WO2014103614A1 - Ｄｃ－ｄｃコンバータ装置 - Google Patents

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WO2014103614A1
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transformer
circuit board
converter device
metal frame
case
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達也 中澤
芳春 山下
秀則 篠原
後藤　昭弘
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/14322—Housings specially adapted for power drive units or power converters wherein the control and power circuits of a power converter are arranged within the same casing

Definitions

  • the present invention relates to a DC-DC converter device, and more particularly to a DC-DC converter device including a transformer that converts an alternating high voltage into an alternating low voltage.
  • An electric vehicle and a plug-in hybrid vehicle include an inverter device for driving a motor with a high-voltage storage battery for driving power and a low-voltage storage battery for operating auxiliary equipment such as a vehicle light and a radio.
  • a vehicle is equipped with a DC-DC converter device that performs power conversion from a high voltage storage battery to a low voltage storage battery or power conversion from a low voltage storage battery to a high voltage storage battery.
  • the DC-DC converter device includes a high voltage side switching circuit that converts a high DC voltage into an AC voltage, a transformer that converts an AC high voltage into an AC low voltage, and a low voltage that converts the low voltage AC voltage into a DC voltage.
  • the semiconductor elements and the transformer that constitute the high voltage side switching circuit and the low voltage side rectifier circuit generate heat. Since the loss increases when the temperature rises due to heat generation, the container for storing the transformer and the electronic components constituting the circuit has a heat dissipation structure.
  • a circuit board is attached to a metal base plate.
  • An opening is provided in a part of the circuit board, and a transformer is disposed in the opening and placed on the base plate.
  • a metal cover with the base plate that houses the circuit board and transformer.
  • a protruding portion protruding inward is formed on the top plate portion of the cover. The projecting portion of the cover is pressed against the transformer, and the transformer is sandwiched between the base plate and the cover (see, for example, Patent Document 1).
  • the DC-DC converter device includes a transformer, a high-voltage side circuit board assembly that is connected to the primary side of the transformer and forms a high-voltage side circuit, and a secondary side of the transformer.
  • the electromagnetic noise from the transformer is shielded by the metal frame disposed between the control circuit board assembly and the transformer. Further, since the transformer is pressed and fixed to the bottom side of the case by the metal frame via the elastic member, the possibility that the transformer is damaged due to impact or vibration can be reduced.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing an embodiment of a DC-DC converter device of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the DC-DC converter device illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view of the transformer illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the transformer illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 3 is a perspective view of a control circuit board and a metal frame illustrated in FIG. 2. The perspective view which looked at the metal frame illustrated in FIG. 6 from the back surface. The top view of the state which accommodated the high voltage side circuit board assembly and the metal frame in the case.
  • FIG. 11 is a sectional view taken along line XII-XII in FIG. 10.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a DC-DC converter device 100 of the present invention.
  • the DC-DC converter device 100 is applied to an electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, and the like.
  • the vehicle is equipped with a low voltage storage battery for operating auxiliary equipment such as a light and a radio, and the DC-DC converter device 100 converts power from a high voltage storage battery to a low voltage storage battery or a high voltage from a low voltage storage battery.
  • a circuit for performing the power conversion is housed inside the case 101.
  • an upper surface lid 102 is attached by a fastening member such as a bolt.
  • a bottom portion 101a is integrally formed on the lower side of the case 101.
  • a predetermined space is provided from the bottom portion 101a, and the lower surface lid 103 is attached to the case 101 with a fastening member such as a bolt.
  • a cooling flow path 351 through which a cooling medium such as cooling water and a cooling gas flows is formed in the space between the bottom 101a of the case 101 and the lower surface lid 103.
  • a sealing member such as an O-ring (not shown) is interposed between the case 101 and the lower surface lid 103 to seal the cooling medium.
  • the case 101, the upper surface lid 102, and the lower surface lid 103 are each formed by, for example, aluminum die casting.
  • an inlet pipe 104 serving as a guide for allowing the cooling medium to flow into the cooling flow path 351 and an outlet pipe 105 serving as a guide for causing the cooling medium to flow out from the cooling flow path 351 are attached.
  • the case 101 is provided with an input connector 106 for connecting wiring for supplying high-voltage high-voltage power from the high-voltage storage battery to the power conversion circuit inside the case 101 on the one side surface of the case 101. It is derived from an opening (not shown). On the one side surface of the case 101, an output connector 107 to which wiring for outputting a DC low voltage from the power conversion circuit inside the case 101 is connected is provided. Further, a signal connector 108 to which a signal wiring for exchanging a low-power signal with a power conversion circuit inside the case 101 is provided on the one side surface of the case 101.
  • the input connector 106, the output connector 107, and the signal connector 108 may be provided on different side surfaces of the case 101.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the DC-DC converter device of the present invention.
  • the DC-DC converter device 100 includes a high voltage side switching circuit (high voltage side circuit) 210 that converts a high voltage DC voltage into an AC voltage, a transformer 250 that converts an AC high voltage into an AC low voltage, and a low voltage AC voltage. Is converted to a DC voltage by a low voltage side rectifier circuit (low voltage side circuit) 220.
  • high voltage side switching circuit high voltage side circuit
  • transformer 250 that converts an AC high voltage into an AC low voltage
  • low voltage AC voltage Is converted to a DC voltage by a low voltage side rectifier circuit (low voltage side circuit) 220.
  • the DC-DC converter device 100 includes an active clamp circuit 230 for suppressing a surge voltage applied to MOSFETs (field effect transistors) S 1 and S 2 of the low-voltage side rectifier circuit 220. ing.
  • the active clamp circuit 230 includes active clamp MOSFETs S 3 and S 4 and an active clamp capacitor 209 (C c ).
  • the DC-DC converter device 100 that does not include the active clamp circuit 230 may be used.
  • a resonant choke coil 203 (L r ) is connected between the high voltage side switching circuit 210 and the transformer 250, and a high inductance is obtained by using a combined inductance of the resonance choke coil 203 and the leakage inductance of the transformer 250.
  • the zero voltage switching of the MOSFET constituting the voltage side switching circuit 210 is enabled.
  • a filter coil 207 (L 1 ) and a filter capacitor 205 (C 1 ) are provided on the output side of the low voltage side rectifier circuit 220 in order to remove noise superimposed on the output voltage.
  • the resonance choke coil 203, the filter coil 207, and the filter capacitor 205 are not necessarily required. Even if the circuit configuration in which the resonance choke coil 203 is omitted is possible, the efficiency may decrease and the noise may increase, but the DCDC converter device converts power. I can do it.
  • the high voltage side switching circuit 210, the low voltage side rectifier circuit 220, and the active clamp circuit 230 are switch-controlled by the control circuit 240.
  • the high voltage side switching circuit 210 includes four MOSFETs H 1 to H 4 connected as an H bridge type and a smoothing input capacitor 202 (C in ). Each MOSFET H 1 to H 4 is provided with a snubber capacitor in parallel. By performing phase shift PWM control on the four MOSFETs H 1 to H 4 of the high voltage side switching circuit 210, an AC voltage is generated on the primary side of the transformer 250.
  • the low-voltage side rectifier circuit 220 has two rectification phases composed of MOSFETs S 1 and S 2 and a smoothing circuit composed of a choke coil 206 (L out ) and a smoothing capacitor 208 (C out ). is doing.
  • the high potential side of each rectifying phase that is, the drain side wirings of the MOSFETs S 1 and S 2 are connected to the secondary side of the transformer 250.
  • the secondary center tap terminal of the transformer 250 is the choke coil 206 (L out ), and a smoothing capacitor 208 ( Cout ) is connected to the output side of the choke coil 206 ( Lout ).
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the DC-DC converter apparatus shown in FIG.
  • the case 101 is formed of an aluminum-based metal such as aluminum or an aluminum alloy, and is formed in a substantially rectangular parallelepiped box shape having a side wall 101b around it.
  • a high voltage side circuit board assembly 210A Inside the case 101 is a high voltage side circuit board assembly 210A, a transformer 250, a resonant choke coil 203, a choke coil 206, a filter coil 207, a low voltage side circuit board assembly 220A, a metal frame 300, and a control circuit board assembly 240A. Is done.
  • the high voltage side circuit board assembly 210A electronic components such as MOSFETs H 1 to H 4 , a smoothing input capacitor 212 and a gate resistor (not shown) constituting the high voltage side circuit 210 are mounted on the high voltage side circuit board 211. Configured.
  • the MOSFETs H 1 to H 4 mounted on the high voltage side circuit board 211 are fixed to the bottom 101a of the case 101 by a fastening member (not shown) via an insulating sheet (not shown).
  • the insulating sheet (not shown) is fixed in a state where one side surface is in contact with the bottom 101a of the case 101, and is cooled by a cooling medium flowing through a cooling flow path 351 provided on the bottom 101a side of the case 101.
  • the low voltage side circuit board assembly 220 ⁇ / b > A constitutes the MOSFETs S 1 and S 2 , the smoothing capacitor 208 (C out ), and the active clamp circuit 230 that constitute the low voltage side rectifier circuit 220 on the low voltage side circuit board 221.
  • Active clamp MOSFETs S 3 and S 4 an active clamp capacitor 209 (C c ), and electronic components such as a gate resistor (not shown) are mounted.
  • the low-voltage side circuit board 221 has, for example, a structure in which an insulating film is formed on one surface of a metal substrate and a wiring pattern is formed on the insulating film.
  • the MOSFETs S 1 to S 4 have a package structure in which the switching portion is sealed with resin, and a drain terminal connected to the drain electrode is provided on one surface of the resin.
  • the drain terminals of the MOSFETs S 1 to S 4 are And soldered to the drain pattern of the metal substrate.
  • the low voltage side circuit board 221 is fixed to the bottom 101a of the case 101 directly or via a heat conducting member on the surface opposite to the mounting surface, and the heat generated from each of the MOSFETs S 1 to S 4 Is transmitted to the bottom 101a of the case 101.
  • the heat transferred to the bottom 101a of the case 101 is cooled by the cooling medium flowing through the cooling flow path 351 provided on the bottom 101a side of the case 101.
  • the transformer 250, the choke coil 206, and the filter coil 207 are disposed on the bottom 101a of the case 101 and are fixed by a fastening member (not shown).
  • a metal frame 300 is attached to cover the transformer 250, the choke coil 206, and the filter coil 207 housed in the case 101. Although details will be described later, the transformer 250, the choke coil 206, and the filter coil 207 are fixed in a state of being pressed against the bottom 101 a of the case 101 by the metal frame 300.
  • a recess (not shown) is formed in the bottom 101a of the case 101 corresponding to the upper side of the high voltage side circuit board assembly 210A, and the resonance choke coil 203 is accommodated in the recess.
  • a high voltage side circuit board assembly 210 ⁇ / b> A is disposed on the upper side of the resonance choke coil 203.
  • the control circuit board assembly 240A is configured by mounting electronic components constituting the control circuit 240 on the control circuit board 241, and is fixed on the metal frame 300 by a fastening member (not shown).
  • the top cover 102 is fastened to the case 101 by a fastening member in the control circuit board assembly 240A.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the transformer illustrated in FIG.
  • the transformer 250 has a structure in which a bobbin 255 wound with a primary winding 254 and a pair of upper and lower secondary windings 252 are sandwiched between a pair of E-type cores 251.
  • the primary winding 254 has a pair of terminals 254a, and each terminal 254a has a through hole 254b through which a fastening member such as a bolt is inserted.
  • Each secondary winding 252 is formed by press-molding a copper plate and integrally forming a secondary winding portion and a bus bar, and has a terminal 252a and a center tap terminal 252b at the end.
  • Each of the terminal 252a and the center tap terminal 252b is formed with a through hole 252c for inserting a fastening member such as a bolt.
  • Center tap terminals 252b of the upper and lower secondary windings 252 are stacked.
  • a transmission made of an elastic material made of silicon or the like is used between the core 251 and the secondary winding 252 on the upper side and between the core 251 and the secondary winding 252 on the lower side, respectively.
  • a thermal sheet 253 is disposed. As illustrated in FIG. 4, the core 251 is formed to be narrower than the heat transfer sheet 253, and each heat transfer sheet 253 is exposed from the side portion of the core 251.
  • the terminal 254 a of the primary winding 254, the terminal 252 a of the secondary winding 252, and the center tap terminal 252 b are extended to the side of the heat transfer sheet 253.
  • One terminal 254a of the primary winding 254 of the transformer 250 is connected to the resonance choke coil 203 by a fastening member inserted through the through hole 254b.
  • the other terminal 254a of the primary winding 254 of the transformer 250 is electrically connected to the high voltage side circuit board assembly 210A directly or via a bus bar by a fastening member inserted through the through hole 254b.
  • the terminal 252a and the center tap terminal 252b of the secondary winding 252 of the transformer 250 are electrically connected to the low voltage side circuit board assembly 220A directly or via a bus bar by a fastening member inserted into each through hole 252c. Connected.
  • FIG. 6 is a perspective view of the control circuit board and the metal frame shown in FIG. 2
  • FIG. 7 is a perspective view of the metal frame shown in FIG. 6 as viewed from the back side
  • FIG. FIG. 2 is a plan view of a state in which a high voltage side circuit board assembly and a metal frame are housed.
  • FIG. 9 is a plan view showing the arrangement of the internal components that have passed through the metal frame in FIG.
  • the high-voltage side circuit board assembly 210 ⁇ / b> A is disposed at the lower left corner of the case 101.
  • the transformer 250 is disposed above the high voltage side circuit board assembly 210A.
  • the upper left corner of the transformer 250 is close to the upper left corner of the case 101.
  • the resonance choke coil 203 is disposed below the upper side of the high voltage side circuit board assembly 210A. 8 and 9, the upper side of the high voltage side circuit board assembly 210A is removed and the resonance choke coil 203 is exposed.
  • the low voltage side circuit board assembly 220 ⁇ / b> A is arranged on the right side of the transformer 250.
  • the upper right corner of the low-voltage circuit board assembly 220 ⁇ / b> A is close to the upper right corner of the case 101.
  • the choke coil 206 and the filter coil 207 are close to the lower side of the low-voltage side circuit board assembly 220A, with the choke coil 206 on the center side of the case 101 and the filter coil 207 on the right side of the case 101. Adjacent, they are arranged side by side in the left-right direction.
  • the metal frame 300 has a rectangular large area 300a that covers the low-voltage circuit board assembly 220A, the choke coil 206, and the filter coil 207, and a rectangular small area that extends from the large area 300a and covers the transformer 250. Part 300b. As illustrated in FIG. 8, the small area portion 300 b has an area enough to cover only the transformer 250.
  • the metal frame 300 has an area that covers the entire area in the case 101 except for the arrangement area of the high-voltage side circuit board assembly 210A.
  • the metal frame 300 is formed with a plurality of boss portions 301 planted toward the control circuit board assembly 240A.
  • the control circuit board assembly 240A is fastened and fixed to the boss portion 301 of the metal frame 300 by a fastening member such as a bolt (not shown).
  • a fastening member such as a bolt (not shown).
  • three leaf springs 311 to 313 are attached to the metal frame 300 on the side opposite to the control circuit board assembly 240A side (back side) by fastening members such as bolts.
  • the leaf springs 311 to 313 are made of stainless steel.
  • the leaf spring 311 is attached to a position corresponding to the transformer 250 on the back surface side of the small area portion 300b.
  • the leaf springs 312 and 313 are attached to positions on the back side of the large area portion 300a corresponding to the choke coil 206 and the filter coil 207, which are relatively heavy electronic components.
  • the metal frame 300 is provided with a partition 302 that is bent toward the bottom 101a of the case 101 on the side of the high-voltage circuit board assembly 210A.
  • the partition part 302 extends to the entire area of the small area part 300b, and the small area part 300b is located on the bottom part 101a side of the case 101 from the large area part 300a by the level difference of the partition part 302.
  • the metal frame 300 is provided with a plurality of through holes 303, and a boss portion 101 c (planted on the bottom portion 101 a of the case 101 by a fastening member (not shown) such as a bolt inserted through the through hole 303. (See FIG. 3).
  • FIG. 10 is a plan view showing a state where the control circuit board assembly 240A is mounted on the high-voltage side circuit board assembly 210A and the metal frame 300 shown in FIG. As described above, the control circuit board assembly 240A is fixed to the boss portion 301 of the metal frame 300 by a fastening member such as a bolt.
  • control circuit board assembly 240A is partitioned from the transformer 250, the low voltage side circuit board assembly 220A, the choke coil 206, and the filter coil 207 by the metal frame 300. Accordingly, the control circuit board assembly 240A is shielded from electromagnetic noise generated from the transformer 250, the low voltage side circuit board assembly 220A, the choke coil 206, and the filter coil 207.
  • 11 and 12 are a cross-sectional view taken along line XI-XI and a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 10, respectively.
  • a raised portion 304 is formed in a region corresponding to the core 251 of the transformer 250.
  • a boss portion 301a is formed on the raised portion 304 toward the outer side, which is the upper side in FIG.
  • a leaf spring 311 is attached to the inside of the raised portion 304.
  • the leaf spring 311 is attached to the metal frame 300 by a fastening member 361 such as a bolt formed on the boss portion 301a and screwed into the screw portion.
  • the leaf spring 311 presses the core 251 of the transformer 250 against the bottom 101 a of the case 101.
  • the transformer 250 is fixed between the leaf spring 311 and the bottom 101a of the case 101.
  • the heat dissipating contact portion 305 around the raised portion 304 of the metal frame 300 contacts the upper heat transfer sheet 253.
  • the boss portion 101 c 1 formed on the bottom portion 101 a of the case 101 contacts the lower heat transfer sheet 253. Therefore, the heat generated from the secondary winding 252 of the transformer 250 is transmitted to the metal frame 300 through the core 251 and the leaf spring 311 and is radiated. Further, the heat generated from the secondary winding 252 of the transformer 250 is transmitted to the metal frame 300 through the heat transfer sheet 253 and radiated.
  • a heat transfer sheet 257 made of an elastic material such as silicon is disposed on the bus bar which is the upper and lower secondary windings 252 of the transformer 250.
  • the heat transfer sheet 257 on the upper side contacts the heat radiating contact portion 306 of the metal frame 300, and the boss 101 c 2 formed on the bottom 101 a of the case 101 contacts the heat transfer sheet 257 on the lower side. .
  • a cooling flow path 351 in which a cooling medium circulates is formed between the bottom 101a of the case 101 and the lower surface lid 103. For this reason, the heat generated from the transformer 250 is transmitted to the bottom 101a of the case 101 via the heat transfer sheets 253 and 257, and is cooled by the cooling medium flowing through the cooling flow path 351.
  • the leaf springs 312 and 313 attached to the metal frame 300 correspond to the upper portions of the choke coil 206 and the filter coil 207, respectively.
  • the choke coil 206 and the filter coil 207 are pressed and fixed to the bottom 101a of the case 101 by the leaf springs 312 and 313, respectively, with the metal frame 300 fixed to the case 101. Therefore, the heat generated from the choke coil 206 and the filter coil 207 is also transmitted to the metal frame 300 or the case 101 and is cooled by the cooling medium flowing through the cooling flow path 351.
  • FIG. 13 is a plan view of the cooling flow path formed at the bottom of the case
  • FIG. 14 is a plan view showing the relationship between the arrangement of the internal components and the cooling flow path that is transmitted through the bottom of the case. In FIGS. 13 and 14, the lower surface lid 103 is removed.
  • the cooling flow path 351 includes a region I and a region II that each recirculate the cooling medium. That is, the cooling medium flowing in from the inlet pipe 204 reciprocates in the vertical direction in FIGS. 13 and 14 in the region I, and also in the region II after reciprocating in the vertical direction, that is, after refluxing in each region, It flows out from the outlet pipe 105.
  • the high voltage side circuit board assembly 210A, the resonant choke coil 203, and the transformer 250 connect the high voltage side circuit board assembly 210A to the inlet pipe 104.
  • the choke coil 206, the filter coil 207, and the low voltage side circuit board assembly 220A are arranged.
  • the choke coil 206 and the filter coil 207 are arranged in the left-right direction on the outlet pipe 105 side, and the low-voltage side circuit board assembly 220A is arranged above the choke coil 206 and the filter coil 207.
  • the cooling medium that has flowed into the region I of the cooling flow path 351 from the inlet pipe 104 cools the high-voltage side circuit board assembly 210A, the resonant choke coil 203, and the transformer 250. Then, after flowing into the region II from the position returned to the inlet pipe 104 side and flowing to the low voltage side circuit board assembly 220A side, the low voltage side circuit board assembly 220A, the choke coil 206, and the filter coil 207 are sequentially arranged. Then, it flows in the left and right direction in the region II so as to cool, and reaches the outlet pipe 105.
  • the cooling medium flowing in from the inlet pipe 104 does not absorb heat from the power supply electronic components housed in the case 101 and is at a low temperature. Therefore, the high-voltage circuit board assembly 210A, the resonance choke coil 203, and the transformer 250 that generate a large amount of heat can be efficiently cooled. As described above, after the power supply electronic component having a large calorific value is cooled, it flows into the region II and sequentially cools the low voltage side circuit board assembly 220A, the choke coil 206, and the filter coil 207.
  • the cooling capacity is also related to the depth of the cooling channel 351.
  • the depth of the cooling flow path 351 in the region of the component for which the cooling capacity is desired to be increased is made shallower than that in the surrounding area, thereby reducing the flow rate of the cooling medium and improving the overall cooling capacity. It is preferable to improve the efficiency.
  • the board assembly constituting the power conversion circuit unit of the DC-DC converter device 100 is divided into a high voltage side circuit board assembly 210A, a low voltage side circuit board assembly 220A, and a control circuit board assembly 240A.
  • the control circuit board assembly 240A was partitioned from the transformer 250, the low voltage side circuit board assembly 220A, the choke coil 206, and the filter coil 207 by the metal frame 300. Therefore, the control circuit board assembly 240A can be shielded from electromagnetic noise generated from the transformer 250, the low voltage side circuit board assembly 220A, the choke coil 206, and the filter coil 207.
  • the transformer 250, the choke coil 206, and the filter coil 207 which are heavy in weight, are pressed against the bottom 101a of the case 101 by leaf springs 311, 312, and 313 attached to the metal frame 300, respectively. It fixed between 101a. Since the leaf springs 311 to 313 have elasticity, the possibility that the transformer 250, the choke coil 206, and the filter coil 207 are damaged even when an impact or vibration is applied to the DC-DC converter device 100 can be reduced.
  • the leaf springs 311 to 313 are formed of a metal member such as stainless steel having thermal conductivity. For this reason, the heat generated from the transformer 250, the choke coil 206 and the filter coil 207 can be transmitted to the metal frame 300 and dissipated.
  • the transformer 250 has a structure in which the heat transfer sheet 253 is built directly below the pair of upper and lower cores 251, and the heat dissipation contact portion 306 of the metal frame 300 contacts the heat transfer sheet 253 on the upper side.
  • the structure Thereby, the heat generated from the secondary winding 252 of the transformer 250 is transmitted to the metal frame 300 through the core 251, and is directly transmitted to the heat radiation contact portion 306 of the metal frame 300 to be radiated. . For this reason, the heat dissipation from the transformer 250 to the metal frame 300 is improved. Further, since the heat transfer sheet 253 is integrated with the transformer 250, disassembly and assembly at the time of repair and service can be efficiently performed.
  • a heat transfer sheet 257 is interposed between the secondary winding 252 on the upper side of the transformer 250 and the heat radiation contact portion 306 of the metal frame 300.
  • the boss portion 101 c 1 formed on the bottom portion 101 a of the case 101 was brought into contact with the heat transfer sheet 253 on the lower side of the transformer 250. Thereby, the heat generated from the transformer 250 can be transmitted to the bottom 101a of the case 101 via the heat transfer sheet 253, and the heat dissipation of the transformer 250 is improved.
  • a heat transfer sheet 257 is interposed between the secondary winding 252 on the lower side of the transformer 250 and the boss portion 101 c 2 formed on the bottom 101 a of the case 101. Thereby, the heat generated from the transformer 250 can be transmitted to the metal frame 300 via the heat transfer sheet 257, and the heat dissipation of the transformer 250 is improved.
  • a cooling flow path 351 in which a cooling medium flows is formed between the bottom 101a of the case 101 and the lower surface lid 103. Thereby, the heat generated in the transformer 250, the resonance choke coil 203, the choke coil 206 and the filter coil 207 and transmitted to the case 101 can be cooled by the cooling medium flowing in the cooling flow path 351.
  • the bottom 101a of the case 101 is in contact with an insulating sheet (not shown) of the high voltage side circuit board assembly 210A and a metal substrate of the low voltage side circuit board 221 in the low voltage side circuit board assembly 220A.
  • the insulating sheet a silicon rubber sheet having a high thermal conductivity or a ceramic plate such as silicon nitride can be used.
  • the rectifying elements in the low voltage side rectifying circuit 220 are exemplified as the MOSFETs S 1 and S 2.
  • the rectifying elements may be replaced with diodes.
  • each rectifying phase is exemplified by a circuit configured by one rectifying element, but each rectifying phase may be configured by a circuit in which a plurality of rectifying elements are connected in parallel.
  • the transformer 250, the choke coil 206, and the filter coil 207 are fixed to the bottom 101a of the case 101 by the leaf springs 111 to 113.
  • cushion members formed of an insulating resin may be used instead of the leaf springs 111 to 113.
  • any member having elasticity may be used.
  • the choke coil 206 and the filter coil 207 may be pressed by the metal frame 300 itself.
  • at least the transformer 250 may be fixed by being pressed against the bottom 101a of the case 101 by an elastic member.
  • the transformer 250, the control circuit board assembly 240A, the high-voltage side circuit board assembly 210A, and the low-voltage side circuit board assembly 220A are exemplified as a structure that is shielded from each other by the metal frame 300. .
  • the electromagnetic noise from the transformer 250 may be shielded by the metal frame 300 with respect to the control circuit board assembly 240A.
  • the case 101 is exemplified as a structure in which the cooling channel 351 is formed between the bottom 101a and the lower surface lid 103.
  • the DC-DC converter apparatus 100 is connected to, for example, a DC that does not include the cooling flow path 351 by fastening the bottom 101a of the case 101 with a cooling jacket provided in another apparatus such as an inverter apparatus.
  • a DC converter device 100 may be used.
  • the leaf spring 311 is exemplified as a structure for fixing to the metal frame 300.
  • a structure may be used in which a cushion member or the like is used instead of the leaf spring 311 and this cushion member is fixed to the transformer 250 by adhesion or the like.
  • the transformer 250 and the like are exemplified as a structure directly fixed to the bottom 101a of the case 101.
  • a heat conductive member may be attached between the transformer 250 or the like and the bottom 101a of the case 101, and the transformer 250 or the like may be pressed against the heat conductive member.
  • any structure may be used as long as the transformer 250 or the like is pressed against and fixed to the bottom 101a side of the case 101 by an elastic member interposed between the metal frame 300 and the transformer 250 or the like.
  • the DC-DC converter device 100 that does not include the resonant choke coil 203 and the filter coil 207 may be used. Conversely, the DC-DC converter device 100 to which other electronic components such as the filter capacitor 205 are added may be used.
  • a metal frame is provided between the transformer arranged in the case and the control circuit board assembly. If an elastic member is interposed between the metal frame and the transformer, and the transformer is pressed against the bottom side of the case and fixed by the elastic member interposed between the metal frame and the transformer Good.

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Abstract

　トランスからの電磁ノイズの影響が無く、衝撃・振動により破損する可能性を低減することを目的とし、本発明のＤＣ－ＤＣコンバータ装置は、ケース１０１内に収納されたトランス２５０と制御回路基板アセンブリ２４０Ａとの間に、シールド用の金属フレーム３００を配置する。金属フレーム３００に取り付けた板ばね３１１をトランス２５０のコア２５１に押し付け、トランス２５０をケース１０１の底部１０１ａに固定する。トランス２５０からの熱は、金属フレーム３００およびケース１０１の底部１０１ａに伝達されて放熱される。

Description

ＤＣ－ＤＣコンバータ装置
　本発明は、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置に関し、より詳細には、交流高電圧を交流低電圧に変換するトランスを備えるＤＣ－ＤＣコンバータ装置に関する。
　電気自動車やプラグインハイブリッド車は、動力駆動用の高電圧蓄電池でモータ駆動するためのインバータ装置および車両のライトやラジオなどの補機を作動させるための低電圧蓄電池を備えている。このような車両には、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池への電力変換または低電圧蓄電池から高電圧蓄電池への電力変換を行うＤＣ－ＤＣコンバータ装置が搭載されている。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ装置は、高電圧の直流電圧を交流電圧に変換する高電圧側スイッチング回路と、交流高電圧を交流低電圧に変換するトランスと、低電圧交流電圧を直流電圧に変換する低電圧側整流回路と、高電圧側スイッチング回路および低電圧側整流回路を制御する制御回路とを備えている。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ装置では、高電圧側スイッチング回路および低電圧側整流回路を構成する半導体素子およびトランス等が発熱する。発熱により温度が上昇すると損失が増大するため、トランスや上記回路を構成する電子部品を収納する容器は放熱構造を備えたものとなっている。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ装置として、下記の構造が知られている。
　金属製のベースプレートに回路基板を取り付ける。回路基板の一部に開口を設け、この開口内にトランスを配置してベースプレート上に載置する。回路基板およびトランスが収納されたベースプレートに金属製のカバーを組み合わせる。カバーの天板部に内側に突出した突出部を形成する。トランスにカバーの突出部を押圧接触させ、トランスをベースプレートとカバーとの間で挟持する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７－６６３５号公報
　上記特許文献１に記載された構造では、トランスと回路基板とが仕切りの無い空間内に密封されているので、高電圧側スイッチング回路、低電圧側整流回路およびトランス等から発生する電磁ノイズにより、誤動作が生じたり、性能が低下したりする。
　また、カバーの突出部をトランスに押圧接触させ、トランスをベースプレートとカバーとの間で挟持する構造のため、衝撃や振動等によりトランスが破損する可能性がある。
　本発明のＤＣ－ＤＣコンバータ装置は、トランスと、トランスの一次側に接続され、高電圧側回路を構成する高電圧側回路基板アセンブリと、トランスの二次側に接続され、低電圧側回路を構成する低電圧側回路基板アセンブリと、高電圧側回路および低電圧側回路を制御する制御回路を構成する制御回路基板アセンブリと、トランス、高電圧側回路基板アセンブリ、低電圧側回路基板アセンブリおよび制御回路基板アセンブリを収納するケースと、ケース内に配置され、トランスと制御回路基板アセンブリとの間に配置された金属フレームと、金属フレームとトランスの間に介装された弾性部材と、を備え、金属フレームとトランスの間に介装された弾性部材により、トランスがケースの底部側に押し付けられて固定されている。
　本発明によれば、制御回路基板アセンブリと、トランスとの間に配置された金属フレームにより、トランスからの電磁ノイズがシールドされる。また、トランスは、弾性部材を介して、金属フレームによりケースの底部側に押し付けられて固定されているので、衝撃や振動によりトランスが破損する可能性を低減することができる。
本発明のＤＣ－ＤＣコンバータ装置の一実施の形態を示す外観斜視図。 図１に図示されたＤＣ－ＤＣコンバータ装置の回路構成の一実施の形態を示す図。 図１に図示されたＤＣ－ＤＣコンバータ装置の分解斜視図。 図３に図示されたトランスの拡大斜視図。 図４に図示されたトランスの分解斜視図。 図２に図示された制御回路基板と金属フレームの斜視図。 図６に図示された金属フレームを裏面からみた斜視図。 ケース内に、高電圧側回路基板アセンブリおよび金属フレームを収納した状態の平面図。 図８における金属フレームを透過した、内部部品の配置を示す平面図。 図８に図示された高電圧側回路基板アセンブリおよび金属フレーム上に、制御回路基板を取り付けた状態を示す平面図。 図１０のＸＩ－ＸＩ線断面図。 図１０のＸＩＩ－ＸＩＩ線断面図。 ケースの底部に形成された冷却流路の平面図。 ケースの底部を透過した、内部部品の配置と冷却流路との関係を説明するための平面図。
［ＤＣ－ＤＣコンバータ装置の外観］
　以下、図面を参照して、本発明のＤＣ－ＤＣコンバータ装置の一実施の形態を説明する。
　図１は、本発明のＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００の外観斜視図である。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００は電気自動車やプラグインハイブリッド車等に適用される。車両にはライトやラジオなどの補機を作動させるための低電圧蓄電池が搭載されており、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００は、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池への電力変換または低電圧蓄電池から高電圧蓄電池への電力変換を行う。
　ケース１０１の内部には、上記電力変換を行うための回路が収納されている。
　ケース１０１の上部側には、上面蓋１０２がボルト等の締結部材により取付けられている。ケース１０１の下部側には底部１０１ａ（図１１参照）が一体に成形されており、この底部１０１ａから所定の空間を設けて下面蓋１０３がボルト等の締結部材によりケース１０１に取付けられている。
　詳細は後述するが、ケース１０１の底部１０１ａと下面蓋１０３との間の空間には、冷却水、冷却用気体等の冷却媒体が流れる冷却流路３５１（図１３参照）が形成されている。ケース１０１と下面蓋１０３との間には不図示のＯリング等のシール部材が介装されており、冷却媒体を密封する構造とされている。
　ケース１０１、上面蓋１０２および下面蓋１０３は、それぞれ、例えば、アルミダイキャスト等により形成される。
　ケース１０１の一側面には、冷却媒体を上記冷却流路３５１に流入させる案内となる入口配管１０４、冷却媒体を冷却流路３５１から流出させる案内となる出口配管１０５が取り付けられている。
　ケース１０１の上記一側面には、高電圧蓄電池からケース１０１内部の電力変換回路へ、高電圧高電圧の電力を供給するための配線を接続するための入力コネクタ１０６が、ケース１０１に設けられた不図示の開口から導出されている。
　ケース１０１の上記一側面には、ケース１０１内部の電力変換回路から直流低電圧を出力するための配線が接続された出力コネクタ１０７が設けられている。また、ケース１０１の上記一側面には、ケース１０１内部の電力変換回路と小電力の信号をやり取りするための信号配線が接続された信号コネクタ１０８が設けられている。
　入力コネクタ１０６、出力コネクタ１０７、信号コネクタ１０８は、ケース１０１のそれぞれ異なる側面に設けてもよい。
［ＤＣ－ＤＣコンバータ装置の回路構成］
　次に、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００の回路構成を説明する。
　図２は本発明のＤＣ－ＤＣコンバータ装置の回路図である。このＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００は高電圧の直流電圧を交流電圧に変換する高電圧側スイッチング回路（高電圧側回路）２１０、交流高電圧を交流低電圧に変換するトランス２５０、低電圧の交流電圧を直流電圧に変換する低電圧側整流回路（低電圧側回路）２２０を備えている。
　また、上記一実施の形態のＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００においては、低電圧側整流回路２２０のＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ） Ｓ1、Ｓ2にかかるサージ電圧を抑
制するためのアクティブクランプ回路２３０を備えている。アクティブクランプ回路２３０は、アクティブクランプ用ＭＯＳＦＥＴ Ｓ3、Ｓ4、およびアクティブクランプ用コンデンサ２０９（Ｃc）を備えている。アクティブクランプ回路２３０を有していないＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００でも良い。
　高電圧側スイッチング回路２１０とトランス２５０との間には、共振チョークコイル２０３（Ｌr）が接続されており、この共振チョークコイル２０３のインダクタンスとトランス２５０の漏れインダクタンスの合成インダクタンスを用いて、高電圧側スイッチング回路２１０を構成するＭＯＳＦＥＴのゼロ電圧スイッチングを可能としている。
　低電圧側整流回路２２０の出力側には出力電圧に重畳するノイズを除去するために、フィルタコイル２０７（Ｌ1）とフィルタコンデンサ２０５（Ｃ1）が設けられている。
　なお、共振チョークコイル２０３、フィルタコイル２０７およびフィルタコンデンサ２０５は必ずしも必要ではなく、これらを省略した回路構成でも、効率低下やノイズ増加してしまう可能性があるが、ＤＣＤＣコンバータ装置は電力を変換することが出来る。
　高電圧側スイッチング回路２１０、低電圧側整流回路２２０およびアクティブクランプ回路２３０は、制御回路２４０によりスイッチ制御が行われる。
（高電圧側スイッチング回路の回路構成）
　高電圧側スイッチング回路２１０は、Ｈブリッジ型として接続された４つのＭＯＳＦＥＴ Ｈ1～Ｈ4と平滑用入力コンデンサ２０２（Ｃin）とから構成されている。各ＭＯＳＦＥＴ Ｈ1～Ｈ4には、スナバコンデンサが並列に設けられている。
高電圧側スイッチング回路２１０の４つのＭＯＳＦＥＴ Ｈ1～Ｈ4を位相シフトＰＷＭ制御することで、トランス２５０の一次側には交流電圧が発生する。
（低電圧側整流回路の回路構成）
　低電圧側整流回路２２０は、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ1、Ｓ2で構成される二つの整流相と、チョークコイル２０６（Ｌout）および平滑用コンデンサ２０８（Ｃout）から構成される平滑回路と、を有している。それぞれの整流相の高電位側(すなわちＭＯＳＦＥＴ Ｓ1、Ｓ2のドレイン側配線は、トランス２５０の二次側へ接続されている。トランス２５０の二次側センタタップ端子は、チョークコイル２０６（Ｌout）に接続され、チョークコイル２０６（Ｌout）の出力側に平滑用コンデンサ２０８（Ｃout）が接続されている。
［ＤＣ－ＤＣコンバータ装置の全体構造］
　図３は、図１に図示されたＤＣ－ＤＣコンバータ装置の分解斜視図である。
　ケース１０１は、アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属により形成され、周囲に側壁１０１ｂを有する、ほぼ直方体状形状のボックス状に形成されている。ケース１０１の内部には、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａ、トランス２５０、共振チョークコイル２０３、チョークコイル２０６、フィルタコイル２０７、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａ、金属フレーム３００および制御回路基板アセンブリ２４０Ａが収納される。
　高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａは、高電圧側回路基板２１１に、高電圧側回路を２１０構成するＭＯＳＦＥＴ Ｈ1～Ｈ4、平滑用入力コンデンサ２１２および不図示のゲート抵抗等の電子部品が実装されて構成されている。高電圧側回路基板２１１に実装されたＭＯＳＦＥＴ Ｈ1～Ｈ4は、絶縁シート（図示せず）を介し、ケース１０１の底部１０１ａに締結部材（図示せず）により固定される。不図示の絶縁シートは、一側面がケース１０１の底部１０１ａに接触した状態で固定され、ケース１０１の底部１０１ａ側に設けられた冷却流路３５１を流れる冷却媒体により冷却される。
　低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａは、低電圧側回路基板２２１に、低電圧側整流回路２２０を構成するＭＯＳＦＥＴ Ｓ1、Ｓ2、平滑用コンデンサ２０８（Ｃout）、およびアクティブクランプ回路２３０を構成するアクティブクランプ用ＭＯＳＦＥＴ Ｓ3、Ｓ4、アクティブクランプ用コンデンサ２０９（Ｃc）および不図示のゲート抵抗等の電子部
品が実装されて構成されている。
　低電圧側回路基板２２１は、図示はしないが、例えば、金属基板の一面に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に配線パターンが形成された構造を有する。ＭＯＳＦＥＴ Ｓ1～Ｓ4は、スイッチング部が樹脂で封止され、樹脂の一面にドレイン電極に接続されたドレイン端子が設けられたパッケージ構造を有し、各ＭＯＳＦＥＴ Ｓ1～Ｓ4のドレイン端子は、金属基板のドレインパターンに半田付けされている。低電圧側回路基板２２１は、実装面と反対面を直接、または、熱伝導部材を介してケース１０１の底部１０１ａに固定されており、各ＭＯＳＦＥＴ Ｓ1～Ｓ4から発生する熱は、金属基板を介して、ケース１０１の底部１０１ａに伝達される。ケース１０１の底部１０１ａに伝達された熱は、ケース１０１の底部１０１ａ側に設けられた冷却流路３５１を流れる冷却媒体により冷却される。
　トランス２５０、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７は、ケース１０１の底部１０１ａ上に配置され、締結部材（図示せず）により固定される。ケース１０１内に収納されたトランス２５０、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７を覆って金属フレーム３００が取り付けられる。
　詳細は後述するが、トランス２５０、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７は、金属フレーム３００によってケース１０１の底部１０１ａに押し付けられた状態で固定される。
　高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａの上部側に対応するケース１０１の底部１０１ａには凹部（図示せず）形成されており、共振チョークコイル２０３は、その凹部内に収容されている。共振チョークコイル２０３の上部側に、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａが配置される。
　制御回路基板アセンブリ２４０Ａは、制御回路基板２４１に制御回路２４０を構成する電子部品が実装されて構成されており、金属フレーム３００上に締結部材（図示せず）により固定される。制御回路基板アセンブリ２４０Ａには、上面蓋１０２がケース１０１に締結部材により締結される。
［トランスの構造］
　図４は、図３に図示されたトランスの拡大斜視図であり、図５は、図４に図示されたトランスの分解斜視図である。
　図５に図示されるように、トランス２５０は、一次巻線２５４を巻いたボビン２５５と、上下一対の二次巻線２５２とを、一対のＥ型コア２５１で挟み込んだ構造を有する。
　一次巻線２５４には一対の端子２５４ａが形成され、各端子２５４ａには、ボルト等の締結部材を挿通するための貫通孔２５４ｂが形成されている。各二次巻線２５２は、銅板をプレス成形して二次巻線部とバスバーとを一体に形成したものであり、端部に端子２５２ａとセンタタップ端子２５２ｂとを有している。端子２５２ａとセンタタップ端子２５２ｂには、それぞれ、ボルト等の締結部材を挿通するための貫通孔２５２ｃが形成されている。上下の二次巻線２５２のセンタタップ端子２５２ｂは積層されている。
　上部側におけるコア２５１と二次巻線２５２との間、および下部側におけるコア２５１と二次巻線２５２との間には、それぞれ、シリコン等から形成された弾性を有する材料により形成された伝熱シート２５３が配置されている。
　図４に図示されるように、コア２５１は、伝熱シート２５３よりも幅狭に形成されており、各伝熱シート２５３は、コア２５１の側部から露出している。一次巻線２５４の端子２５４ａおよび二次巻線２５２の端子２５２ａ、センタタップ端子２５２ｂは、伝熱シート２５３の側方に延出されている。
　トランス２５０の一次巻線２５４の一方の端子２５４ａは、貫通孔２５４ｂに挿通される締結部材により共振チョークコイル２０３に接続される。トランス２５０の一次巻線２５４の他方の端子２５４ａは、貫通孔２５４ｂに挿通される締結部材により、直接、またはバスバーを介して高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａに電気的に接続される。また、トランス２５０の二次巻線２５２の端子２５２ａおよびセンタタップ端子２５２ｂは、各貫通孔２５２ｃに挿通される締結部材により、直接、またはバスバーを介して低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａに電気的に接続される。
［ケース内における配置構造］
　図６は、図２に図示された制御回路基板と金属フレームの斜視図であり、図７は、図６に図示された金属フレームを裏面からみた斜視図であり、図８は、ケース内に、高電圧側回路基板アセンブリおよび金属フレームを収納した状態の平面図である。また、図９は、図８における金属フレームを透過した、内部部品の配置を示す平面図である。
　図９に図示されるように、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａは、ケース１０１内の左下の角部に配置されている。トランス２５０は、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａの上方に配置されている。トランス２５０の左上の角部は、ケース１０１の左上の角部に近接している。
　上述した如く、共振チョークコイル２０３は、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａの上部側付近の下方に配置されている。なお、図８および図９においては、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａの上部側を除去し、共振チョークコイル２０３が表出された状態で図示されている。
　低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａは、トランス２５０の右側に配置されている。低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａの右上の角部は、ケース１０１の右上の角部に近接している。チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７は、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａの下側の側辺に近接して、チョークコイル２０６がケース１０１の中央側に、フィルタコイル２０７がケース１０１の右側の側辺に近接して、左右方向に並んで配置されている。
　金属フレーム３００は、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａ、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７を覆う矩形形状の大面積部３００ａと、この大面積部３００ａから延出され、トランス２５０を覆う矩形形状の小面積部３００ｂとを有する。図８に図示されるように、小面積部３００ｂは、トランス２５０のみを覆う程度の面積を有する。金属フレーム３００は、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａの配置領域を除く、ケース１０１内の全領域を覆う面積を有する。
　図６に図示されるように、金属フレーム３００には、制御回路基板アセンブリ２４０Ａ側に向けて植立された複数のボス部３０１が形成されている。制御回路基板アセンブリ２４０Ａは、不図示のボルト等の締結部材により、金属フレーム３００のボス部３０１に締結されて固定される。
　図７に図示されるように、金属フレーム３００における制御回路基板アセンブリ２４０Ａ側の反対面側（裏面側）には、３つの板ばね３１１～３１３が、ボルト等の締結部材により取り付けられている。板ばね３１１～３１３は、ステンレスにより形成されている。板ばね３１１は、小面積部３００ｂの裏面側におけるトランス２５０に対応する位置に取り付けられている。板ばね３１２、３１３は、大面積部３００ａの裏面側における、それぞれ、重量の比較的大きい電子部品であるチョークコイル２０６、フィルタコイル２０７に対応する位置に取り付けられている。
　金属フレーム３００には、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａ側の側辺に、ケース１０１の底部１０１ａ側に向けて屈曲された仕切部３０２が設けられている。仕切部３０２は小面積部３００ｂの領域全体まで延出されており、小面積部３００ｂは、仕切部３０２の段差分、大面積部３００ａより、ケース１０１の底部１０１ａ側に位置している。
　金属フレーム３００には、複数の貫通孔３０３が設けられており、この貫通孔３０３を挿通するボルト等の締結部材（図示せず）により、ケース１０１の底部１０１ａに植立されたボス部１０１ｃ（図３参照）に固定される。
　金属フレーム３００および高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａの上部には、制御回路基板アセンブリ２４０Ａが取り付けられる。
　図１０は、図８に図示された高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａおよび金属フレーム３００上に、制御回路基板アセンブリ２４０Ａを取り付けた状態を示す平面図である。
　上述した如く、制御回路基板アセンブリ２４０Ａは、ボルト等の締結部材により、金属フレーム３００のボス部３０１に固定される。
　上記構造により、制御回路基板アセンブリ２４０Ａは、金属フレーム３００によって、トランス２５０、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａ、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７と仕切られる。従って、制御回路基板アセンブリ２４０Ａは、トランス２５０、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａ、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７から発生する電磁ノイズからシールドされる。
［トランスの固定構造］
　次に、トランス２５０の固定構造の一実施の形態を説明する。
　図１１、図１２は、それぞれ、図１０のＸＩ－ＸＩ線断面図、ＸＩＩ－ＸＩＩ線断面図である。
　金属フレーム３００には、トランス２５０のコア２５１に対応する領域に隆起部３０４が形成されている。隆起部３０４には、図１１における上方側である外側に向かってボス部３０１ａが形成されている。また、隆起部３０４の内側には板ばね３１１が取り付けられている。板ばね３１１は、ボス部３０１ａに形成されためねじ部に螺合されたボルト等の締結部材３６１により金属フレーム３００に取り付けられる。
　金属フレーム３００がケース１０１に固定された状態で、板ばね３１１は、トランス２５０のコア２５１をケース１０１の底部１０１ａに押し付ける。これにより、トランス２５０は、板ばね３１１とケース１０１の底部１０１ａ間に固定される。
　この状態で、金属フレーム３００の隆起部３０４の周囲の放熱用接触部３０５が上部側の伝熱シート２５３に接触する。また、ケース１０１の底部１０１ａに形成されたボス部１０１ｃ1が下部側の伝熱シート２５３に接触する。
　従って、トランス２５０の二次巻線２５２から発生した熱は、コア２５１および板ばね３１１を介して金属フレーム３００に伝達され放熱される。また、トランス２５０の二次巻線２５２から発生した熱は、伝熱シート２５３を介して金属フレーム３００に伝達され放熱される。
　トランス２５０の上下の二次巻線２５２であるバスバー上には、シリコン等の弾性を有する材料により形成された伝熱シート２５７が配置されている。上部側の伝熱シート２５７には、金属フレーム３００の放熱用当接部３０６が接触し、下部側の伝熱シート２５７には、ケース１０１の底部１０１ａに形成されたボス部１０１ｃ2が接触する。
　ケース１０１の底部１０１ａと下面蓋１０３との間には、冷却媒体が循環する冷却流路３５１が形成されている。
　このため、トランス２５０から発生した熱は、伝熱シート２５３、２５７を介して、ケース１０１の底部１０１ａに伝達され、冷却流路３５１を流れる冷却媒体によって冷却される。
　上述した如く、金属フレーム３００に取り付けられた板ばね３１２、３１３は、それぞれ、チョークコイル２０６、フィルタコイル２０７の上部に対応する。
　チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７は、トランス２５０と同様に、金属フレーム３００がケース１０１に固定された状態で、それぞれ、板ばね３１２、３１３によってケース１０１の底部１０１ａに押し付けられて固定される。従って、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７から発生した熱も、金属フレーム３００またはケース１０１に伝達され、冷却流路３５１を流れる冷却媒体によって冷却される。
［冷却流路の構造］
　トランス２５０、共振チョークコイル２０３、チョークコイル２０６、フィルタコイル２０７、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａ，低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａ等の電源用電子部品から発生する熱を冷却媒体により冷却する冷却能力は、冷却流路の構造により、その効率を向上することが可能である。
　以下に、冷却効率を向上することができる冷却流路の構造の一実施の形態を説明する。
　図１３は、ケースの底部に形成された冷却流路の平面図であり、図１４は、ケースの底部を透過した、内部部品の配置と冷却流路との関係を示す平面図である。なお、図１３および図１４においては、下面蓋１０３は除去されている。
　図１３に図示されるように、ケース１０１の底部１０１ａには、冷却流路３５１を流れる冷却媒体の流れ方向のガイドとなる複数のガイド壁３５２が、ケース１０１と一体に形成されている。
　冷却流路３５１は、それぞれが冷却媒体を還流させる領域Ｉおよび領域ＩＩを備えている。すなわち、入口配管２０４から流入した冷却媒体は、領域Ｉにおいて、図１３、図１４における上下方向に往復し、領域ＩＩにおいても、上下方向に往復した後、すなわち、それぞれの領域で還流した後、出口配管１０５から流出する。
　図１４に図示されるように、冷却流路３５１の領域Ｉには、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａと、共振チョークコイル２０３と、トランス２５０とが、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａを入口配管１０４側にして配置されている。
　冷却流路３５１の領域ＩＩには、チョークコイル２０６、フィルタコイル２０７および低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａが配置されている。チョークコイル２０６、フィルタコイル２０７は、出口配管１０５側に左右方向に配列され、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａは、チョークコイル２０６、フィルタコイル２０７よりも上方に配列されている。
　入口配管１０４から冷却流路３５１の領域Ｉ内に流入した冷却媒体は、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａと、共振チョークコイル２０３と、トランス２５０とを冷却する。そして、入口配管１０４側に戻った位置から領域ＩＩ内に流入し、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａ側に流動してから、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａおよびチョークコイル２０６、フィルタコイル２０７を、順次、冷却するように領域ＩＩ内を左右方向に流れて出口配管１０５に達する。
　入口配管１０４から流入する冷却媒体は、ケース１０１内に収納された電源用電子部品からの熱を吸収しておらず、低温である。このため、発熱量が大きい高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａ、共振チョークコイル２０３およびトランス２５０を効率的に冷却することができる。
　このように、発熱量が大きい電源用電子部品を冷却した後、領域ＩＩ内に流動して低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａ、チョークコイル２０６、フィルタコイル２０７を、順次、冷却する。
　冷却能力は、冷却流路３５１の深さにも関連する。浅い冷却流路３５１ａでは、冷却媒体の流速が速くなり流量が増大するので、冷却能力が大きくなる。従って、冷却能力を大きくしたい部品の領域における冷却流路３５１の深さを、周囲の領域よりも浅くするようにして、冷却媒体の流量を少なくして全体の冷却能力を向上する、すなわち、冷却効率を向上するようにすることが好ましい。
［実施形態の効果］
　上記実施形態によれば下記の効果を奏する。
（１）ＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００の電力変換回路部を構成する基板アセンブリを、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａと、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａと、制御回路基板アセンブリ２４０Ａとに分けた。そして、制御回路基板アセンブリ２４０Ａを、金属フレーム３００により、トランス２５０、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａ、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７と仕切った。このため、制御回路基板アセンブリ２４０Ａを、トランス２５０、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａ、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７から発生する電磁ノイズからシールドすることができる。
（２）重量の大きいトランス２５０、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７を、それぞれ、金属フレーム３００に取り付けた板ばね３１１、３１２、３１３によりケース１０１の底部１０１ａに押し付け、各板ばね３１１～３１３と底部１０１ａとの間に固定した。
　板ばね３１１～３１３は、弾性を有するので、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００に衝撃や振動が加わった場合でも、トランス２５０、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７が破損する可能性を低減することができる。
（３）板ばね３１１～３１３は、熱伝導性のあるステンレス等の金属部材で形成されている。このため、トランス２５０、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７から発生する熱を、金属フレーム３００に伝達して放熱することができる。
（４）トランス２５０を、上下一対のコア２５１の直下に、それぞれ、伝熱シート２５３が内蔵される構造とし、上部側の伝熱シート２５３に金属フレーム３００の放熱用当接部３０６が接触する構造とした。これにより、トランス２５０の二次巻線２５２から発生する熱が、コア２５１を介して金属フレーム３００に伝達されると共に、直接、金属フレーム３００の放熱用当接部３０６に伝達されて放熱される。このため、トランス２５０から金属フレーム３００への放熱性が向上する。また、伝熱シート２５３がトランス２５０に一体化されているので、修理、サービス時における分解、組立を能率的に行うことができる。
（５）トランス２５０の上部側の二次巻線２５２と金属フレーム３００の放熱用当接部３０６との間に伝熱シート２５７を介在させた。これにより、トランス２５０の二次巻線２５２から発生する熱を、放熱用当接部３０６からも金属フレーム３００に伝達することができ、放熱性が向上する。
（６）トランス２５０の下部側の伝熱シート２５３にケース１０１の底部１０１ａに形成されたボス部１０１ｃ1を接触させた。これにより、トランス２５０から発生する熱を、伝熱シート２５３を介してケース１０１の底部１０１ａに伝達することができ、トランス２５０の放熱性が向上する。
（７）トランス２５０の下部側の二次巻線２５２とケース１０１の底部１０１ａに形成されたボス部１０１ｃ2との間に伝熱シート２５７を介在させた。これにより、トランス２５０から発生した熱を、伝熱シート２５７を介して金属フレーム３００に伝達させることができ、トランス２５０の放熱性が向上する。
（８）ケース１０１の底部１０１ａと下面蓋１０３との間に、冷却媒体が流動する冷却流路３５１を形成した。これにより、トランス２５０、共振チョークコイル２０３、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７で発生し、ケース１０１に伝達された熱を、冷却流路３５１を流動する冷却媒体により冷却することができる。
（９）ケース１０１の底部１０１ａには、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａの絶縁シート（図示せず）および低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａにおける低電圧側回路基板２２１の金属基板が接触している。このため、高電圧側回路基板アセンブリ２１０ＡのＭＯＳＦＥＴ Ｈ1～Ｈ4、低電圧側回路基板アセンブリ２２０ＡのＭＯＳＦＥＴ Ｓ1～Ｓ4等から発生する熱を、ケース１０１の底部１０１ａに伝達し、冷却流路３５１を流動する冷却媒体により効率的に冷却することができる。絶縁シートは熱伝導率の高い、シリコンゴムシートや、窒化ケイ素等のセラミック板を使用する事が出来る。
　なお、上記一実施の形態では、低電圧側整流回路２２０における整流素子を、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ1、Ｓ2として例示したが、整流素子をダイオードに置換してもよい。また、各整流相を、それぞれ、１つの整流素子で構成した回路で例示したが、各整流相を複数の整流素子を並列に接続した回路で構成するようにしてもよい。
　上記一実施の形態では、板ばね１１１～１１３により、トランス２５０、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７をケース１０１の底部１０１ａに固定した構造として例示した。しかし、板ばね１１１～１１３に代えて、絶縁性樹脂により形成されたクッション部材を用いてもよい。要は、弾性を有する部材であればよい。
　また、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７をケース１０１の底部１０１ａに押し付ける部材として、弾性部材を用いる必要はなく、金属フレーム３００自体により押し付けるようにしてもよい。要は、少なくとも、トランス２５０を弾性部材によりケース１０１の底部１０１ａに押し付けて固定するようにすればよい。
　上記一実施の形態では、金属フレーム３００により、トランス２５０、制御回路基板アセンブリ２４０Ａ、高電圧側回路基板アセンブリ２１０Ａ、低電圧側回路基板アセンブリ２２０Ａを、金属フレーム３００により相互にシールドする構造として例示した。しかし、少なくとも、制御回路基板アセンブリ２４０Ａに対して、トランス２５０からの電磁ノイズを金属フレーム３００によりシールドするようにすればよい。
　上記一実施の形態では、ケース１０１は底部１０１ａと下面蓋１０３との間に冷却流路３５１が形成された構造として例示した。しかし、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００が連結される、例えば、インバータ装置等の別の装置に設けられた冷却ジャケットによりケース１０１の底部１０１ａを締結するようにして、冷却流路３５１を備えていないＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００とすることもできる。
　上記一実施の形態では、板ばね３１１を金属フレーム３００に固定する構造として例示した。しかし、板ばね３１１に代えてクッション部材等を用い、このクッション部材をトランス２５０に接着等により固定する構造としてもよい。
　上記一実施の形態では、トランス２５０等を、直接、ケース１０１の底部１０１ａに固定した構造として例示した。しかし、トランス２５０等とケース１０１の底部１０１ａとの間に熱伝導性部材を取り付け、この熱伝導性部材にトランス２５０等を押し付けるようにしてもよい。要は、金属フレーム３００とトランス２５０等との間に介装された弾性部材により、トランス２５０等をケース１０１の底部１０１ａ側に押し付けて固定する構造であればよい。
　また、上述した如く、共振チョークコイル２０３およびフィルタコイル２０７を備えていないＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００としてもよい。逆に、フィルタコンデンサ２０５等、他の電子部品を付加したＤＣ－ＤＣコンバータ装置１００としてもよい。
　その他、本発明は、本発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して適用することが可能であり、要は、ケース内に配置されたトランスと制御回路基板アセンブリとの間に金属フレームを配置し、金属フレームとトランスの間に弾性部材を介装し、金属フレームとトランスの間に介装された弾性部材により、トランスがケースの底部側に押し付けられて固定されているものであればよい。
　１００　ＤＣ－ＤＣコンバータ装置 
　１０１　　　ケース
　１０１ａ　　底部
　１０１ｃ　　ボス部
　１０１ｃ1、１０１ｃ2　　ボス部
　１０４　　　入口配管
　１０５　　　出口配管
　２０３　　　共振チョークコイル
　２０６　　　チョークコイル
　２０７　　　フィルタコイル
　２１０　　　高電圧側スイッチング回路
　２１０Ａ　　高電圧側回路基板アセンブリ
　２２０　　　低電圧側整流回路
　２２０Ａ　　低電圧側回路基板アセンブリ
　２４０　　　制御回路
　２４０Ａ　　制御回路基板アセンブリ
　２５０　　　トランス
　２５１　　　コア
　２５２　　　二次巻線
　２５３、２５７　　　伝熱シート
　２５４　　　一次巻線
　３００　　　金属フレーム
　３０１　　　ボス部
　３０２　　　仕切部
　３０５　　　放熱用接触部
　３０６　　　放熱用当接部
　３１１～３１３　　　板ばね
　３５１　　　冷却流路
　Ｓ１a～Ｓ１d、Ｓ２a～Ｓ２d　　ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）

Claims (10)

  1. 　トランスと、
    　前記トランスの一次側に接続され、高電圧側回路を構成する高電圧側回路基板アセンブリと、
    　前記トランスの二次側に接続され、低電圧側回路を構成する低電圧側回路基板アセンブリと、
    　前記高電圧側回路および前記低電圧側回路を制御する制御回路を構成する制御回路基板アセンブリと、
    　前記トランス、前記高電圧側回路基板アセンブリ、前記低電圧側回路基板アセンブリおよび前記制御回路基板アセンブリを収納するケースと、
    　前記ケース内に配置され、前記トランスと前記制御回路基板アセンブリとの間に配置された金属フレームと、
    　前記金属フレームと前記トランスの間に介装された弾性部材と、を備え、
    　前記金属フレームと前記トランスの間に介装された前記弾性部材により、前記トランスが前記ケースの底部側に押し付けられて固定されている、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置。
  2. 　請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ装置において、
    前記弾性部材は、ばね部材である、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置。
  3. 　請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ装置において、
    前記弾性部材は、樹脂により形成されている、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置。
  4. 　請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ装置において、
    　前記ケースは底部側に前記トランスを冷却する冷却流路を備えている、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置。
  5. 　請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ装置において、
    　前記トランスは伝熱シートを備え、前記金属フレームは、前記伝熱シートに接触する放熱用接触部を有する、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置。
  6. 　請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ装置において、
    　前記金属フレームは、前記トランスの二次巻線に接続されたバスバーに接触する放熱用突当部を有する、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置。
  7. 　請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ装置において、
    　さらに、チョークコイルを備え、前記チョークコイルは、前記金属フレームと前記チョークコイルとの間に介装された弾性部材を介して、前記金属フレームにより前記ケースの底部側に押し付けられて固定されている、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置。
  8. 　請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ装置において、
    　さらに、フィルタコイルを備え、前記フィルタコイルは、前記金属フレームと前記フィルタコイルとの間に介装された弾性部材により前記ケースの底部側に押し付けられて固定されている、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置。
  9. 　請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ装置において、
    　前記ケースは、前記制御回路基板アセンブリ側に突き出す複数のボス部を有し、前記金属フレームは、前記複数のボス部に固定されている、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置。
  10. 　請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ装置において、
    　前記金属フレームは、前記高電圧側回路基板アセンブリを露出する形状を有する、ＤＣ－ＤＣコンバータ装置。
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