JP7301600B2 - Power supply and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、電源装置、及び電源装置を搭載した画像形成装置に関する。 The present invention relates to a power supply and an image forming apparatus equipped with the power supply.
スイッチング電源装置のスイッチング素子のスイッチング動作により発生する電流は、スイッチング素子の内部配線や、プリント基板上のパターン配線等の電流経路に寄生するインダクタンスのインピーダンスに起因した電位変動を生じさせる。この電位変動がノイズ源となり、発生したノイズが同一プリント基板内の電源パターン、又はグランドパターンを伝搬し、プリント基板に接続される束線や金属筺体がアンテナとなって、ノイズが放射されてしまう。従来の放射ノイズ対策としては、ノイズが伝搬するプリント基板上のパターン配線上にフェライトビーズを配置したり、束線にコアを取り付けたり、束線をツイストする等の対策が挙げられる。また、その他の放射ノイズ対策として、例えばプリント基板上のパターン配線の幅を拡大したり、プリント基板を２層の両面プリント基板にして、パターン配線のインピーダンスを小さくしたりする方法がとられていた。 The current generated by the switching operation of the switching element of the switching power supply causes potential fluctuation due to the impedance of the inductance parasitic on the current path such as the internal wiring of the switching element and the pattern wiring on the printed circuit board. This potential fluctuation becomes a noise source, and the generated noise propagates through the power supply pattern or ground pattern in the same printed circuit board, and the bundled wires and metal housing connected to the printed circuit board act as an antenna and radiate the noise. . Conventional countermeasures against radiation noise include arranging ferrite beads on pattern wiring on printed circuit boards through which noise propagates, attaching cores to bundles, and twisting bundles. In addition, as other radiation noise countermeasures, for example, methods such as increasing the width of the pattern wiring on the printed circuit board, or making the printed circuit board a two-layer double-sided printed circuit board to reduce the impedance of the pattern wiring have been taken. .
しかしながら、フェライトビーズやコア等のノイズ対策用の部品の追加や、束線のツイスト化、プリント基板のパターン配線幅の拡大は、プリント基板のサイズを拡大することになる。また、プリント基板のサイズ拡大や、プリント基板を２層の両面プリント基板にすることは、コストアップという課題を生じる。 However, the addition of anti-noise components such as ferrite beads and cores, the twisting of the wire bundle, and the expansion of the pattern wiring width of the printed circuit board result in an increase in the size of the printed circuit board. In addition, increasing the size of the printed circuit board and using a two-layer double-sided printed circuit board as the printed circuit board raises the problem of increased cost.
そこで、この課題を解決するために、例えば特許文献１では、次のような片面プリント基板が提案されている。すなわち、特許文献１の片面プリント基板では、半田面側の高周波信号が流れるパターン配線と対向する部品面側に導電性シート部材を取付け、部品面側の導電性シート部材と半田面側のグランドパターンとをジャンパ線を介して電気的に接続している。これにより、片面プリント基板では、例えばＣＰＵとＡＳＩＣが通信する際に高周波信号が流れるバスラインやクロックライン等のパターンと、基板を介して対向する面にグランドプレーンが形成されることになる。その結果、マイクロストリップ構造とほぼ同等の構成を形成されることにより、放射ノイズを低減させることができる。
In order to solve this problem, for example,
上述した放射ノイズ対策の方法は、片面プリント基板上のＣＰＵとＡＳＩＣが通信する際に高周波数の信号が流れるバスラインやクロックライン等を想定している。この種の片面プリント基板では、半田面側に設けられた、高周波信号が流れるバスラインやクロックラインのパターン領域と基板を介して対向する部品面側には部品が実装されていない。そのため、片面プリント基板の半田面側の高周波信号パターン領域に対向する部品面側を導電性シートで覆うことが可能である。 The above radiation noise countermeasures assume bus lines, clock lines, and the like through which high-frequency signals flow when the CPU and ASIC on a single-sided printed circuit board communicate with each other. In this type of single-sided printed circuit board, no components are mounted on the component side facing the pattern areas of the bus lines and clock lines through which high-frequency signals flow, which are provided on the solder side. Therefore, it is possible to cover the component side facing the high-frequency signal pattern area on the solder side of the single-sided printed circuit board with the conductive sheet.
しかしながら、スイッチング電源装置では、プリント基板の部品面側には、コイルや半導体、ジャンパ線等のリード部品が実装されることが多い。そのため、スイッチング電源装置のプリント基板の半田面側の電流経路のパターン配線領域と、プリント基板を介して対向する部品面側の領域を、導電性シートで覆えない場合も考えられる。また、商用交流電源から入力される交流電圧からスイッチング素子のスイッチング動作により直流電圧を生成するスイッチング電源装置では、リード部品には高電圧が印加されている箇所がある。この高電圧が印加されている箇所と導電性シートとの距離が近いと放電現象が生じ、その結果、スイッチング電源装置の誤動作等が発生してしまう場合がある。そのため、導電性シートと高電圧が印加されているリード部品との間に距離を確保する必要があり、電流経路であるパターン配線領域を導電性シートで覆うことが困難な場合もある。 However, in switching power supply devices, lead components such as coils, semiconductors, and jumper wires are often mounted on the component side of the printed circuit board. Therefore, there may be a case where the conductive sheet cannot cover the pattern wiring area of the current path on the solder surface side of the printed circuit board of the switching power supply and the area on the component surface side facing the printed circuit board. Further, in a switching power supply device that generates a DC voltage from an AC voltage input from a commercial AC power supply through switching operation of a switching element, there are portions to which a high voltage is applied to lead parts. If the distance between the portion to which the high voltage is applied and the conductive sheet is short, a discharge phenomenon may occur, resulting in malfunction of the switching power supply device. Therefore, it is necessary to secure a distance between the conductive sheet and the lead component to which a high voltage is applied, and it may be difficult to cover the pattern wiring region, which is the current path, with the conductive sheet.
また、近年はスイッチング電源装置に使用される部品を小型化するために、スイッチング素子のスイッチング周波数が高周波化している。これにより、スイッチング素子のスイッチング動作時に発生するスイッチング損失が大きくなり、その際に生じるスイッチング素子の発熱が課題となっている。 In recent years, the switching frequency of switching elements has been increased in order to miniaturize components used in switching power supply devices. As a result, the switching loss that occurs during the switching operation of the switching element increases, and the heat generated in the switching element at that time becomes a problem.
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to reduce radiation noise and heat generated by switching elements in a power supply device.
上述した課題を解決するために、本発明では、以下の構成を備える。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
（１）回路部品が実装されたプリント基板を有し、第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する電源装置であって、前記プリント基板は、パターン配線が形成された第１の面と、前記第１の面と前記プリント基板を介して対向し、パターン配線が形成されない第２の面と、を有し、前記第１の面には、前記回路部品が実装され、前記第２の面には、前記回路部品の内の発熱素子が発する熱を放熱するために、板状の金属部材が前記プリント基板を介して前記発熱素子を覆う位置に設置され、前記金属部材は、前記プリント基板に設けられたスリットから前記第１の面側に突出する端子を有し、前記端子は、前記第１の面に実装された前記回路部品に接続された、グランドのパターン配線と電気的に接続されていることを特徴とする電源装置。 (1) A power supply device having a printed circuit board on which circuit components are mounted and converting a first DC voltage into a second DC voltage, wherein the printed circuit board has a first surface on which pattern wiring is formed. and a second surface on which pattern wiring is not formed and which faces the first surface through the printed circuit board, the circuit component being mounted on the first surface, and the second surface. In order to dissipate the heat generated by the heating element in the circuit component, a plate-shaped metal member is installed at a position covering the heating element via the printed circuit board on the surface of the a terminal protruding toward the first surface from a slit provided in a printed circuit board, the terminal being electrically connected to a ground pattern wiring connected to the circuit component mounted on the first surface; A power supply, characterized in that it is connected to a
（２）記録材に画像形成を行う画像形成手段と、回路部品が実装されたプリント基板を有し、第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する電源装置と、を備える画像形成装置であって、前記プリント基板は、パターン配線が形成された第１の面と、前記第１の面と前記プリント基板を介して対向し、パターン配線が形成されない第２の面と、を有し、前記第１の面には、前記回路部品が実装され、前記第２の面には、前記回路部品の内の発熱素子が発する熱を放熱するために、板状の金属部材が前記プリント基板を介して前記発熱素子を覆う位置に設置され、前記金属部材は、前記プリント基板に設けられたスリットから前記第１の面側に突出する端子を有し、前記端子は、前記第１の面に実装された前記回路部品に接続された、グランドのパターン配線と電気的に接続されていることを特徴とする画像形成装置。 (2) An image forming apparatus comprising: an image forming means for forming an image on a recording material; The printed circuit board has a first surface on which pattern wiring is formed, and a second surface on which the pattern wiring is not formed and faces the first surface with the printed circuit board interposed therebetween. , the circuit component is mounted on the first surface, and a plate-like metal member is mounted on the printed board on the second surface for dissipating heat generated by a heating element in the circuit component. and the metal member has a terminal projecting from a slit provided in the printed circuit board toward the first surface, and the terminal extends from the first surface. An image forming apparatus, wherein the image forming apparatus is electrically connected to a ground pattern wiring connected to the circuit components mounted on the substrate.
本発明によれば、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce radiation noise and heat generation of switching elements in a power supply device.
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Below, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
［ＤＣ／ＤＣコンバータの構成］
図１は、実施例１が適用される、第一の直流電圧を第二の直流電圧へ変換するスイッチング電源装置であるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。図１を参照しながら、ＤＣ／ＤＣコンバータの構成及び動作について説明する。
[Configuration of DC/DC converter]
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a DC/DC converter, which is a switching power supply device that converts a first DC voltage into a second DC voltage, to which
第一の直流電圧である入力電圧Ｖｉｎは、入力コンデンサ１（第１のコンデンサ）、及びＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部である制御ＩＣ１０のＶｃｃ端子に印加される。その後、制御ＩＣ１０が立ち上がり、スイッチング素子である電界効果トランジスタ２（以下、ＦＥＴ２という）のスイッチング動作の制御を開始する。ＦＥＴ２のゲート端子は、抵抗８を介して、制御ＩＣ１０のＯＵＴ端子に接続されている。制御ＩＣ１０は、断続的にＯＵＴ端子からＦＥＴ２のゲート端子にパルス信号を出力することにより、ＦＥＴ２をオン、オフさせて、ＦＥＴ２のスイッチング動作を制御する。ＦＥＴ２をオン、オフすることにより、コンデンサ１の電圧がインダクタ４にパルス電圧として供給される。インダクタ４に供給されたパルス電圧は、インダクタ４、ダイオード３、出力コンデンサ５（第２のコンデンサ）により直流電圧に変換される。出力コンデンサ５に蓄積された直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏｕｔとして、接続された負荷に供給される。ＦＥＴ２がオン状態のときは、ダイオード３は概ね非導通状態（オフ状態）であり、ＦＥＴ２がオフ状態のときは、ダイオード３は導通状態（オン状態）となる。そのため、ダイオード３も、ＦＥＴ２と同様に、スイッチング素子ということができる。
An input voltage Vin, which is a first DC voltage, is applied to an input capacitor 1 (first capacitor) and a Vcc terminal of a
また、出力電圧Ｖｏｕｔは、分圧抵抗６、７により分圧され、分圧された電圧は、制御ＩＣ１０のＩＮ２端子に入力される。制御ＩＣ１０は、内部に基準電圧とエラーアンプを有しており、基準電圧とＩＮ２端子に入力された、出力電圧Ｖｏｕｔの分圧された電圧との誤差情報に基づいて、ＦＥＴ２のオンデューティを制御する。これにより、制御ＩＣ１０は、出力電圧Ｖｏｕｔを目標とする直流電圧に安定して制御することができる。なお、上述した抵抗８は、ＦＥＴ２のゲート端子に接続されるゲート抵抗であり、抵抗９は、ＦＥＴ２をオフするために、ＦＥＴ２のドレイン端子とゲート端子との間に接続される抵抗である。
Also, the output voltage Vout is divided by the voltage dividing
また、金属部材１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータと図中、２箇所（Ａ部、Ｂ部）で接続されている。Ａ部は、入力コンデンサ１のグランド（図中、Ｇで示す）側（接地側）の端子であり、Ｂ部は、スイッチング素子であるダイオード３のグランド側に接続されたアノード端子である。
Also, the
［ノイズ発生のメカニズム］
次に、ＦＥＴ２のスイッチング動作によるノイズ発生のメカニズムについて説明する。上述したように、ＦＥＴ２は、制御ＩＣ１０の制御により、オン状態、オフ状態を繰り返す。ＦＥＴ２がオフ状態の間は、インダクタ４は、蓄えられたエネルギーを放出するために、図中の破線で示す電流経路ｉ１により、出力コンデンサ５とダイオード３に電流が流れる。一方、制御ＩＣ１０による制御により、ＦＥＴ２がオン状態になると、直前まで電流を流していたダイオード３の逆回復電流特性による逆回復電流により、図中の一点鎖線で示す電流経路ｉ２で、電流が流れる。すなわち、入力コンデンサ１―ＦＥＴ２－ダイオード３―入力コンデンサ１の経路で、電流が流れる。このときに、ＦＥＴ２やダイオード３の内部配線（ボンディングワイヤー）や基板のパターン配線等の寄生インダクタンス成分に、エネルギーが蓄積される。そして、蓄積されたエネルギーは、ダイオード３の逆回復電流がなくなった際に解放されることにより、大きなオーバーシュートによる高電圧が発生し、その後、上述した電流経路ｉ２の寄生インダクタンスと回路の寄生容量によるＬＣ共振を生じる。ＬＣ共振によるリンギング電圧がノイズ源となったノイズが生じ、同一基板内のパターン配線を伝搬することになる。
[Mechanism of noise generation]
Next, the mechanism of noise generation due to the switching operation of FET2 will be described. As described above, the FET2 is repeatedly turned on and off under the control of the control IC10. While the
本実施例では、このノイズを低減するために、図１のグランドのパターン配線中のＡ部とＢ部を金属部材１１で接続し、金属部材１１により電流経路ｉ２の上のグランドのパターン配線のインピーダンスを小さくする。これにより、ノイズを低減することができる。 In this embodiment, in order to reduce this noise, the A portion and the B portion of the ground pattern wiring in FIG. Decrease the impedance. Thereby, noise can be reduced.
［金属部材の配置］
図２は、片面プリント基板に取り付けられる金属部材１１を説明する図である。図２（ａ）～（ｄ）の各図において、図１で説明した回路部品には同じ符号を用いることで、ここでの説明を省略する。
[Arrangement of metal members]
FIG. 2 is a diagram for explaining the
図２（ａ）は、金属部材１１を片面プリント基板１２の部品面側に取り付ける前の状態を示した斜視図である。片面プリント基板１２において、図中上側の面はインダクタ４を実装する部品面（第２の面）であり、パターン配線が形成されない部品面に対向する片面プリント基板１２の裏面は、パターン配線が形成される半田面（第１の面）である。金属部材１１は板状の部材であり、金属部材１１の一部が図中下方向に折り曲げられて形成された、２つの端子１１ａ，１１ｂを有している。端子１１ａ、１１ｂは、金属部材１１を片面プリント基板１２の半田面側のグランドパターン配線と電気的に接続するために、片面プリント基板１２の対向する位置に設けられた挿入穴に挿入する端子である。また、片面プリント基板１２には、２つの挿入穴１２ａ、１２ｂが設けられている。挿入穴１２ａ、１２ｂは、それぞれ金属部材１１の端子１１ａ、１１ｂを挿入するために設けられたスリット状の穴である。
FIG. 2(a) is a perspective view showing a state before the
図２（ｂ）は、金属部材１１を片面プリント基板１２の部品面側に実装した状態を示す斜視図である。なお、枠で囲まれた吹き出し図は、金属部材１１が片面プリント基板１２に実装されている部分を拡大した斜視図であり、金属部材１１の端子１１ａ、１１ｂが、それぞれ、片面プリント基板１２に設けられた挿入穴１２ａ、１２ｂに挿入された状態を示している。図２（ｂ）に示すように、金属部材１１は、片面プリント基板１２の部品面側に密着するように並行に実装されている。
FIG. 2(b) is a perspective view showing a state in which the
図２（ｃ）は、片面プリント基板１２に実装された金属部材１１を片面プリント基板１２の部品面側の真上から見たときの上面図である。図２（ｃ）では、片面プリント基板１２の部品面側に実装される金属部材１１、インダクタ４は実線で示している。一方、片面プリント基板１２の部品面側の反対側の半田面に実装されるＦＥＴ２、ダイオード３は、点線で示している。なお、片面プリント基板１２の半田面側に実装されているＦＥＴ２、ダイオード３は、スイッチング動作により発熱する発熱素子である。金属部材１１は、発熱素子であるＦＥＴ２、ダイオード３を、片面プリント基板１２を介して覆いかぶさる形状を有し、部品面と並行に配置されている。
FIG. 2(c) is a top view of the
図２（ｄ）は、片面プリント基板１２を、図２（ｃ）のＡ－Ａ’線で切断したときの断面図である。図２（ｄ）において、片面プリント基板１２の図中上側のインダクタ４が実装されている面が部品面であり、図中下側のＦＥＴ２、ダイオード３が実装されている面が半田面である。図２（ｄ）に示すように、金属部材１１は、片面プリント基板１２の部品面に密着して配置され、片面プリント基板１２を介して発熱素子であるＦＥＴ２とダイオード３の半田面側の設置面積に対向する部品面側の領域を覆っているのが分かる。この構成により、ＦＥＴ２とダイオード３から生じる発熱は、片面プリント基板１２を介して金属部材１１に伝導し、金属部材１１から周囲に放熱される。本実施例では、ＦＥＴ２とダイオード３が片面プリント基板１２を介して対向する部品面側の領域を覆う位置に、金属部材１１を配置することにより、ＦＥＴ２とダイオード３の放熱を行うことができる。また、金属部材１１の端子１１ａ、１１ｂは、挿入穴１２ａ、１２ｂを通って半田面側に突出し、半田付けされている。
FIG. 2(d) is a cross-sectional view of the single-sided printed
［片面プリント基板のパターン配線］
図３は、図１で示したＤＣ／ＤＣコンバータのパターン配線のレイアウトの一部を模式的に示した図であり、片面プリント基板１２の部品面から見たときの透視図である。なお、図３では、図１に示す回路部品と同じ符号を付すことにより、ここでの説明を省略する。また、図３は、片面プリント基板１２の部品面から見たときの透視図である。そのため、片面プリント基板１２の部品面に実装される部品（例えば金属部材１１、インダクタ４等）は破線で示し、片面プリント基板１２の半田面に実装される部品（ＦＥＴ２、ダイオード３、制御ＩＣ１０等）は実線で示している。なお、枠で囲まれた吹き出し図は、図１で説明した制御ＩＣ１０の端子の位置を示す図である。
[Pattern wiring of single-sided printed circuit board]
FIG. 3 is a diagram schematically showing part of the layout of the pattern wiring of the DC/DC converter shown in FIG. In addition, in FIG. 3, by attaching the same reference numerals as those of the circuit components shown in FIG. 1, the explanation here is omitted. FIG. 3 is a perspective view of the single-sided printed
図３において、網掛け塗りで示されるパターン配線Ｇは、ＤＣ／ＤＣコンバータのグランドのパターン配線である。また、ランドＧａは、グランドのパターン配線Ｇと同電位のランドであり、金属部材１１の端子１１ａと半田付けにより電気的に接続される。図３に示すように、図１のＡ部であるランドＧａは、入力コンデンサ１のグランド側に接続される端子１ａの可能な限り近傍に配置される。また、ランドＧｂも、ランドＧａと同様に、グランドのパターン配線Ｇと同電位のランドであり、金属部材１１の端子１１ｂと半田付けにより電気的に接続される。図１のＢ部であるランドＧｂは、ダイオード３のグランド側に接続されるアノード端子である端子３ａ、３ｂの可能な限り近傍に配置される。また、パターン配線Ｇは、出力コンデンサ５の一端や、抵抗７の一端、制御ＩＣ１０のＧＮＤ（グランド）端子に接続されている。
In FIG. 3, the pattern wiring G indicated by hatching is the ground pattern wiring of the DC/DC converter. The land Ga has the same potential as the ground pattern wiring G, and is electrically connected to the terminal 11a of the
斜線で示される入力電圧Ｖｉｎのパターン配線は、端子１ａがグランドのパターン配線Ｇに接続された入力コンデンサ１の他端やＦＥＴ２のドレイン端子、抵抗９の一端、制御ＩＣ１０のＶｃｃ端子に接続されている。ドットで示される出力電圧Ｖｏｕｔのパターン配線は、ジャンパ線で接続された２つのパターン配線から構成されている。一方の出力電圧Ｖｏｕｔのパターン配線は、インダクタ４の一端や出力コンデンサ５の一端と接続されている。また、一端が出力電圧Ｖｏｕｔのパターン配線と接続されたインダクタ４の他端は、パターン配線を介して、ダイオード３のカソード端子や、ＦＥＴ２のソース端子と接続されている。もう一方の出力電圧Ｖｏｕｔのパターン配線には、分圧抵抗６の一端と接続されている。また、分圧抵抗６の他端は、分圧抵抗７の一端及び制御ＩＣ１０のＩＮ２端子と接続され、分圧抵抗７の他端は、グランドのパターン配線Ｇと接続されている。また、制御ＩＣ１０のＯＵＴ端子は、抵抗８の一端と接続され、抵抗８の他端は、抵抗９の一端及びＦＥＴ２のゲート端子と接続されている。抵抗９の他端は、入力電圧Ｖｉｎのパターン配線に接続されている。
The pattern wiring of the input voltage Vin indicated by diagonal lines is connected to the other end of the
以上説明したように、片面プリント基板１２の部品面に金属部材１１を設置し、半田面のグランドのパターン配線と電気的に接続することにより、グランドのパターン配線のインピーダンスを小さくすることができる。これにより、スイッチング素子のスイッチング動作時の電流経路上に生じる寄生インダクタンスに起因するノイズを抑えることができる。また、スイッチング素子であるＦＥＴ２とダイオード３の発熱が片面プリント基板１２を介して金属部材１１に伝導され、金属部材１１から周囲へ放熱される。これにより、ＦＥＴ２とダイオード３の温度上昇を抑制することができる。
As described above, by placing the
本実施例では、金属部材１１の端子１１ａ、１１ｂを、入力コンデンサ１とスイッチング素子であるダイオード３のグランドのパターン配線に接続する構成で説明した。しかしながら、接続箇所はこの構成に限定されるものではなく、例えば、金属部材１１の端子１１ａ、１１ｂとの接続箇所を、入力コンデンサ１と出力コンデンサ５のグランドのパターン配線でも、同様の効果が得られる。また、金属部材１１の端子１１ａ、１１ｂとの接続箇所を出力コンデンサ５とスイッチング素子であるダイオード３のグランドのパターン配線にしてもよい。
In this embodiment, the
また、本実施例では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、ダイオード整流方式の降圧コンバータを例にして説明したが、この電源方式に限られたものでない。例えば、同期整流方式の降圧コンバータや昇圧コンバータ、トランスを用いたスイッチング電源装置にも、本実施例を適用することができる。 In addition, in the present embodiment, the DC/DC converter has been described as an example of a diode rectification type step-down converter, but it is not limited to this power supply type. For example, this embodiment can be applied to a synchronous rectification buck converter, a boost converter, and a switching power supply device using a transformer.
以上説明したように、本実施例によれば、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to reduce the radiation noise and the heat generated by the switching elements in the power supply device.
実施例１では、金属部材がＤＣ／ＤＣコンバータの片面プリント基板の部品面側に設置され、半田面側と接続されている実施例について説明した。実施例２では、金属部材がＤＣ／ＤＣコンバータが実装された電子機器にも接続されている実施例について説明する。
In
［ＤＣ／ＤＣコンバータの構成］
図４は、本実施例が適用される、第一の直流電圧を第二の直流電圧へ変換するスイッチング電源装置であるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。実施例１の図１では、金属部材１１はＤＣ／ＤＣコンバータのＡ部及びＢ部と接続されていたが、本実施例では、更にグランドに接続されている（接地されている）点が、実施例１とは異なる。本実施例では、金属部材１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータが設置される電子機器（例えば画像形成装置）の筐体１３（接地板金１３とも言う）に電気的に接続されている点が、実施例１と異なる。なお、図４のその他の構成は、実施例１の図１と同様であり、同じ回路部品には図１と同じ符号を用いて説明することで、ここでの説明は省略する。
[Configuration of DC/DC converter]
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of a DC/DC converter, which is a switching power supply device that converts a first DC voltage into a second DC voltage, to which this embodiment is applied. In FIG. 1 of
［金属部材の配置］
図５は、片面プリント基板１２に取り付けられる金属部材１１を説明する図である。図５（ａ）～（ｄ）の各図において、図４で説明した回路部品には同じ符号を用いることで、ここでの説明を省略する。また、片面プリント基板１２や金属部材１１において、実施例１の図２と同様の構成については、同じ符号を用いることで、ここでの説明は省略する。
[Arrangement of metal members]
FIG. 5 is a diagram illustrating the
図５（ａ）は、金属部材１１を片面プリント基板１２の部品面側に取り付ける前の状態を示した斜視図である。片面プリント基板１２において、図中上側の面はインダクタ４を実装する部品面であり、部品面に対向する片面プリント基板１２の裏面は、半田面である。金属部材１１は、片面プリント基板１２の半田面側のグランドのパターン配線と電気的に接続するために、片面プリント基板１２に設けられた挿入穴１２ａ、１２ｂに挿入される端子１１ａ、１１ｂを有している。金属部材１１は、更に、片面プリント基板１２を介して電子機器の筐体１３（図５（ａ）では不図示）と電気的に接続するためのビス１４を通すためのネジ穴１１ｄを有している。そして、金属部材１１の端子１１ａ、１１ｂを片面プリント基板１２の挿入穴１２ａ，１２ｂに挿入した際に、片面プリント基板１２のネジ穴１１ｄに対向する位置に、ビス１４を通すためのネジ穴１２ｄが設けられている。なお、本実施例では、金属部材１１のネジ穴１１ｄは、端子１１ａ、１１ｂとは、対角線上の反対側の端部の近傍に設けられている。
FIG. 5(a) is a perspective view showing a state before the
図５（ｂ）は、金属部材１１を片面プリント基板１２の部品面側に実装した状態を示す斜視図である。図５（ｂ）は、金属部材１１の端子１１ａ、１１ｂが、それぞれ、片面プリント基板１２に設けられた挿入穴１２ａ、１２ｂに挿入された状態を示している。更に、金属部材１１に設けられたネジ穴１１ｄには、ビス１４が挿入され、電子機器の筐体１３（図５（ｂ）では不図示）と電気的に接続されるように締結されている状態を示している。
FIG. 5(b) is a perspective view showing a state in which the
図５（ｃ）は、片面プリント基板１２に実装された金属部材１１を片面プリント基板１２の部品面側の真上から見たときの上面図である。図５（ｃ）では、片面プリント基板１２の部品面側に実装される金属部材１１、インダクタ４は実線で示している。一方、片面プリント基板１２の部品面側の反対側の半田面に実装されるＦＥＴ２、ダイオード３は、点線で示している。なお、金属部材１１は、発熱素子であるＦＥＴ２、ダイオード３を、片面プリント基板１２を介して覆いかぶさる形状を有し、部品面と並行に配置されている。また、金属部材１１のネジ穴１１ｄ（図５（ｃ）では不図示）には、ビス１４が挿入されている状態を示している。
FIG. 5(c) is a top view of the
図５（ｄ）は、片面プリント基板１２を、図２（ｃ）のＡ－Ａ’線で切断したときの断面図である。図５（ｄ）において、片面プリント基板１２の図中上側の面が部品面であり、図中下側の面が半田面である。更に、図５（ｄ）では、ＤＣ／ＤＣコンバータの片面プリント基板１２が、金属部材１１のネジ穴１１ｄに挿入されたビス１４により、ＤＣ／ＤＣコンバータを備える電子機器の筐体１３と締結されている状態を示している。これにより、金属部材１１は、電子機器の筐体１３と電気的に接続されている。一般的に、電子機器の筐体は、グランドに接続されている（設置されている）。その結果、金属部材１１は，電位的に安定した電子機器の筐体１３に電気的に接続されることで、ノイズの伝搬を更に低減することが可能となる。以上説明したように、本実施例によれば、実施例１と比べて、金属部材１１を電子機器の筐体１３に電気的に接続することで、更に放射ノイズを低減することができる。
FIG. 5(d) is a cross-sectional view of the single-sided printed
以上説明したように、本実施例によれば、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to reduce the radiation noise and the heat generated by the switching elements in the power supply device.
実施例３は、実施例２に対して、ＤＣ／ＤＣコンバータの半田面に設けられたグランドのパターン配線を分割し、金属部材１１を分割された半田面のグランドのパターン配線と接続することにより、グランドプレーンとする実施例について説明する。
［ＤＣ／ＤＣコンバータの構成］
図６は、本実施例が適用される、第一の直流電圧を第二の直流電圧へ変換するスイッチング電源装置であるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。実施例２の図４では、金属部材１１はＤＣ／ＤＣコンバータのＡ部、Ｂ部、電子機器の筐体１３と接続されていたが、本実施例では、更に、出力コンデンサ５のグランド側（Ｇ側）のＣ部とも接続されている点が異なる。なお、図６のその他の構成は、実施例２の図４と同様であり、同じ回路部品は図４と同じ符号を用いて説明することで、ここでの説明は省略する。
[Configuration of DC/DC converter]
FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of a DC/DC converter, which is a switching power supply for converting a first DC voltage into a second DC voltage, to which this embodiment is applied. In FIG. 4 of the second embodiment, the
［金属部材の配置］
図７は、片面プリント基板１２に取り付けられる金属部材１１を説明する図である。図７（ａ）は、金属部材１１を片面プリント基板１２の部品面側に取り付ける前の状態を示した斜視図である。図７（ａ）では、実施例２の図５（ａ）と比べて、金属部材１１を出力コンデンサ５のグランド側（Ｇ側）のＣ部に接続するために、金属部材１１の端子１１ａ、１１ｂと対向する端部側に、端子１１ｃが設けられている点が異なる。また、金属部材１１を片面プリント基板１２に設置した際に、片面プリント基板１２の金属部材１１の端子１１ｃに対向する位置には、挿入穴１２ｃが設けられている。なお、図７（ａ）、（ｂ）の各図において、図６で説明した回路部品には同じ符号を用いることで、ここでの説明を省略する。また、片面プリント基板１２や金属部材１１において、実施例２の図６と同様の構成については、同じ符号を用いることで、ここでの説明は省略する。
[Arrangement of metal members]
FIG. 7 is a diagram for explaining the
図７（ｂ）は、金属部材１１を片面プリント基板１２の部品面側に実装した状態を示す斜視図である。図７（ｂ）は、金属部材１１の端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃが、それぞれ、片面プリント基板１２に設けられた挿入穴１２ａ、１２ｂ、１２ｃに挿入された状態を示している。更に、金属部材１１に設けられたネジ穴１１ｄには、ビス１４が挿入され、電子機器の筐体１３（図７（ｂ）では不図示）と電気的に接続されるように締結されている状態を示している。
FIG. 7B is a perspective view showing a state in which the
［片面プリント基板のパターン配線］
図８は、図６で示したＤＣ／ＤＣコンバータのパターン配線のレイアウトの一部を模式的に示した図であり、片面プリント基板１２の部品面から見たときの透視図である。なお、図８では、図６に示す回路部品と同じ符号を付すことにより、ここでの説明を省略する。また、図８は、片面プリント基板１２の部品面から見たときの透視図である。そのため、片面プリント基板１２の部品面に実装される部品（例えば金属部材１１、インダクタ４等）は破線で示し、片面プリント基板１２の半田面に実装される部品（ＦＥＴ２、ダイオード３、制御ＩＣ１０等）は実線で示している。なお、図８のネジ穴１１ｄは、金属部材１１に設けられたビス１４が挿入される貫通穴である。
[Pattern wiring of single-sided printed circuit board]
FIG. 8 is a diagram schematically showing part of the pattern wiring layout of the DC/DC converter shown in FIG. In addition, in FIG. 8, the same reference numerals as those of the circuit components shown in FIG. 6 are assigned, and the explanation here is omitted. 8 is a perspective view of the single-sided printed
実施例１の図３では、網掛け塗りで示されていたＤＣ／ＤＣコンバータのグランドのパターン配線Ｇは、本実施例の図８の網掛け塗りで示されるグランドのパターン配線は、パターン配線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の三箇所に分かれている。グランドのパターン配線Ｇ１は、入力コンデンサ１のグランド側（Ｇ側）の端子１ａと、入力コンデンサ１の端子１ａの近傍に配置され金属部材１１の端子１１ａと半田付けにより電気的に接続されるランドＧａと接続されている。また、グランドのパターン配線Ｇ２は、ダイオード３のグランド側に接続されるアノード端子である端子３ａ、３ｂと、端子３ａ、３ｂの近傍に配置され金属部材１１の端子１１ｂと半田付けにより電気的に接続されるランドＧｂと接続されている。なお、実施例１の図３では、ダイオード３の近傍に配置されていた出力コンデンサ５は、本実施例の図８では、位置を変更し、グランドのパターン配線Ｇ３と接続されている。更に、グランドのパターン配線Ｇ３は、出力コンデンサ５のグランド側（Ｇ側）の端子５ａと、金属部材１１の端子１１ｃと半田付けにより電気的に接続されるランドＧｃと、抵抗７の一端と、制御ＩＣ１０のＧＮＤ（グランド）端子と、に接続されている。なお、ランドＧｃは、グランドのパターン配線Ｇ３と同電位のランドであり、上述した金属部材１１の端子１１ｃとの半田付けにより、金属部材１１と電気的に接続される。
In FIG. 3 of
図８において、斜線で示される入力電圧Ｖｉｎのパターン配線や、ドットで示され、ジャンパ線で接続された２つのパターン配線から構成されている出力電圧Ｖｏｕｔのパターン配線は、実施例１の図３と同様であり、ここでの説明を省略する。また、その他のパターン配線も、実施例１の図３と同様であり、ここでの説明を省略する。 In FIG. 8, the pattern wiring of the input voltage Vin indicated by diagonal lines and the pattern wiring of the output voltage Vout indicated by dots and composed of two pattern wirings connected by a jumper wire are similar to those shown in FIG. , and the description thereof is omitted here. Also, other pattern wiring is the same as that of FIG. 3 of the first embodiment, and description thereof is omitted here.
実施例１の図３では、片面プリント基板１２の半田面に実装されている回路部品のグランド側（Ｇ側）の端子は、グランドのパターン配線Ｇに接続されている。そのため、グランドのパターン配線Ｇの領域を大きくする必要があった。一方、本実施例では、グランドのパターン配線Ｇ１、Ｇ２は、ランドＧａ、Ｇｂに半田付けにより電気的に接続された端子１１ａ、１１ｂを有する金属部材１１を介して接続され、半田面側のパターン配線では接続されていない。同様に、グランドのパターン配線Ｇ２、Ｇ３も、ランドＧｂ、Ｇｃに半田付けにより電気的に接続された端子１１ａ、１１ｂを有する金属部材１１を介して接続され、半田面側のパターン配線では接続されていない。これにより、グランドのパターン配線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を互いに接続するために必要なパターン配線を削除できるため、実施例１の図３のＤＣ／ＤＣコンバータのグランドのパターン配線Ｇに比べて、配線面積を小さくすることができる。例えば、図８の一点破線で示すスペースＳ１は、本実施例のパターン配線を適用することで、実施例１の図３のパターン配線と比較して、削減することができた片面プリント基板１２の空きスペースである。なお、実施例１では、端子１１ａ、１１ｂに接続されたグランドのパターン配線は、半田面側で接続されていた。例えば、本実施例のように、端子１１ａ、１１ｂに接続されたグランドのパターン配線は半田面で接続されておらず、金属部材１１経由で、電気的に接続されていてもよい。
In FIG. 3 of the first embodiment, the terminals on the ground side (G side) of the circuit components mounted on the solder surface of the single-sided printed
以上説明したように、本実施例によれば、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to reduce the radiation noise and the heat generated by the switching elements in the power supply device.
実施例１～３で説明したＤＣ／ＤＣコンバータは、例えば画像形成装置の低圧電源、すなわちコントローラ（制御部）やモータ等の駆動部へ電力を供給する電源として適用可能である。以下に、実施例１～３のＤＣ／ＤＣコンバータが適用される電子機器の一例である画像形成装置の構成を説明する。
The DC/DC converters described in
［画像形成装置の構成］
画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタを例にあげて説明する。図９に電子写真方式のプリンタの一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ３００は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム３１１、感光ドラム３１１を一様に帯電する帯電部３１７（帯電手段）、感光ドラム３１１に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部３１２（現像手段）を備えている。そして、感光ドラム３１１に現像されたトナー像をカセット３１６から供給された記録材としてのシート（不図示）に転写部３１８（転写手段）によって転写して、シートに転写したトナー像を定着器３１４で定着してトレイ３１５に排出する。この感光ドラム３１１、帯電部３１７、現像部３１２、転写部３１８が画像形成部（画像形成手段）である。また、レーザビームプリンタ３００は、実施例１、２で説明した電源装置５００を備えている。なお、実施例１、２の電源装置５００を適用可能な画像形成装置は、図９に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム３１１上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像をシートに転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。
[Configuration of Image Forming Apparatus]
A laser beam printer will be described as an example of an image forming apparatus. FIG. 9 shows a schematic configuration of a laser beam printer, which is an example of an electrophotographic printer. The
レーザビームプリンタ３００は、画像形成部による画像形成動作や、シートの搬送動作を制御するコントローラ３２０を備えており、実施例１～３に記載のＤＣ／ＤＣコンバータは、コントローラ３２０に電力を供給する。また、実施例１～３に記載のＤＣ／ＤＣコンバータは、感光ドラム３１１を回転するため、又はシートを搬送する各種ローラ等を駆動するためのモータ等の駆動部に電力を供給する。本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータが実施例２、３のＤＣ／ＤＣコンバータである場合には、ビス１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータの片面プリント基板１２に実装された金属部材１１とレーザビームプリンタ３００の筐体とを締結する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータはレーザビームプリンタ３００の筐体に接続される。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータのグランド電位をレーザビームプリンタ３００のグランド電位と同じ電位に設定することができ、ＤＣ／ＤＣコンバータの片面プリント基板１２のグランドのパターン配線のインピーダンスを小さくすることができる。
The
以上説明したように、本実施例によれば、電源装置における放射ノイズとスイッチング素子の発熱を低減させることができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to reduce the radiation noise and the heat generated by the switching elements in the power supply device.
１１ 金属部材１１
１１ａ、１１ｂ 端子
１２ 片面プリント基板１２
１２ａ、１２ｂ スリット
11
11a,
12a, 12b slit
Claims (14)
前記プリント基板は、パターン配線が形成された第１の面と、前記第１の面と前記プリント基板を介して対向し、パターン配線が形成されない第２の面と、を有し、
前記第１の面には、前記回路部品が実装され、
前記第２の面には、前記回路部品の内の発熱素子が発する熱を放熱するために、板状の金属部材が前記プリント基板を介して前記発熱素子を覆う位置に設置され、
前記金属部材は、前記プリント基板に設けられたスリットから前記第１の面側に突出する端子を有し、
前記端子は、前記第１の面に実装された前記回路部品に接続された、グランドのパターン配線と電気的に接続されていることを特徴とする電源装置。 A power supply device having a printed circuit board on which circuit components are mounted and converting a first DC voltage to a second DC voltage,
The printed circuit board has a first surface on which pattern wiring is formed and a second surface on which the pattern wiring is not formed and faces the first surface through the printed circuit board,
The circuit component is mounted on the first surface,
On the second surface, a plate-shaped metal member is installed at a position covering the heating element via the printed circuit board in order to dissipate heat generated by the heating element in the circuit component,
the metal member has a terminal projecting from a slit provided in the printed circuit board toward the first surface;
The power supply device, wherein the terminal is electrically connected to a ground pattern wiring connected to the circuit component mounted on the first surface.
前記第１の直流電圧が入力される第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサに蓄積された直流電圧が入力され、オン、オフによりパルス電圧を出力するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子から出力される前記パルス電圧を蓄積するインダクタと、
前記インダクタに蓄積された前記パルス電圧を直流電圧に変換し、前記第２の直流電圧として出力する第２のコンデンサと、
前記スイッチング素子がオフ状態の場合に導通状態となり、前記インダクタから前記第２のコンデンサへ電流を流すダイオードと、
前記第２のコンデンサが出力する前記第２の直流電圧を分圧する分圧抵抗と、
前記分圧抵抗により分圧された電圧に基づいて、前記スイッチング素子のオン、オフ状態を制御する制御部と、
が含まれることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電源装置。 The circuit component includes:
a first capacitor to which the first DC voltage is input;
a switching element that receives the DC voltage accumulated in the first capacitor and outputs a pulse voltage by turning it on and off;
an inductor that accumulates the pulse voltage output from the switching element;
a second capacitor that converts the pulse voltage accumulated in the inductor into a DC voltage and outputs the voltage as the second DC voltage;
a diode that becomes conductive when the switching element is in an off state and allows current to flow from the inductor to the second capacitor;
a voltage dividing resistor that divides the second DC voltage output by the second capacitor;
a control unit that controls the ON/OFF state of the switching element based on the voltage divided by the voltage dividing resistor;
6. The power supply of claim 4 or 5, comprising:
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電源装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 an image forming means for forming an image on a recording material;
A power supply device according to any one of claims 1 to 11;
An image forming apparatus comprising:
回路部品が実装されたプリント基板を有し、第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する電源装置と、
を備える画像形成装置であって、
前記プリント基板は、パターン配線が形成された第１の面と、前記第１の面と前記プリント基板を介して対向し、パターン配線が形成されない第２の面と、を有し、
前記第１の面には、前記回路部品が実装され、
前記第２の面には、前記回路部品の内の発熱素子が発する熱を放熱するために、板状の金属部材が前記プリント基板を介して前記発熱素子を覆う位置に設置され、
前記金属部材は、前記プリント基板に設けられたスリットから前記第１の面側に突出する端子を有し、
前記端子は、前記第１の面に実装された前記回路部品に接続された、グランドのパターン配線と電気的に接続されていることを特徴とする画像形成装置。 an image forming means for forming an image on a recording material;
A power supply device having a printed circuit board on which circuit components are mounted and converting a first DC voltage into a second DC voltage;
An image forming apparatus comprising
The printed circuit board has a first surface on which pattern wiring is formed and a second surface on which the pattern wiring is not formed and faces the first surface through the printed circuit board,
The circuit component is mounted on the first surface,
On the second surface, a plate-shaped metal member is installed at a position covering the heating element via the printed circuit board in order to dissipate heat generated by the heating element in the circuit component,
the metal member has a terminal projecting from a slit provided in the printed circuit board toward the first surface;
The image forming apparatus, wherein the terminal is electrically connected to a ground pattern wiring connected to the circuit component mounted on the first surface.
前記金属部材は、前記穴を介して前記ビスにより前記画像形成装置の筐体と締結されることにより、前記画像形成装置の筐体と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の画像形成装置。 The metal member and the printed circuit board are provided with holes for passing screws,
13. The metal member is electrically connected to a housing of the image forming apparatus by being fastened to the housing of the image forming apparatus by the screws through the holes. The image forming apparatus according to .
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