、本発明はこれに限るものではなく、フィルタ回路１１を入力側に設けてもよい。

また、本例では複数のＭＯＳＦＥＴ３０を内蔵したＭＯＳモジュール３ｂを用いているが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、個々のＭＯＳＦＥＴ３０を個別に内蔵した、いわゆるディスクリート部品を用いてもよい。ダイオードモジュール３ｄについても同様である。

（実施例２）
以下の実施例においては、図面に用いられる符号のうち、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。

本例は、シールド板７の構造を変更した例である。図１１に示すごとく、本例では、シールド板７と遮蔽層４ｂとを一つの部材により形成してある。すなわち、シールド板７を遮蔽層４ｂとは別部材にするのではなく、遮蔽層４ｂの一部を折り曲げることにより、シールド板７を形成してある。

本例のようにすると、シールド板７を遮蔽層４ｂとは別部材にする必要がなくなるため、部品点数を低減することができる。そのため、電源装置１の製造コストを低減することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、接続部８の構造を変更した例である。図１２、図１３に示すごとく、本例では、ループＬを構成する接続部８を、コンタクトビア８０にしてある。
本例では、第１絶縁層５ａとベースプレート２との間に、該ベースプレート２に接続した金属製のプレート接続層４ｃを介在させてある。このプレート接続層４ｃと、第１絶縁層５ａと、配線４ａ及び中間グランド層４２と、第２絶縁層５ｂと、被覆層４ｂとを積層して積層基板６を構成してある。

本例では図１３に示すごとく、積層基板６内に、上記コンタクトビア８０を形成してある。コンタクトビア８０は、第２絶縁層５ｂ、中間グランド層４２、第１絶縁層５ａを貫通している。このコンタクトビア８０によって、遮蔽層４ｂをプレート接続層４ｃに接続している。遮蔽層４ｂは、コンタクトビア８０とプレート接続層４ｃとを介して、ベースプレート２に電気接続されている。そして、遮蔽層４ｂと、２つのコンタクトビア８０と、プレート接続層４ｃと、ベースプレート２とによって、電流が流れるループＬを形成してある。

上記構成にすると、実施例１と比べて、ボルト８１の数を低減させることができる。そのため、積層基板６をベースプレート２に固定する作業を、短時間で完了することが可能になる。

また、接続部８としてボルト８１を用いる場合は、ボルト８１の頭部がシールド板７と干渉することを抑制するため、ボルト８１を、シールド板７から離れた位置に設ける必要がある（図１参照）が、コンタクトビア８０の場合は、このような制約がない。そのため、例えば本例のように、Ｚ方向から見たときにシールド板７と重なる位置に、コンタクトビア８０を形成することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１４、図１５に示すごとく、ベースプレート２に金属製のカバー１４を設けた例である。このカバー１４内に、複数の電子部品と、積層基板６と、シールド板７と、インダクタ１２と、コンデンサ１３とが配されている。シールド板７の側面７１は、カバー１４の内面１４１と接触している。これにより、シールド板７とカバー１４との間に隙間が形成されないようにしてある。

このようにすると、電子部品３から発生した放射磁界Ｈが外部機器に伝わることを、カバー１４によって抑制することができる。また、カバー１４とシールド板７とによって、放射磁界Ｈを閉じ込めることができるため、フィルタ回路１１に伝わる放射磁界Ｈの量を、より低減することができる。そのため、フィルタ回路１１の性能低下をより効果的に抑制できる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

１電源装置
１０主回路
１１フィルタ回路
１２インダクタ
１３コンデンサ
２ベースプレート
３電子部品
４ａ配線層
４ｂ遮蔽層
５ａ第１絶縁層
５ｂ第２絶縁層
６積層基板
７シールド板
８接続部
Ｌループ

Claims

グランドに接続した金属製のベースプレート（２）と、
該ベースプレート（２）に固定され、主回路（１０）を構成する複数の電子部品（３）と、
上記ベースプレート（２）上に、該ベースプレート（２）とは絶縁した状態で設けられ、上記電子部品（３）に接続し、上記主回路（１０）と外部機器との間の電流経路をなす配線層（４ａ）と、
該配線層（４ａ）に設けられ、フィルタ回路（１１）を構成するインダクタ（１２）及びコンデンサ（１３）と、
上記配線層（４ａ）を、上記ベースプレート（２）が配された側とは反対側から覆う位置に設けられ、上記電子部品（３）から発生した放射ノイズを遮蔽する遮蔽層（４ｂ）と、
上記フィルタ回路（１１）と上記主回路（１０）との間に設けられ、上記遮蔽層（４ｂ）から上記ベースプレート（２）の厚さ方向に突出し、上記放射ノイズを遮蔽するシールド板（７）と、
上記遮蔽層（４ｂ）と上記ベースプレート（２）とを電気接続する複数個の接続部（８）とを備え、
上記遮蔽層（４ｂ）は、上記配線層（４ａ）のうち上記シールド板（７）よりも上記主回路（１０）側に位置する部位（４００）を、少なくとも覆っており、
上記配線層（４ａ）と上記ベースプレート（２）との間に第１絶縁層（５ａ）が介在し、上記配線層（４ａ）と上記遮蔽層（４ｂ）との間に第２絶縁層（５ｂ）が介在し、上記第１絶縁層（５ａ）と上記配線層（４ａ）と上記第２絶縁層（５ｂ）と上記遮蔽層（４ｂ）とは、上記厚さ方向に積層されており、
上記遮蔽層（４ｂ）と上記複数個の接続部（８）と上記ベースプレート（２）とによって、電流が流れるループ（Ｌ）が形成され、該ループ（Ｌ）の内側を上記配線層（４ａ）が貫通していることを特徴とする電源装置（１）。
上記シールド板（７）と上記遮蔽層（４ｂ）とは、一つの部材によって形成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）。
上記第１絶縁層（５ａ）と上記ベースプレート（２）との間に、該ベースプレート（２）に接続した、金属製のプレート接続層（４ｃ）が介在しており、上記複数個の接続部（８）のうち少なくとも一部の上記接続部（８）は、上記第１絶縁層（５ａ）と上記第２絶縁層（５ｂ）とを貫通し上記遮蔽層（４ｂ）と上記プレート接続層（４ｃ）とを互いに電気接続するコンタクトビア（８０）からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源装置（１）。
上記第１絶縁層（５ａ）と上記配線層（４ａ）と上記第２絶縁層（５ｂ）と上記遮蔽層（４ｂ）とは、上記厚さ方向に積層されて積層基板（６）を構成しており、上記ベースプレート（２）には金属製のカバー（１４）が取り付けられ、該カバー（１４）内に、上記複数の電子部品（３）と上記積層基板（６）と上記シールド板（７）と上記インダクタ（１２）と上記コンデンサ（１３）とが配されており、上記シールド板（７）の側面（７１）と上記カバー（１４）の内面（１４１）とが接触していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電源装置（１）。